專利名稱：一種合成氣甲烷化的流化床工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤制天然氣技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種合成氣甲烷化的流化床工藝及裝置。
背景技術(shù)：
自1970s爆發(fā)全球性的石油危機(jī)以來，煤制合成天然氣的研究引起了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。煤制合成天然氣工藝的基本流程是煤高溫氣化生成合成氣(CCHH2)，合成氣經(jīng)水蒸氣變換調(diào)整H2與CO摩爾比至合適值，甲醇洗脫硫，多段固定床絕熱反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，尾氣冷凝凈化處理。合成氣甲烷化是上述過程的關(guān)鍵部分，其核心是甲烷化催化 劑和絕熱固定床反應(yīng)器。合成氣甲烷化反應(yīng)(C0+3H2^CH4+H20)是一個(gè)體積收縮的強(qiáng)放熱反應(yīng)，低溫
和高壓有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，因此，甲烷化反應(yīng)器開發(fā)的核心是有效控溫。目前工業(yè)化的甲烷化技術(shù)如德國(guó)Lurgi公司甲烷化技術(shù)、丹麥Topsoe公司的TREPM工藝等，均采用了固定床反應(yīng)器，核心是將原料合成氣通入多段絕熱固定床，通過控制各段反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率、部分產(chǎn)品氣體循環(huán)和內(nèi)置或外置預(yù)熱器等方法實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的溫度控制。但多級(jí)串聯(lián)的固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)使得整體設(shè)備和流程相對(duì)復(fù)雜，工藝參數(shù)控制相對(duì)較難，同時(shí)需要返回大量的產(chǎn)品氣稀釋原料氣，限制了生產(chǎn)能力，并且增加了動(dòng)力消耗，因而操作成本較高，影響了工藝的整體經(jīng)濟(jì)性。流化床反應(yīng)器具有高效的氣固傳質(zhì)傳熱效率，反應(yīng)床層內(nèi)溫度和顆粒均勻分布，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷化反應(yīng)溫度的控制，抑制床層溫度過熱和局部熱點(diǎn)；而且在高空速下連續(xù)運(yùn)行可提高甲烷化生產(chǎn)能力。CN1960954A公開了一種合成氣流化床甲烷化的方法，反應(yīng)溫度為200飛00 °C，體積空速lOOO^OOOOh—1，但沒有說明甲烷化收率和轉(zhuǎn)化率。CN101817716A公開了一種內(nèi)置預(yù)熱器的流化床反應(yīng)器耦合固定床工藝，在流化床中實(shí)現(xiàn)60^95%的轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)品氣中甲烷收率最高可達(dá)76%。CN101774876A在其甲烷芳構(gòu)化工藝中公開了流化床CO2甲烷化反應(yīng)。CN102180757A公開了一種通道式循環(huán)流化床反應(yīng)器用于甲烷化反應(yīng)，核心是在通道反應(yīng)器器壁上涂覆Ni基甲烷化催化劑，合成氣攜帶吸附劑CaO和MgO進(jìn)入通道式反應(yīng)器充分接觸反應(yīng)，但從產(chǎn)物組成看，甲烷體積分?jǐn)?shù)7廣90%，CO為
3.8^15. 8%，其CO轉(zhuǎn)化率略低。然而，由于流化床內(nèi)的強(qiáng)烈的氣體返混會(huì)影響甲烷化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，而且存在催化劑磨損和帶出損失等問題，至今流化床甲烷化工藝仍處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段，尚無工業(yè)化的完全甲烷化流化床工藝。針對(duì)流化床甲烷化工藝存在的問題，本發(fā)明提出了一種磁場(chǎng)環(huán)境作用下流化床合成氣甲烷化的方法及相應(yīng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種合成氣甲烷化的流化床裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種合成氣甲烷化的流化床工藝，克服現(xiàn)有的流化床和固定床甲烷化的缺點(diǎn)，利用磁場(chǎng)強(qiáng)化氣固傳熱傳質(zhì)，提高一氧化碳轉(zhuǎn)化率和甲烷收率，可延長(zhǎng)催化劑使用壽命和防止催化劑磨損和帶出損失。