一种内置盘管式蒸汽发生设备的甲烷化反应器的制作方法

本实用新型属于煤制天然气技术领域，涉及一种甲烷化反应器，具体涉及一种内置盘管式蒸汽发生设备的甲烷化反应器。

背景技术：

合成气甲烷化反应是由H₂、CO、CO₂、CH₄、H₂O和惰性气体组成的合成气在甲烷化催化剂的作用下生成CH₄的反应。合成气甲烷化反应属于强放热反应，反应速度快，高温下瞬间达到化学平衡。绝热条件下每转化1％的CO，反应体系温升为72℃，每转化1％的CO₂，反应体系温升为60℃。如何控制甲烷化反应温度，并充分回收甲烷化反应放热是甲烷化工艺的技术关键。

关于控制甲烷化反应温度，已有较成熟的方案。关于回收利用甲烷化反应放热，目前通常通过将甲烷化反应器的产品气经管道送入废热锅炉生产蒸汽来回收热量。但是，独立设置的废热锅炉及相关配套的管道投资高、占地面积大、热量损失较大。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的是针对现有技术中采用独立设置废热锅炉来回收热量所具有的投资大、占地面积大、热量损失较大等问题，提供了一种内置盘管式蒸汽发生设备的甲烷化反应器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型提供了一种甲烷化反应器，所述甲烷化反应器包括反应器筒体，反应器筒体顶部设有原料气入口，底部设有产品气出口，其中，所述甲烷化反应器还包括设置在反应器筒体内的筛孔支撑板，所述筛孔支撑板负载有自上而下布置的第一惰性填料层、催化剂床层和第二惰性填料层，所述筛孔支撑板下方设有盘管式蒸汽发生设备，所述盘管式蒸汽发生设备在其下部设有连接到其盘管的给水入口管和在其上部设有连接到其盘管的蒸汽出口管，所述反应器筒体上设置有催化剂卸出口，所述催化剂卸出口位于所述筛孔支撑板上方且配置成卸出第一惰性填料层、催化剂床层和第二惰性填料层。

运行期间，原料气通过甲烷化反应器顶部的原料气入口进入反应器，经由第一惰性填料层与催化剂床层接触。这样设置可以使工艺气体分布均匀，从而降低或避免因反应不均而引起的催化剂床层局部超温现象。

工艺气体与催化剂床层接触发生反应，将大部分H₂、CO和CO₂转化为CH₄，反应后的高温产品气经由第二惰性填料层均匀通过盘管式蒸汽发生设备。锅炉给水经由给水入口管进入盘管式蒸汽发生设备的管程，通过与其盘管外的高温产品气进行换热来充分回收高温产品气的热量并生产蒸汽，产生的蒸汽经蒸汽出口管离开甲烷化反应器。

如果需要更换催化剂和/或惰性填料，可以通过催化剂卸出口卸出催化剂床层、第一惰性填料层和第二惰性填料层。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述反应器筒体可以由普通碳钢材料如Q235、Q335或Q345碳钢材料制成。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述盘管式蒸汽发生设备可以配置为单层螺旋盘管蒸汽发生器、双层螺旋盘管蒸汽发生器或多层螺旋盘管蒸汽发生器。在一些实施方案中，所述盘管式蒸汽发生设备配置为双层螺旋盘管蒸汽发生器、3层螺旋盘管蒸汽发生器或4层螺旋盘管蒸汽发生器。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述甲烷化反应器还包括位于所述原料气入口下游以及且位于第一惰性填料层上游的气体分布器。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述气体分布器为喷嘴辐散式气体分布器(如喷嘴斜上设置的喷嘴辐散式气体分布器)、双切向环流式气体分布器或双列叶片式气体分布器。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述甲烷化反应器还包括第三惰性填料层、气体收集器和惰性填料卸出口，其中所述气体收集器位于反应器筒体底部且与产品气出口连通，所述第三惰性填料层设置在盘管式蒸汽发生设备和气体收集器之间，以及所述惰性填料卸出口配置成卸出第三惰性填料层。

本实用新型中，设置第三惰性填料层是为了使产品气均匀通过反应器的产品气出口。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述气体收集器呈圆柱形，并且在其上表面和侧面安装有筛网。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述筛网为不锈钢丝网或约翰逊网。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述第一惰性填料层、所述第二惰性填料层和所述第三惰性填料层各自独立地由圆形瓷球、开孔瓷球、表面凸凹的玻璃球、微孔瓷球和氧化铝球中的一种或多种构成。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述反应器筒体内表面设有耐火衬里。

根据本实用新型提供的甲烷化反应器，其中，所述耐火衬里为硅酸铝耐火材料层、硅质耐火材料层、镁钙质耐火材料层、锆质耐火材料层、碳化硅耐火材料层或氮化硅耐火材料层。

本实用新型提供的甲烷化反应器是一种内置盘管式蒸汽发生设备的甲烷化反应器，尤其适合用于高温甲烷化反应，与传统设置独立甲烷化反应器和废热锅炉的方式相比，其具有投资省、占地面积大，热量回收率高优点。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施方案，其中：

