甲烷化反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种甲烷化反应器，解决了现有甲烷化反应器设备投资高、运行成本高、能耗大、可靠性低的问题。技术方案包括外层壳体，所述外层壳体上设有进气口和出气口，所述外层壳体内还设有填装有甲烷催化剂床层的内层壳体，所述外层壳体的进气口及出气口均设于外层壳体的底部，所述内层壳体的进气口位于内层壳体的顶部，出气口位于内层壳体的底部且与外层壳体的出气口连接。本发明结构简单、设备投资低、能耗低、原料气温度可控。
【专利说明】甲烷化反应器
【技术领域】
[0001]本发明涉及甲烷化合成领域，具体的说是一种甲烷化反应器。
【背景技术】
[0002]随着我国可持续发展战略和加强环保等政策的实施，国内对天然气的需求将与日俱增。2010年我国天然气需求1100亿Nm3，市场缺口约200亿Nm3，2015年我国天然气需求1600亿Nm3，市场缺口约400亿Nm3，2020年需求约2000亿Nm3，缺口 800亿Nm3以上。
[0003]基于我国“多煤，少油，缺气”这一能源的基本国情，近年来，煤制天然气项目成为了煤化工的一个重要发展方向。“十二五”期间，国家将会开展煤制天然气升级示范，进一步提高技术水平和示范规模，同时依托示范项目，实现甲烷化关键技术国产化。
[0004]甲烷化反应是天然后合成中的一个重要步骤，主要在甲烷化反应器中进行，现有的甲烷化反应器主要单层壳体结构，其内填装甲烷催化剂，甲烷化反应的原料气由上部进气品通入反应器内，通过催化剂层，甲烷化反应的产品气由反应器的底部排出，由于通入的原料气为高压，甲烷化反应又是强放热反应，因此高温甲烷化反应器的壁面需要同时耐受高温高压,而能够同时耐受高温高压的材料等级较高,往往价格昂贵,并且反应器需要内衬耐温层，制造工艺复杂，导致反应器造价高，既使这样，长期使用仍然存在安全隐患。
[0005]另一方面，甲烷化反应中对进入催化剂床层的原料气有温度要求，这样必须对原料气进行预加热，使之满足催化反应的要求，而加热过程也增加设备投资和能耗。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、设备投资低、能耗低、原料气温度可控的甲烷化反应器。
[0007]技术方案包括外层壳体，所述外层壳体上设有进气口和出气口，其特征在于，所述外层壳体内还设有填装有甲烷催化剂床层的内层壳体，所述外层壳体的进气口及出气口均设于外层壳体的底部，所述内层壳体的进气口位于内层壳体的顶部，出气口位于内层壳体的底部且与外层壳体的出气口连接。
[0008]所述内层壳体与外层壳体的间距不小于0.0lm,优选0.08-0.2m。
[0009]所述外层壳体的顶部还设有旁路进气口，所述外层壳体的旁路进气口与内层壳体顶部的旁路进气口连通。
[0010]所述外层壳体的进气口及旁路进气口均与原料气管连接，所述旁路进气口与原料气管连接的管道上还设有温度调节阀，所述内层壳体的上段设有温度感应器。
[0011]所述温度感应器与阀门控制器连接，所述阀门控制器与温度调节阀连接。
[0012]发明人对现有的甲烷化反应器进行了深入的研究，创造性设计了两层壳体结构，内层壳体装填甲烷催化剂床层，而外层壳体与内层壳体的间隙则通入原料气，将原料气通过两层壳体的间隙中，具有以下优点:(1)由于甲烷化反应会释放大量热能，该热能可通过内层壳体传导出来，从而达到对两层壳体间隙中的原料气进行预热的目的，而无需对原料气单独预热，增加能耗，一举两得；(2)由于原料气吸收热量，起到了隔绝热量的目的，因此外层壳体仅需具备耐高压性能，而无需具备耐高温性能。(3)由于通入的原料气具有一定压力，原料气先在两层壳体间流动预热，然后再进入内层壳体内进行催化反应，相较于内层壳体而言，其内、外两侧均有同等压力的气体在流动，压力差小，不再承受高压，因此内层壳体仅需具备耐高温性能，而无需具备耐高压性能。
[0013]进一步的，由于催化剂床层对原料气的进料温度要求比较严格，为了保证进入催化剂床层的原料气的温度控制在要求的范围内，发明人在内层壳体的上段设置了温度传感器，以检测进入催化剂床层的气体温度，并特别设计了原料气进气的旁路激冷管线，当检测的温度超过限定的范围时，可通过外层壳体和内层壳体的旁路进气口向内层壳体内直接通入部分未经预热的原料气，以调节进入催化剂床层的气体温度，保证催化反应的正常进行。所述通入量可根据采集的温度信号与设定的范围进行比较，并根据比较结果由阀门控制器发出一个控制信号控制温度调节阀的开闭或相应的开度进行合理调节。