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種合成氣甲烷化的流化床工藝，所述流化床為磁場(chǎng)流化床。流態(tài)化泛指固體顆粒在流體(氣體或液體)作用下的懸浮或流動(dòng)現(xiàn)象。相對(duì)于離心場(chǎng)、振動(dòng)場(chǎng)和聲場(chǎng)流化床來說，磁場(chǎng)流化床(MFB)具有振動(dòng)小、噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)集固定床與傳統(tǒng)流化床的優(yōu)點(diǎn)于一身固體顆粒裝卸方便和可循環(huán)使用，高傳質(zhì)、傳熱速率等，有很高的開發(fā)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。由于磁場(chǎng)流化床在眾多方面都顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值，許多研究人員對(duì)其應(yīng)用開展了廣泛的研究，目前的研究工作主要集中在以下3個(gè)方面含鐵磁性顆粒的催 化反應(yīng)或以鐵磁顆粒作載體的生化反應(yīng)等；過濾、除塵、分選物料；流化黏性顆粒。但是大量文獻(xiàn)資料表明，現(xiàn)有技術(shù)中并無將磁場(chǎng)流化床應(yīng)用于合成氣甲烷化的研究。本發(fā)明所述的一種合成氣甲烷化的流化床工藝，包括如下步驟(I)首先將H2和CO組成的原料氣預(yù)熱；(2)將預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部通入，使反應(yīng)器中的催化劑顆粒處于流化狀態(tài)，在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；(3)反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物和少量催化劑細(xì)粉的混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，分離出的氣體產(chǎn)物經(jīng)后續(xù)處理得到純凈的甲烷氣體。本發(fā)明所述步驟(3)后任選進(jìn)行(4)經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的固體顆粒物經(jīng)造粒處理后返回磁場(chǎng)流化床繼續(xù)參與反應(yīng)。本發(fā)明所述步驟(I)預(yù)熱后的原料氣的溫度達(dá)到20(T300°C，例如可選擇20f298. 60C，225 280°C，240^271°C，253 263。。，258°C等，進(jìn)一步優(yōu)選 250°C。本發(fā)明所述步驟(2)所述預(yù)熱后的原料氣中H2和CO的摩爾比為3. (T4. 0，例如可選擇 3. 05 3. 96，3. 3 3. 81，3. 42 3. 72，3. 56 3. 6 等，進(jìn)一步優(yōu)選 3. 5。進(jìn)一步地，反應(yīng)器的操作溫度為30(T70(TC，例如可選擇302 695°C，338 650°C，387 600 °C, 420^553 °C，475 520 °C，486 512 °C 等，進(jìn)一步優(yōu)選 350 500 V,最優(yōu)選40(T42(TC。反應(yīng)器的操作溫度并不要求穩(wěn)定在某一點(diǎn)值，控制在合理溫度范圍即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。更進(jìn)一步地，操作壓力為0. I 5MPa，例如可選擇0. 12 4. 98,0. 4 4. 3,0. 9 3. 6，
I.4 3，I. 8 2. 5等，進(jìn)一步優(yōu)選2 3MPa。再進(jìn)一步地，所述原料氣的體積空速為2，000^200, OOOh'例如可選擇 2，010 199，9801T1，2，500 185，OOOtT1，3，800 150，OOOtT1，4，700 138，OOOh'6，800 110，OOOh'8，000 96，0001T1，16，000 82，OOOh'35, 000 60，OOOtT1 等，進(jìn)一步優(yōu)選10，000 90，OOOh'最優(yōu)選 60，OOOh'本發(fā)明所述催化劑顆粒為具有鐵磁性的Fe、Co或Ni中的一種或至少兩種的混合物，典型但非限制性的例子有Fe，Ni，F(xiàn)e和Co的組合，Co和Ni的組合，F(xiàn)e、Co和Ni的組合等，皆可用于本發(fā)明，進(jìn)一步優(yōu)選Ni。進(jìn)一步地，催化劑載體為A1203、TiO2, ZrO2或SiO2中的一種或至少兩種的混合物，典型但非限制性的例子有TiO2, SiO2, Al2O3, Al2O3和ZrO2的組合，ZrO2和SiO2的組合，Ti02、ZrO2和SiO2的組合，Al2O3' TiO2和ZrO2的組合，Al2O3' TiO2' ZrO2和SiO2的組合等，進(jìn)一步優(yōu)選A1203。