一種集成化甲烷合成反應器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種集成化甲烷合成反應器。
【背景技術】
[0002] 甲烷合成反應器是煤制天然氣項目的核心設備之一。甲烷化反應是強烈的放熱反 應，在合成氣甲烷化反應過程中存在著CO和CO2的競爭甲烷化反應與高溫下的逆水煤氣變 換反應，高效的傳熱與傳質是控制CO和CO2競爭甲烷化和高溫逆水煤氣變換的關鍵。研究 表明，每轉化1 %的CO或0)2可產生的絕熱溫升分別達到了 70°C或60°C。為了控制甲烷化 反應溫度，回收反應中產生的大量熱能，工業(yè)化甲烷化工藝采用多個固定床甲烷合成反應 器串連，逐級進行甲烷化反應。已實現(xiàn)甲烷化專利技術商業(yè)應用的公司有英國Davy公司、 丹麥T〇ps0e公司以及德國的Lugri公司。
[0003]目前甲烷合成反應器主要有兩種類型，一種是軸向固定床反應器，另一種是徑向 固定床反應器。軸向甲烷合成反應器設計、加工過程相對容易、操作簡單，但存在反應器設 備尺寸龐大、床層壓降大、容易出現(xiàn)局部飛溫、移熱緩慢、轉化率低、放大效應明顯以及反應 器需要材質等級高等問題。徑向床反應器高徑比較大、床層壓降小、反應物在催化劑床層停 留時間短，但很難實現(xiàn)反應物在徑向上的均勻分布、單位催化劑床層的生產強度較低。
[0004] 為了克服傳統(tǒng)化工中存在傳熱、傳質效率低的問題，二十世紀八九十年代興起了 微化工技術。微反應器作為微化工技術的核心組成部分，它是以毫米、微米為量級的化學反 應系統(tǒng)。一方面微反應器具有微尺度化、較大的比表面、擴散距離短、停留時間短、阻力小等 特點，其傳質、傳熱和反應效果較普通反應器高1-3數(shù)量級；另一方面，可以根據(jù)實際的工 業(yè)生產能力要求，通過具有功能化的微反應器模塊集成以及數(shù)量的增減達到控制和調節(jié)生 產，有利于實現(xiàn)設備的最大利用效率，同時縮短設備的加工時間。
[0005] 微通道反應器作為微反應器中的一類，將其運用甲烷化反應還鮮有報道。 CN201320593757. 7公開了一種用于甲烷化工藝的微通道反應器，該微反應通道固定在反應 器中部的支撐板上，難以消除熱脹冷縮產生的應力；CN201110030881. 8公開了一種微通道 反應器及其合成氣完全甲烷化的方法，該微反應器由若干反應通道和移熱通道交替平行排 布，反應器的壓降較大，同時難以承受高壓。
[0006] 因此，提高單位體積催化劑生產強度、減小反應器的設備尺寸、縮短氣體在催化劑 表面停留時間、降低反應器壓降損失，提高反應物的轉化效率，充分延長催化劑的使用壽 命，滿足反應器大型化的需求是目前亟待解決的技術問題。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型的目的是提供一種集成化甲烷合成反應器，該甲烷合成反應器采用微 反應通道作為反應通道，不僅催化劑使用量少，而且床層壓降低，氣體停留時間短，反應床 空間利用率高、無氣體偏流和短路現(xiàn)象。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種集成化甲烷合成反應器，其特征在于，該 甲烷合成反應器包括殼體、從所述殼體頂部伸入到殼體內部的進氣管、從所述殼體底部伸 入到殼體內部的出氣管、以及設置在所述殼體內所述進氣管下方所述出氣管上方的至少一 個中心筒；所述中心筒具有中心管，中心管與所述出氣管流體連通；所述中心筒與中心筒 的外壁之間以及中心筒的外壁與所述殼體的內壁之間形成有分流環(huán)隙；所述中心筒具有多 個徑向設置的微反應通道，并且中心筒的筒體內外僅通過該微反應通道流體連通；所述進 氣管通過所述分流環(huán)隙與微反應通道的微通道反應氣體入口連通，微反應通道的微通道反 應產物出口通過中心管與出氣管流體連通。
[0009] 優(yōu)選地，所述中心筒的數(shù)量為2-10000個。
[0010] 優(yōu)選地，所述微反應通道的內表面負載有催化活性組分。
[0011] 優(yōu)選地，所述微反應通道的直徑從所述微通道反應氣體入口向微通道反應產物出 口的方向逐漸減小。
[0012] 優(yōu)選地，所述微反應通道的直徑在2-50毫米之間。
[0013] 優(yōu)選地，所述微通道反應氣體入口的直徑與所述微通道反應產物出口的直徑的比 值為（1. 1-25) :1。
[0014] 優(yōu)選地，所述多個徑向設置的微反應通道的內部空間的總體積為所有中心筒的總 體積的30% -90%。
