一種流化床合成氣甲烷化裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種流化床合成氣甲烷化裝置。它包括依次相連通的主反應(yīng)段、輔反應(yīng)段和沉降回收段，且所述主反應(yīng)段、所述輔反應(yīng)段和所述沉降回收段沿軸向變徑設(shè)置；所述主反應(yīng)段的底部設(shè)有工藝氣主進口，所述主反應(yīng)段的下部的橫截面上設(shè)有氣體分布板，所述氣體分布板上設(shè)有與所述主反應(yīng)段的腔壁相連通的催化劑卸料口；所述輔反應(yīng)段和/或所述沉降回收段上設(shè)有催化劑入口；所述沉降回收段的內(nèi)部設(shè)有內(nèi)置旋風分離器，所述內(nèi)置旋風分離器與所述沉降回收段的腔壁相連通的產(chǎn)品氣出口相連接。本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)簡單，其傳質(zhì)傳熱效率高。
【專利說明】
一種流化床合成氣甲烷化裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種流化床合成氣甲烷化裝置，屬于化工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國化石能源以煤炭為主要資源，煤炭貯量極為豐富，目前已探明的保有貯量高達1.28萬億噸以上。石油、天然氣資源則相對貧乏，國內(nèi)油氣產(chǎn)量遠不能滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需要，必須依靠大量進口來支撐我國經(jīng)濟的發(fā)展。我國進口原油已由2000年的0.7億噸增長到2011年的2.5億噸，2012年對境外石油進口依存度達到55.2%。2009年我國天然氣產(chǎn)量為830 X 18Nm3，與2008年相比增長7.7 %。表觀消費量為874.5 X 18Nm3，同比增長
11.5%。與國內(nèi)產(chǎn)量相比，國內(nèi)天然氣供需缺口達40多億立方米。2010年我國天然氣同比增長12.1 %，達到944.8 X 108Nm3。到2020年天然氣需求量將超過2000 X 18Nm3左右，而產(chǎn)量僅有1000 X 18Nm3,另外的50%將依賴進口或者其他替代能源。逐年遞增的油氣需求，必將成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。因此，充分利用我國豐富的煤炭資源優(yōu)勢，大力發(fā)展煤化工高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)煤制天然氣，對于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，保證我國能源安全，保證國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，迫在眉睫，勢在必行。可以預(yù)見未來無論是國內(nèi)還是國外對天然氣的需求都存在很大缺口，因此利用煤炭資源生產(chǎn)合成天然氣將是一種現(xiàn)實的天然氣補充來源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種流化床合成氣甲烷化裝置，本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)簡單，其傳質(zhì)傳熱效率高。
[0004]本發(fā)明提供的流化床合成氣甲烷化裝置，其特征在于:它包括依次相連通的主反應(yīng)段、輔反應(yīng)段和沉降回收段，且所述主反應(yīng)段、所述輔反應(yīng)段和所述沉降回收段沿軸向變徑設(shè)置；
[0005]所述主反應(yīng)段的底部設(shè)有工藝氣主進口，所述主反應(yīng)段的下部的橫截面上設(shè)有氣體分布板，所述氣體分布板上設(shè)有與所述主反應(yīng)段的腔壁相連通的催化劑卸料口；
[0006]所述輔反應(yīng)段和/或所述沉降回收段上設(shè)有催化劑入口；
[0007]所述沉降回收段的內(nèi)部設(shè)有內(nèi)置旋風分離器，所述內(nèi)置旋風分離器與所述沉降回收段的腔壁相連通的產(chǎn)品氣出口相連接。
[0008]本發(fā)明裝置中，所述催化劑入口具體設(shè)置在所述輔反應(yīng)段中部。