更進(jìn)一步地，所述催化劑顆粒平均粒徑為10 2000 u m,例如10. 2 1985 U m，24 1810 u m, 50 1520 u m, 110^1200 u m, 200^1000 u m, 420 750 u m, 500 y m 等，進(jìn)一步優(yōu)選為50 200 u m,最優(yōu)選80 u m。向所述磁場(chǎng)流化床中通入原料氣的氣速為0. Ol"!. Om/s,例如可選擇0. 012 0. 98m/s，0. 03 0. 82m/s，0. 07 0. 6m/s，0. 2 0. 4m/s，0. 3m/s 等，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1^0. 5m/s。進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)流化床外加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 15^2. 0T,例如0. 16^1. 96T，0. 3 I. 6T, 0. 75 I. 2T, 0. 9 I. OT等，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 5 I. 0T,最優(yōu)選0. 8T。
一種合成氣甲烷化的流化床工藝，工藝條件經(jīng)優(yōu)化包括如下步驟
(I)以H2和CO為原料氣，將原料氣經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣的溫度達(dá)到200^300 0C ；(2)預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部通入，使磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器中催化劑顆粒處于流化狀態(tài)；在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；H2和CO的摩爾比為3. (T4. 0，反應(yīng)器的操作溫度為30(T700°C，操作壓力為0. I飛MPa，原料氣體積空速為 2，000 200，OOOtT1 ；(3)反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物和少量催化劑細(xì)粉的混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，分離出的氣體產(chǎn)物經(jīng)冷凝、凈化等工業(yè)處理后得到純凈的甲烷；(4)經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的固體顆粒物經(jīng)造粒處理后返回磁場(chǎng)流化床繼續(xù)參與反應(yīng)。本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)如上所述合成氣甲烷化的流化床裝置，所述裝置包括從低到高依次連接的預(yù)熱器、磁場(chǎng)流化床以及旋風(fēng)分離器。所述磁場(chǎng)流化床由流化床反應(yīng)器和流化床外部套入的磁場(chǎng)發(fā)生器組成；所述磁場(chǎng)發(fā)生器為一維軸向磁場(chǎng)發(fā)生器，其連接有穩(wěn)流電源控制器。預(yù)熱器的出口通過管道與流化床反應(yīng)器的入口相連，旋風(fēng)分離器的入口通過管道與流化床反應(yīng)器的出口連接。本發(fā)明所述預(yù)熱器前設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)。本發(fā)明所述磁場(chǎng)發(fā)生器為一維軸向磁場(chǎng)發(fā)生器，該軸向磁場(chǎng)發(fā)生器為多層的空心的磁場(chǎng)線圈，流化床反應(yīng)器位于磁場(chǎng)線圈中心。所述軸向流化床反應(yīng)器外部磁場(chǎng)發(fā)生器為霍爾姆茲線圈，往線圈中通入穩(wěn)定直流電，產(chǎn)生均勻穩(wěn)恒磁場(chǎng)。產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度可通過調(diào)節(jié)穩(wěn)流電源控制器的輸出電流和電壓加以控制。鐵磁性顆粒在穩(wěn)定的磁場(chǎng)中能夠沿磁力線方向排列形成鏈狀物，形成磁穩(wěn)定床。磁穩(wěn)定床的優(yōu)點(diǎn)在于既具有破碎氣泡，強(qiáng)化氣固傳熱傳質(zhì)等流化床的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也形成近平推流的流動(dòng)方式，從而具有固定床的優(yōu)點(diǎn)。