一种利用热管取热的分体式甲烷化反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种甲烷化反应器，进一步地说，是涉及一种利用热管取热的分 体式甲烷化反应器。
【背景技术】
[0002] 甲烷化反应器是煤制替代天然气路线的关键设备之一。甲烷化反应是快速的强放 热反应。计算表明，每转化1%的CO或0)2可产生的绝热温升分别达到了 70°C和60°C。为 了控制甲烷化反应温升，回收反应放出的大量热能，目前工业化甲烷化工艺采用多个固定 床甲烷化反应器串并联、部分富甲烷产品气循环的方式，逐级进行甲烷化反应，在反应器出 口设置蒸汽发生器回收反应热，通过压缩机循环部分产品气来控制每台反应器的甲烷化反 应转化深度。已实现商业应用的主要甲烷化技术专利商有英国Davy公司、丹麦T〇pS0e公 司以及德国的Lugri公司。传统的甲烷化反应器存在反应器设备尺寸庞大、容易出现局部 飞温、移热缓慢、床层温度高、催化剂容易失活以及反应和取热必须在两个独立设备中进行 的问题。 【实用新型内容】
[0003] 为解决现有技术中出现的问题，本实用新型提供了一种利用热管取热的分体式甲 烷化反应器。本实用新型结构简单、能及时取走反应热量，均化床层温度，提高原料转化率， 避免催化剂出现过热区域，延长催化剂使用寿命。
[0004] 本实用新型的目的是提供一种利用热管取热的分体式甲烷化反应器。
[0005] 包括：独立的承压上壳体、承压下壳体、联筒和热管；
[0006] 所述下壳体上部设置进气口、下部设置出气口，进气口设有气体分布器；下壳体的 内部装填有甲烷化催化剂床层；
[0007] 所述上壳体下部设有液相介质入口，上壳体顶部设有气相介质出口；
[0008] 所述上壳体与下壳体通过联筒连接；
[0009] 所述热管竖直设置在上壳体和下壳体组成的空间内，热管的一端穿过下壳体的甲 烷化催化剂床层，另一端设置在上壳体的空间内；热管吸热段布置在下壳体的甲烷化催化 剂床层，放热段设置在上壳体的空间内，绝热段设置在联筒支撑区；
[0010] 所述下壳体的直径大于上壳体的直径。
[0011] 热管是一种高导热性能传热元件，依靠自身内部液体工质的相变传输热量无需外 加动力。具有传热效率高、等温性能好、热流密度可以自动调节、热流方向具有可逆性、结构 可以按需要灵活布置以及高可靠性的特点。
[0012] 其中，优选：
[0013] 下壳体出气口设置有格栅，格栅上部装填有耐热瓷球，甲烷化催化剂床层装填于 耐热瓷球与气体分布器之间。
[0014] 所述气体分布器优选为两级分布器，第一气体分布器和甲烷化催化剂床层之间设 置第二气体分布器。
[0015] 热管的吸热段设置在甲烷化催化剂床层中，热管底部需插入到耐热瓷球中，插入 耐热瓷球内的深度优选为不低于五倍热管直径。
[0016] 热管排列方式为中心对称均匀排列；
[0017] 所述热管在下壳体、联筒以及上壳体的切线长度比例为1-3:1:3-1，优选为 1:1:1，更优选为3:1:3。
[0018] 热管直径为 5mm-100mm ;
[0019] 热管与壳体的间距为不低于三倍热管直径；
[0020] 相邻热管的管心距不低于四倍热管直径；
[0021] 上壳体内液体介质液面距热管顶部距离不小于三倍热管直径；
[0022] 所述上壳体与联筒的直径相同，且不大于下壳体直径的二分之一。
[0023] 本实用新型具体可采用以下技术方案：
[0024] 该技术方案包括由上壳体、下壳体、热管传热元件组成的甲烷化反应器。其特征在 于：所述下壳体上端设有进气口、下端设有出气口的承压壳体，其进气口设有气体分布器。 所述下壳体的中部装填有甲烷化催化剂。所述上壳体下部设有液相介质入口，上壳体顶部 设有气相介质出口。所述上壳体与下壳体通过热管传热元件连接在一起，上下壳体通过联 筒相互支撑。所述热管的吸热段布置在下壳体甲烷化催化剂床层中，放热段布置在上壳体 内，绝热段设置在联筒支撑区。
[0025] 本实用新型的上壳体为蒸发室，下壳体为气固相催化反应室，反应物从下壳体的 顶部进入后，在催化剂的催化作用下进行甲烷化反应，反应产生的大量热量通过热管传热 元件传递到蒸发室，将进入蒸发室的液相介质蒸发。
[0026] 本实用新型的下壳体出气口底部设有格栅，格栅上部装填有耐热瓷球，催化剂装 填于耐热瓷球与气体分布器之间。
[0027] 所述气体分布器为两级分布器，第一气体分布器和催化剂床层之间还设有第二气 体分布器。通过设置气体分布器，使得反应气体能够均匀的通过催化剂床层，优选两级气体 分布器。
[0028] 本实用新型热管传热元件内部传热介质主要根据反应最高温度而定，并由此确定 热管内的最高压力。
[0029] 热管直径为 5mm-100mm ;
[0030] 热管与壳体的间距为不低于三倍热管直径；
[0031] 热管插入耐热瓷球内的深度不低于五倍热管直径；
[0032] 相邻热管的管心距不低于四倍热管直径；
[0033] 上壳体内液体介质液面距热管顶部距离不小于三倍热管直径；
[0034] 所述上壳体与联筒的直径相同，且不大于下壳体直径的二分之一。
[0035] 本实用新型上壳体、下壳体的蒸发压力和反应压力，根据工艺过程的不同，一般控 制在常压到7Mpa。上壳体、下壳体的蒸发温度和反应温度，根据工艺过程的不同，一般控制 在 250°C 到 550°C。
[0036] 有益效果：
[0037] 本实用新型采用了高效传热的热管技术，在催化剂床层中插入热管，能将反应热 量及时取走，均化了催化剂床层温度，避免了催化剂出现过热区域，延长了催化剂使用寿命 (寿命可以提高15% -20% )。另外，由于降低了甲烷化反应出口温度，还可以提高反应物 转化率、目标产物的选择性（反应物的转化效率可提高5% -15%，目标产物甲烷的选择性 可提高5%-10% )。使用热管，由于其传热效率高、结构紧凑、流程短，因此热损失较小。同 时由于反应出口温度降低，还可降低壳体的操作温度，降低壳体材质要求，达到降低成本的 目的。
[0038] 本实用新型不仅可以运用于煤制替代天然气和焦炉煤气甲烷化工艺，还可用于甲 醇合成、CO变换、费托合成等固定床催化放热反应。
【附图说明】
[0039] 图1为本实用新型结构示意图；
[0040] 图2为图1的A-A剖视图；
[0041] 图3热管与反应器壳体之间位置关系局部示意图；
[0042] 附图标记说明
[0043] 1-进气口，2-下壳体，3-甲烷化催化剂床层，4一热管，5-格栅，6-出气口，7- 耐热瓷球，8-第二气体分布器，9一第一气体分布器，10-联筒，11 一液相介质入口，12-上 壳体，13-气相介质出口，14-液相介质区，15-热管与外壳体间距，16-热管间距。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合实施例，进一步说明本实用新型。
[0045] 实施