[0009]上述的裝置中，所述輔反應(yīng)段設(shè)置至少一對輔反應(yīng)段工藝氣進口。
[0010]上述的裝置中，所述主反應(yīng)段、所述輔反應(yīng)段和所述沉降回收段的直徑比可為1:1
?5:I?8ο
[0011]上述的裝置中，所述主反應(yīng)段、所述輔反應(yīng)段和所述沉降回收段的高度比可為1:1
?10:1?20ο
[0012]上述的裝置中，所述主反應(yīng)段的上部與所述輔反應(yīng)段連接處的腔壁設(shè)為漏斗形連接區(qū)I，所述漏斗形連接區(qū)I與所述主反應(yīng)段的腔壁橫截面的夾角可為20°?80°。
[0013]上述的裝置中，所述輔反應(yīng)段的上部與所述沉降回收段連接處的腔壁設(shè)為漏斗形連接區(qū)2，所述漏斗形連接區(qū)2與所述輔反應(yīng)段的腔壁橫截面的夾角可為20°?80°。
[0014]本發(fā)明裝置應(yīng)用時，所述工藝氣主進口與原料氣管道相連通，且所述原料氣管道上設(shè)有原料氣控制閥。
[0015]本發(fā)明裝置應(yīng)用時，所述工藝氣主進口與所述原料氣控制閥之間的所述原料氣管道上可根據(jù)需要設(shè)置一個旁路管道總管，所述旁路管道總管與所述輔反應(yīng)段工藝氣進口相連通；
[0016]所述旁路管道總管設(shè)有旁路閥;所述旁路管道設(shè)有分流閥。
[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0018]本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)器內(nèi)部流場完整順暢、傳質(zhì)傳熱效率高，結(jié)合“一種新型流化床合成氣工藝”，原料氣中含有大量水蒸氣和循環(huán)產(chǎn)品氣，易于整個裝置的溫度控制，具有可操作性高、有利于保護催化劑、熱量利用高的等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明流化床合成氣甲烷化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中標記如下:
[0021]I工藝氣主進口；2氣體分布板;3催化劑卸料口 ；4內(nèi)置旋風分離器;5產(chǎn)品氣出口 ；
6、7輔反應(yīng)段工藝氣進口 ；8催化劑入口 ；V1原料氣控制閥;V2旁路閥；V3分流閥;hl、dl分別為主反應(yīng)段的高度和直徑;h2、d2分別為輔反應(yīng)段的高度和直徑;h3、d3分別為沉降回收段的高度和直徑。
【具體實施方式】
[0022]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0023]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0024]實施例、流化床合成氣甲烷化裝置
[0025]如圖1所示，為本發(fā)明流化床合成氣甲烷化裝置，它包括三段，分別是依次相連通的主反應(yīng)段、輔反應(yīng)段、沉降回收段，三段沿軸向變徑設(shè)置，主反應(yīng)段的底部設(shè)有工藝氣主進口 I，主反應(yīng)段的下部的橫截面上設(shè)有氣體分布板2，氣體分布板2上設(shè)有與主反應(yīng)段的腔壁相連通的催化劑卸料口 3，所述輔反應(yīng)段中部設(shè)有催化劑入口 8;輔反應(yīng)段上設(shè)有輔反應(yīng)段工藝氣進口6和7;沉降回收段的內(nèi)部無換熱和復(fù)雜內(nèi)件，其內(nèi)設(shè)有內(nèi)置旋風分離器4。內(nèi)置旋風分離器4把產(chǎn)品氣中攜帶的少量固體顆粒分離，并返回主反應(yīng)段或輔反應(yīng)段，反應(yīng)后的產(chǎn)品經(jīng)過內(nèi)置旋風分離器4后，經(jīng)過與其相連通且與沉降回收段的腔壁相連通的產(chǎn)品氣出口5咼開裝置。
[0026]主反應(yīng)段、輔反應(yīng)段、沉降回收段的直徑關(guān)系為輔反應(yīng)段的直徑d2是主反應(yīng)段的直徑dl的3倍，沉降回收段的直徑d3是主反應(yīng)段的直徑dl的5倍;三段高度關(guān)系為輔反應(yīng)段的高度h2是主反應(yīng)段的高度hi的3倍，沉降回收段的高度h3是主反應(yīng)段的高度hi的5倍，主反應(yīng)段的漏斗形連接區(qū)I與輔反應(yīng)段連接處與水平面夾角SI為50°，輔反應(yīng)段的漏斗形連接區(qū)2和沉降回收段連接處與水平面夾角S2為50°。主反應(yīng)段承擔90%的主要反應(yīng)負荷;輔反應(yīng)段承擔10%的反應(yīng)負荷;沉降回收段基本不承擔反應(yīng)負荷或承擔微量反應(yīng)負荷。