它可以像流化床那樣使用小顆粒固體而不至于造成過高的壓力降，外加磁場(chǎng)有效地控制了相間返混，均勻的空隙度又使床層內(nèi)部不易出現(xiàn)溝流；細(xì)小顆粒的可流動(dòng)性使得裝卸固體非常便利；使用磁穩(wěn)定床不僅可以避免流化床操作中經(jīng)常出現(xiàn)的固體顆粒流失現(xiàn)象，也可以避免固定床中可能出現(xiàn)的局部熱點(diǎn)；同時(shí)磁穩(wěn)定床可以在較寬范圍內(nèi)穩(wěn)定操作，還可以破碎氣泡改善相間傳質(zhì)。與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果(I)本發(fā)明通過外加磁場(chǎng)強(qiáng)化流化床中氣固傳熱傳質(zhì)，氣固接觸充分，床層內(nèi)溫差小，提高了一氧化碳轉(zhuǎn)化率和甲烷選擇性；(2)通過外加磁場(chǎng)強(qiáng)度和氣體流速的協(xié)同控制，鐵磁性顆粒在穩(wěn)定的磁場(chǎng)中能夠沿磁力線方向排列形成鏈狀物，形成磁穩(wěn)定床，可防止催化劑顆粒粘結(jié)失流、改善流化質(zhì)量，還可以防止催化劑顆粒被氣體帶出流化床反應(yīng)器，減少催化劑損失。(3)由于床層上下溫差小，無須將大量產(chǎn)品氣循環(huán)，降低生產(chǎn)成本。


圖I是本發(fā)明合成氣甲烷化的流化床裝置圖。 圖中1-預(yù)熱器；2_流化床反應(yīng)器；3_旋風(fēng)分離器；4_磁場(chǎng)發(fā)生器；5_穩(wěn)流電源控制器；6-氣體入口 ；7_質(zhì)量流量計(jì)。下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的權(quán)利范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下實(shí)施例I合成氣甲烷化的流化床裝置所述裝置包括從低到高依次連接的預(yù)熱器I、磁場(chǎng)流化床以及旋風(fēng)分離器3。所述磁場(chǎng)流化床由流化床反應(yīng)器2和流化床反應(yīng)器2外部套入的磁場(chǎng)發(fā)生器4組成。所述磁場(chǎng)發(fā)生器4為一維軸向磁場(chǎng)發(fā)生器，其連接有穩(wěn)流電源控制器5。預(yù)熱器I的出口通過管道與流化床反應(yīng)器2的氣體入口 6相連，旋風(fēng)分離器3的入口通過管道與流化床反應(yīng)器2的出口連接。所述預(yù)熱器I前之間設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)7。實(shí)施例2合成氣甲烷化的流化床工藝采用如圖I所示的合成氣甲烷化的流化床裝置圖，具體操作步驟如下以H2和CO為原料氣(H2與CO的摩爾比為3. 0)，將原料氣通入預(yù)熱器中預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣的溫度為290°C，經(jīng)預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部氣體入口通入流化床反應(yīng)器，使流化床反應(yīng)器中催化劑顆粒處于流化狀態(tài)，通入原料氣的氣速為
0.01m/s ;在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；反應(yīng)器的操作溫度控制在40(T42(TC之間，操作壓力為0. IMPa，原料氣的體積空速為30，OOOh—1，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 3T ；催化劑為NiAl2O3，平均粒徑為80 y m ;反應(yīng)后攜帶有微量催化劑粉體的氣固混合物從流化床反應(yīng)器的出口經(jīng)管道送入旋風(fēng)分離器，經(jīng)分離后氣體產(chǎn)物經(jīng)冷凝、凈化等處理后得到純凈的甲烷。本實(shí)施例中一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為99%，甲烷選擇性為85%，其甲烷選擇性比普通流化床高10 20%。實(shí)施例3合成氣甲烷化的流化床工藝采用如圖I所示的合成氣甲烷化的流化床裝置圖，具體操作步驟如下以H2和CO為原料氣(H2與CO的摩爾比為3. 