[0014]所述内层壳体与外层壳体的的间距优选在0.08-0.2m,以保证足够的预热气量以及隔热的效果，间距过大会增加设备制造费用间距过小会增加系统的压降及能耗。
[0015]有益效果:
[0016]本发明甲烷化反应器采用双层结构，使承受高温的内层壳体不必承受高压，使承受高压的外层壳体不必再承受高温，从而可以有效降低反应器制造材料的选择等级，减少制造费用；通过设置原料气旁路激冷管线，可以有效调节催化剂床层入口温度。本发明结构简单、可靠性高、设备投资和运行成本低，对于单系列8亿NM3/年的甲烷化装置，设备投资可下降约200万元，节省原料气的预热能耗2GJ/hr，特别适用于甲烷化催化反应。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明结构示意图。
[0018]其中，1-外层壳体、1.1-进气口、1.2-出气口、1.3-旁路进气口、2-内层壳体、
2.1-进气口、2.2-出气口、2.3-旁路进气口、3-原料气管、4-甲烷催化剂床层、5-温度感应器、6-阀门控制器、7-温度调节阀。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步解释说明:
[0020]所述外层壳体I底部设有进气口 1.1和出口气1.2，所述外层壳体I内还设有填装有甲烧催化剂床层4的内层壳体2,所述内层壳体2的进气口 2.1位于内层壳体2的顶部，出气口 2.2位于内层壳体2的底部且与外层壳体I的出气口 1.2连接。所述内层壳体2与外层壳体I的间距不小于0.01m，最优间距在0.08-0.2m。所述外层壳体I的顶部还设有旁路进气口 1.3，所述外层壳体I的旁路进气口 1.3与内层壳体2顶部的旁路进气口 2.3连接。所述外层壳体I的进气口 1.1及旁路进气口 1.3均与原料气管3连接，所述旁路进气口 1.3与原料气管3连接的管道上还设有温度调节阀7，所述内层壳体2的上段设有温度感应器5。所述温度感应器5与阀门控制器6连接，所述阀门控制器6与温度调节阀7连接。所述外层壳体I可选用如铬钥钢材制制造，内层壳体可选用如碳钢衬耐火砖材料制造。
[0021]工作原理:[0022]图中箭头所示方向为原料气的流动方向。甲烷化反应原料气(简称原料气，温度为30-60°C，压力为，25-65bar)经由原料气管3通入，经外层壳体I的进气口 1.1进入外层壳体I与内层壳体2间的间隙中自下向上流动，由于内层壳体2内的甲烷化反应是一个强放热反应，高温由内层壳体2传导加热在间隙内流动的原料气，原料气被加热(加热至250-350°C)后上升至外层壳体I的顶部后又经由设在内层壳体顶部的进气口 2.1进入内层壳体2内，进入催化剂床层5进行甲烷化反应，反应后的甲烷化反应产品气(简称产品气)依次经内层壳体2的出气口 2.2和外层壳体的出气口 1.2排出进入下游工序；温度感器5时实地对进入催入剂床层5前原料气进行温度检测，当时温度过高时，则将温度信号反馈至阀门控制器6，通过阀门控制器6控制温度调节阀7开启及相应的开度，将原料气管3中的部分原料气不经预热直接经外层壳体I的旁路进气口 1.3、内层壳体2的旁路进气口 2.3导入内层壳体2内，与内层壳体2进气口 2.1引入的预热后的原料气进行混合，以降低进入催化剂床层5的原料气的温度，使其保持满足催化反应要求的温度。
【权利要求】
1.一种甲烧化反应器,包括外层壳体，所述外层壳体上设有进气口和出气口，其特征在于，所述外层壳体内还设有填装有甲烷催化剂床层的内层壳体，所述外层壳体的进气口及出气口设均设于外层壳体的底部，所述内层壳体的进气口位于内层壳体的顶部，出气口位于内层壳体的底部且与外层壳体的出气口连接。
2.如权利要求1所述的甲烷化反应器，其特征在于，所述内层壳体与外层壳体的间距不小于0.01m。
3.如权利要求1或2所述的甲烷化反应器，其特征在于，所述外层壳体的顶部还设有旁路进气口，所述外层壳体的旁路进气口与内层壳体顶部的旁路进气口连通。
4.如权利要求3所述的甲烷化反应器，其特征在于，所述外层壳体的进气口及旁路进气口均与原料气管连接，所述旁路进气口与原料气管连接的管道上还设有温度调节阀，所述内层壳体的上段设有温度感应器。
5.如权利要求4所述的甲烷化反应器，其特征在于，所述温度感应器与阀门控制器连接，所述阀门控制器与温度调节阀连接。
【文档编号】B01J8/02GK103752227SQ201410026203
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】卢文新, 晏双华, 陈风敬, 胡四斌, 徐建民, 夏吴 申请人:中国五环工程有限公司