[0027]使用本發(fā)明裝置時，原料氣通過位于主反應(yīng)段的工藝氣主進口 I和輔反應(yīng)段工藝氣進口6、7加入反應(yīng)器中，原料氣總量通過閥門Vl控制，工藝氣主進口 I的流量控制通過閥門V2，輔反應(yīng)段工藝氣進口6和7的流量分配控制用閥門V3。工藝氣主進口 I進入的原料氣以一定溫度通過位于主反應(yīng)段底部的氣體分布板2后，均勻進入并與流化床甲烷化催化劑(通過催化劑入口 8加入)均勻混合，實現(xiàn)催化劑的流化態(tài)并迅速發(fā)生甲烷化反應(yīng)。氣流經(jīng)過主反應(yīng)段后已經(jīng)反應(yīng)了大部分，進入輔反應(yīng)段后氣流速度下降，與來自輔反應(yīng)段工藝氣進口 6和7噴入的原料氣混合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一部分催化劑開始沉降，向上的氣流與沉降的催化劑逆流接觸，加深了反應(yīng)深度;經(jīng)過輔反化段的氣流繼續(xù)向上進入沉降回收段，氣流速度進一步下降，大部分的催化劑開始沉降，僅有少量反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)品氣經(jīng)過內(nèi)置旋風分離器4后把攜帶的小顆粒催化劑回收，返回至主反應(yīng)段或輔反應(yīng)段。由催化劑卸料口可實現(xiàn)催化劑的間歇性回收。產(chǎn)品氣從產(chǎn)品氣出口 5離開裝置，此時產(chǎn)品氣中含有較高濃度的甲烷，并攜帶大量熱量。
【主權(quán)項】
1.一種流化床合成氣甲烷化裝置，其特征在于:它包括依次相連通的主反應(yīng)段、輔反應(yīng)段和沉降回收段，且所述主反應(yīng)段、所述輔反應(yīng)段和所述沉降回收段沿軸向變徑設(shè)置； 所述主反應(yīng)段的底部設(shè)有工藝氣主進口，所述主反應(yīng)段的下部的橫截面上設(shè)有氣體分布板，所述氣體分布板上設(shè)有與所述主反應(yīng)段的腔壁相連通的催化劑卸料口； 所述輔反應(yīng)段和/或所述沉降回收段上設(shè)有催化劑入口 ； 所述沉降回收段的內(nèi)部設(shè)有內(nèi)置旋風分離器，所述內(nèi)置旋風分離器與所述沉降回收段的腔壁相連通的產(chǎn)品氣出口相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述輔反應(yīng)段設(shè)置至少一對輔反應(yīng)段工藝氣進口。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于:所述主反應(yīng)段、所述輔反應(yīng)段和所述沉降回收段的直徑比為1:1?5:1?8。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的裝置，其特征在于:所述主反應(yīng)段、所述輔反應(yīng)段和所述沉降回收段的高度比為1:1?10:1?20。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的裝置，其特征在于:所述主反應(yīng)段的上部與所述輔反應(yīng)段連接處的腔壁設(shè)為漏斗形連接區(qū)1，所述漏斗形連接區(qū)I與所述主反應(yīng)段的腔壁橫截面的夾角為20°?80°。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的裝置，其特征在于:所述輔反應(yīng)段的上部與所述沉降回收段連接處的腔壁設(shè)為漏斗形連接區(qū)2，所述漏斗形連接區(qū)2與所述輔反應(yīng)段的腔壁橫截面的夾角為20°?80°。
【文檔編號】B01J8/24GK105944631SQ201610559584
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】高振, 侯建國, 宋鵬飛, 侯海龍, 姚輝超
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團有限責任公司