5)，將原料氣通入預(yù)熱器中預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣的溫度為230°C，經(jīng)預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部氣體入口通入流化床反應(yīng)器，使流化床反應(yīng)器中催化劑顆粒處于流化狀態(tài)，通入原料氣的氣速為I.Om/s ;在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；反應(yīng)器的操作溫度控制在34(T360°C之間，操作壓力為3MPa，原料氣的體積空速為60，OOOh—1，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 5T ;催化劑為Ni/Si02，平均粒徑為80 ii m ;反應(yīng)后攜帶有微量催化劑粉體的氣固混合物從流化床反應(yīng)器的出口經(jīng)管道送入旋風(fēng)分離器，經(jīng)分離后氣體產(chǎn)物經(jīng)冷凝、凈化等處理后得到純凈的甲烷。本實(shí)施例中一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為99%，甲烷選擇性為95%。實(shí)施例4合成氣甲烷化的流化床工藝采用如圖I所示的合成氣甲烷化的流化床裝置圖，具體操作步驟如下以H2和CO為原料氣(H2與CO的摩爾比為3. 5)，將原料氣通入預(yù)熱器中預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣的溫度為260°C，經(jīng)預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部氣體入口 通入流化床反應(yīng)器，使流化床反應(yīng)器中催化劑顆粒處于流化狀態(tài)，通入原料氣的氣速為0. lm/s ;在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；反應(yīng)器的操作溫度控制在31(T330°C之間，操作壓力為2MPa，原料氣的體積空速為90，OOOh—1，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 8T ;催化劑為Ni/Ti02，平均粒徑為50 ii m ;反應(yīng)后攜帶有微量催化劑粉體的氣固混合物從流化床反應(yīng)器的出口經(jīng)管道送入旋風(fēng)分離器，經(jīng)分離后氣體產(chǎn)物經(jīng)冷凝、凈化等處理后得到純凈的甲烷。本實(shí)施例中一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為99%，甲烷選擇性為94%。實(shí)施例5合成氣甲烷化的流化床工藝采用如圖I所示的合成氣甲烷化的流化床裝置圖，具體操作步驟如下以H2和CO為原料氣(H2與CO的摩爾比為3. 5)，將原料氣通入預(yù)熱器中預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣的溫度為210°C，經(jīng)預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部氣體入口通入流化床反應(yīng)器，使流化床反應(yīng)器中催化劑顆粒處于流化狀態(tài)，通入原料氣的氣速為0. 5m/s ;在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；反應(yīng)器的操作溫度控制在45(T480°C之間，操作壓力為4MPa，原料氣的體積空速為120，OOOh—1，磁場(chǎng)強(qiáng)度為I. OT ;催化劑為Ni-Fe/Zr02，平均粒徑為15 y m ;反應(yīng)后攜帶有微量催化劑粉體的氣固混合物從流化床反應(yīng)器的出口經(jīng)管道送入旋風(fēng)分離器，經(jīng)分離后氣體產(chǎn)物經(jīng)冷凝、凈化等處理后得到純凈的甲烷。經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的固體顆粒物經(jīng)造粒處理后返回磁場(chǎng)流化床繼續(xù)參與反應(yīng)。本實(shí)施例中一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為99%，甲烷選擇性為90%。實(shí)施例6合成氣甲烷化的流化床工藝采用如圖I所示的合成氣甲烷化的流化床裝置圖，具體操作步驟如下以H2和CO為原料氣(H2與CO的摩爾比為3. 2)，將原料氣通入預(yù)熱器中預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣的溫度為256°C，經(jīng)預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部氣體入口通入流化床反應(yīng)器，使流化床反應(yīng)器中催化劑顆粒處于流化狀態(tài)，通入原料氣的氣速為