图1是本实用新型的甲烷化反应器的一种实施方案的结构示意图；

图2是本实用新型的甲烷化反应器的另一种实施方案的结构示意图；

图3是单层盘管蒸汽发生设备的结构示意图；

图4是双层盘管蒸汽发生设备的俯视图；

图5是双层盘管蒸汽发生设备的纵向截面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的范围。

实施例1

图1显示了一种内置盘管式蒸汽发生设备的甲烷化反应器，图3显示了单层盘管蒸汽发生器。

如图1和图3所示，甲烷化反应器包括反应器筒体2，反应器筒体2的顶部设置有原料气入口1，底部设置有产品气出口15。其中，反应器筒体2由Q235碳钢材料制成。

反应器筒体2内设置有筛孔支撑板8，筛孔支撑板8负载有自上而下布置的第一惰性填料层5、催化剂床层6和第二惰性填料层7。反应器筒体2上设置有催化剂卸出口16，催化剂卸出口16位于筛孔支撑板8上方且配置成卸出第一惰性填料层5、催化剂床层6和第二惰性填料层7。筛孔支撑板8下方设有盘管式蒸汽发生设备10，盘管式蒸汽发生设备10配置为单层螺旋盘管蒸汽发生器，在其下部设有伸出反应器筒体2的给水入口管11，在其上部设有伸出反应器筒体2的蒸汽出口管9，蒸汽出口管9和给水入口管11连接至盘管式蒸汽发生设备10的盘管。其中，第一惰性填料层5和第二惰性填料层7由圆形瓷球形成。

工作过程中，原料气通过甲烷化反应器顶部的原料气入口1进入甲烷化反应器，经由第一惰性填料层5与催化剂床层6接触。这样设置可以使工艺气体分布均匀，从而降低因反应不均而引起的催化剂床层6局部超温现象。

工艺气体与催化剂床层6接触发生反应，将大部分H₂、CO和CO₂转化为CH₄，反应后的高温产品气经由第二惰性填料层7均匀通过盘管式蒸汽发生设备10。锅炉给水经由给水入口管11进入盘管式蒸汽发生设备10的管程，通过与盘管外的高温产品气进行换热来充分回收高温产品气的热量并生产蒸汽，产生的蒸汽经蒸汽出口管9离开甲烷化反应器。而降温后的产品气经由产品气出口15均匀离开甲烷化反应器。

如果需要更换催化剂，可以通过催化剂卸出口16卸出催化剂床层以及第一惰性填料层和第二惰性填料层。

实施例2

图2显示了一种内置盘管式蒸汽发生设备的甲烷化反应器，图3显示了单层盘管蒸汽发生器。

如图2和图3所示，甲烷化反应器包括反应器筒体2，反应器筒体2内表面设有耐火衬里3，反应器筒体2的顶部设置有原料气入口1和位于原料气入口1下游的气体分布器4。其中，反应器筒体2由Q235碳钢材料制成，耐火衬里3为硅酸铝耐火材料层，以及气体分布器4配置成双切向环流式气体分布器。

反应器筒体2内设置有筛孔支撑板8，筛孔支撑板8位于气体分布器4下方且负载有自上而下布置的第一惰性填料层5、催化剂床层6和第二惰性填料层7。反应器筒体2上设置有催化剂卸出口16，催化剂卸出口16位于筛孔支撑板8上方且配置成卸出第一惰性填料层5、催化剂床层6和第二惰性填料层7。筛孔支撑板8下方设有盘管式蒸汽发生设备10，盘管式蒸汽发生设备10配置为单层螺旋盘管蒸汽发生器，在其下部设有伸出反应器筒体2的给水入口管11，在其上部设有伸出反应器筒体2的蒸汽出口管9，蒸汽出口管9和给水入口管11连接至盘管式蒸汽发生设备10的盘管。其中，第一惰性填料层5和第二惰性填料层7由圆形瓷球形成。

反应器筒体2底部设置有气体收集器13、惰性填料卸出口14和与气体收集器13连通的产品气出口15。其中，气体收集器13呈圆柱形，并且在其上表面和侧面安装有不锈钢网(未显示)。

所述甲烷化反应器还包括位于盘管式蒸汽发生设备10和气体收集器13之间的第三惰性填料层12。其中，第三惰性填料层12由圆形瓷球构成，以及惰性填料卸出口14配置成卸出第三惰性填料层。

工作过程中，原料气通过甲烷化反应器顶部的原料气入口1进入甲烷化反应器，经由气体收集器13和第一惰性填料层5与催化剂床层6接触。这样设置可以使工艺气体分布更加均匀，从而进一步降低或避免因反应不均而引起的催化剂床层6局部超温现象。

工艺气体与催化剂床层6接触发生反应，将大部分H₂、CO和CO₂转化为CH₄，反应后的高温产品气经由第二惰性填料层7均匀通过盘管式蒸汽发生设备10。锅炉给水经由给水入口管11进入盘管式蒸汽发生设备10的管程，通过与盘管外的高温产品气进行换热来充分回收高温产品气的热量并生产蒸汽，产生的蒸汽经由蒸汽出口管9离开甲烷化反应器。而降温后的产品气经由第三惰性填料层12分布后，由气体收集器13收集，均匀地从产品气出口15离开甲烷化反应器。

如果需要更换催化剂，可以通过催化剂卸出口16卸出或更换催化剂床层以及第一惰性填料层和第二惰性填料层。另外，可以根据需要从惰性填料卸出口14卸出或更换第三惰性填料层12。

实施例3

本实施例中，甲烷化反应器的结构与实施例1基本相同，不同之处在于采用如图4和图5所显示的双层螺旋盘管蒸汽发生器代替单层螺旋盘管蒸汽发生器。

实施例4

本实施例中，甲烷化反应器的结构与实施例2基本相同，不同之处在于采用如图4和图5显示的双层螺旋盘管蒸汽发生器代替单层螺旋盘管蒸汽发生器。

尽管本实用新型已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本实用新型不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。