0.8m/s ;在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；反應(yīng)器的操作溫度控制在40(T450°C之間，操作壓力為2. 2MPa，原料氣的體積空速為200，OOOh—1，磁場(chǎng)強(qiáng)度為2. OT ;催化劑為Ni-Co/Si02，平均粒徑為10 ii m ;反應(yīng)后攜帶有微量催化劑粉體的氣固混合物從流化床反應(yīng)器的出口經(jīng)管道送入旋風(fēng)分離器，經(jīng)分離后氣體產(chǎn)物經(jīng)冷凝、凈化等處理后得到純凈的甲烷。經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的固體顆粒物經(jīng)造粒處理后返回磁場(chǎng)流化床繼續(xù)參與反應(yīng)。
本實(shí)施例中一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為99%，甲烷選擇性為95%。實(shí)施例7合成氣甲烷化的流化床工藝采用如圖I所示的合成氣甲烷化的流化床裝置圖，具體操作步驟如下以H2和CO為原料氣(H2與CO的摩爾比為3. 9)，將原料氣通入預(yù)熱器中預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣的溫度為285°C，經(jīng)預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部氣體入口通入流化床反應(yīng)器，使流化床反應(yīng)器中催化劑顆粒處于流化狀態(tài)，通入原料氣的氣速為
0.12m/s ;在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；反應(yīng)器的操作溫度控制在30(T320°C之間，操作壓力為0. 5MPa，原料氣的體積空速為10，OOOh'磁場(chǎng)強(qiáng)度為I. 2T ；催化劑為Fe-Ni/Si02，平均粒徑為2000 u m ;反應(yīng)后攜帶有微量催化劑粉體的氣固混合物從流化床反應(yīng)器的出口經(jīng)管道送入旋風(fēng)分離器，經(jīng)分離后氣體產(chǎn)物經(jīng)冷凝、凈化等處理后得到純凈的甲烷。經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的固體顆粒物經(jīng)造粒處理后返回磁場(chǎng)流化床繼續(xù)參與反應(yīng)。本實(shí)施例中一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為99%，甲烷選擇性為93%。申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種合成氣甲烷化的流化床工藝，其特征在于，所述流化床為磁場(chǎng)流化床。
2.如權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，包括如下步驟 (1)首先將H2和CO組成的原料氣預(yù)熱； (2)將預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部通入，使反應(yīng)器中的催化劑顆粒處于流化狀態(tài)，在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)； (3)反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物和少量催化劑細(xì)粉的混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，分離出的氣體產(chǎn)物經(jīng)后續(xù)處理得到純凈的甲烷氣體。
3.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，步驟(3)后任選進(jìn)行(4)經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的固體顆粒物經(jīng)造粒處理后返回磁場(chǎng)流化床繼續(xù)參與反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的工藝，其特征在于，所述步驟(I)預(yù)熱后的原料氣的溫度達(dá)到 20(T300°C，進(jìn)一步優(yōu)選 250°C。
5.如權(quán)利要求2-4之一所述的工藝，其特征在于，步驟(2)所述預(yù)熱后的原料氣中H2和CO的摩爾比為3. (T4. O，進(jìn)一步優(yōu)選3. 5 ； 優(yōu)選地，反應(yīng)器的操作溫度為30(T700°C，進(jìn)一步優(yōu)選35(T500°C，最優(yōu)選40(T420°C ； 優(yōu)選地，操作壓力為0. I 5MPa，進(jìn)一步優(yōu)選2 3MPa ； 優(yōu)選地，所述原料氣的體積空速為2，000^200, OOOr1,進(jìn)一步優(yōu)選10，000^90, OOOh'最優(yōu)選60，OOOh'
6.如權(quán)利要求2-5之一所述的工藝，其特征在于，所述催化劑顆粒為具有鐵磁性的Fe、Co或Ni中的一種或至少兩種的混合物,進(jìn)一步優(yōu)選Ni ； 優(yōu)選地，催化劑載體為A1203、TiO2, ZrO2或SiO2中的一種或至少兩種的混合物，進(jìn)一步優(yōu)選Al2O3 ； 優(yōu)選地，所述催化劑顆粒平均粒徑為1(T2000 u m,進(jìn)一步優(yōu)選為5(T200 u m,最優(yōu)選80 u m0
7.如權(quán)利要求2-6之一所述的工藝，其特征在于，向所述磁場(chǎng)流化床中通入原料氣的氣速為0. OTl. Om/s，進(jìn)一步優(yōu)選為0. ro. 5m/s ； 優(yōu)選地，所述磁場(chǎng)流化床外加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 15^2. 0T，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 5^1. 0T,最優(yōu)選0. 8T。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的工藝，其特征在于，包括如下步驟 (1)以4和CO為原料氣，將原料氣經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣的溫度達(dá)到200^300 0C ； (2)預(yù)熱后的原料氣由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部通入，使磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器中催化劑顆粒處于流化狀態(tài)；在磁場(chǎng)流化床中原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；H2和CO的摩爾比為3. (T4. 0，反應(yīng)器的操作溫度為30(T700°C，操作壓力為0. I飛MPa，原料氣體積空速為2，000 200，OOOh 1 ； (3)反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物和少量催化劑細(xì)粉的混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，分離出的氣體產(chǎn)物經(jīng)冷凝、凈化等工業(yè)處理后得到純凈的甲烷； (4)經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的固體顆粒物經(jīng)造粒處理后返回磁場(chǎng)流化床繼續(xù)參與反應(yīng)。
9.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-8之一所述合成氣甲烷化的流化床裝置，其特征在于，所述裝置包括從低到高依次連接的預(yù)熱器(I)、磁場(chǎng)流化床以及旋風(fēng)分離器(3)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)流化床由流化床反應(yīng)器(2)和流化床反應(yīng)器外部套入的磁場(chǎng)發(fā)生器(4)組成；所述磁場(chǎng)發(fā)生器(4)為一維軸向磁場(chǎng)發(fā)生器，其連接有穩(wěn)流電源控制器(5);優(yōu)選地，所述預(yù)熱器(I)前設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合成氣甲烷化的流化床工藝及裝置，屬于煤制天然氣技術(shù)領(lǐng)域。所述工藝首先將H2和CO組成的原料氣預(yù)熱，預(yù)熱后由磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器底部通入，原料氣與催化劑顆粒充分接觸并反應(yīng)；氣體產(chǎn)物和少量催化劑細(xì)粉的混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，經(jīng)后續(xù)處理得到純凈的甲烷氣體。所述裝置由流化床反應(yīng)器和流化床外部套入的磁場(chǎng)發(fā)生器、穩(wěn)流電源控制器和質(zhì)量流量計(jì)等輔助設(shè)備組成。本發(fā)明通過外加磁場(chǎng)和氣體流速的協(xié)同控制，使催化劑顆粒在磁場(chǎng)作用下，形成磁穩(wěn)定床，防止催化劑顆粒粘結(jié)失流，改善流化質(zhì)量，強(qiáng)化氣固傳熱傳質(zhì)，床層內(nèi)溫差小，提高一氧化碳轉(zhuǎn)化率和甲烷選擇性，同時(shí)還可以防止催化劑顆粒被氣體帶出流化床反應(yīng)器，減少催化劑損失。
文檔編號(hào)B01J19/12GK102773051SQ20121025459
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者余斌, 周麗, 彭練, 朱慶山, 李軍, 李洪鐘, 李鵬程 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所