[0015] 優(yōu)選地，所述微反應通道為選自錐形管、喇叭形管和Y形管中的其中一種。
[0016] 優(yōu)選地，所述進氣管的下部設置有至少一個用于分布送入所述反應器的反應氣的 氣體分布器。
[0017] 優(yōu)選地，所述分流環(huán)隙的頂端設有開口并與所述進氣管流體連通，所述分流環(huán)隙 的底端密閉。
[0018] 優(yōu)選地，所述中心筒的底部與所述殼體的底部之間設置有隔熱材料區(qū)。
[0019] 通過上述技術方案，（結合技術方案、工作原理等描述本實用新型的有益效果）。
[0020] 本實用新型提供的甲烷合成反應器與現(xiàn)有甲烷合成反應器相比，具有如下優(yōu)點：
[0021] 1、甲烷化反應是體積縮小的快速強放熱反應，采用涂覆含有甲烷化反應催化活性 組分的錐形管微通道反應器，隨著反應物從錐形管較大直徑端向較小直徑端流動，反應通 道越來越小，增大了甲烷化反應向產物方向轉化的推動力，由于氣體流速越來越大，使得產 物氣體在微反應通道中的停留時間較短；
[0022] 2、采用涂覆甲烷化反應催化活性組分于微反應通道內表面，活性金屬使用量為同 等處理能力常規(guī)固定床反應器所用量的5% -25%，有效地降低了催化劑生產成本；
[0023] 3、由于反應氣體在反應器中停留時間較短，延長了催化劑的使用壽命（壽命可以 提高15% -25% )，床層壓降較同處理量的徑向反應器低（50% -85% );
[0024] 4、該反應器由若干大小相同的中心筒（微反應束）構成的催化反應區(qū)，每一個微 反應束由若干相同大小的微錐形反應通道構成的徑向反應區(qū)域，無反應死區(qū)和氣體的偏流 現(xiàn)象，床層的溫度較為均勻，不會出現(xiàn)熱點，充分保證了整個運行周期內的平穩(wěn)運行；
[0025]5、該反應器的原料轉化率高，目標產物CH4的選擇性超過95 %，單位反應器生產強 度較常規(guī)固定床、流化床高；
[0026] 6、可以根據(jù)實際的工業(yè)生產能力要求，通過具有功能化的微反應通道模塊集成以 及數(shù)量的增減達到控制和調節(jié)生產，有利于實現(xiàn)反應器的最大利用效率，無明顯放大效應， 同時縮短反應器的加工時間，進一步降低反應器生產成本；
[0027] 7、不僅可以運用于煤制替代天然氣和焦爐煤氣甲烷化工藝，還可用于甲醇合成、 CO變換、費托合成等固定床催化放熱反應。
[0028] 本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0029] 附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面 的【具體實施方式】一起用于解釋本實用新型，但并不構成對本實用新型的限制。在附圖中：
[0030] 圖1是本實用新型提供的甲烷合成反應器的一種【具體實施方式】的結構示意圖；
[0031] 圖2是本實用新型提供的甲烷合成反應器的一種【具體實施方式】的剖視圖（即圖1 中A-A面的剖視圖）；
[0032] 圖3是本實用新型提供的甲烷合成反應器所采用的微反應通道的一種具體實施 方式（錐形管）的示意圖；
[0033] 圖4是本實用新型提供的甲烷合成反應器所采用的微反應通道的一種具體實施 方式（喇叭形管）的示意圖；
[0034] 圖5是本實用新型提供的甲烷合成反應器所采用的微反應通道的一種具體實施 方式（Y形管）的示意圖。
[0035] 附圖標記說明
[0036] 1殼體2進氣管3出氣管4中心筒5中心管
[0037] 6分流空隙 7微反應通道 8微通道反應氣體入口
[0038] 9微通道反應產物出口 10隔熱材料區(qū) 11第一氣體分布器
[0039] 12第二氣體分布器
【具體實施方式】
[0040] 以下結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處 所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。
[0041] 本實用新型提供一種集成化甲烷合成反應器，其特征在于，該甲烷合成反應器包 括殼體1、從所述殼體1頂部伸入到殼體內部的進氣管2、從所述殼體1底部伸入到殼體內 部的出氣管3、以及設置在所述殼體1內所述進氣管2下方所述出氣管3上方的至少一個中 心筒4;所述中心筒4具有中心管5,中心管5與所述出氣管3流體連通；所述中心筒4與中 心筒4的外壁之間以及中心筒4的外壁與所述殼體1的內壁之間形成有分流環(huán)隙6;所述中 心筒4具有多個徑向設置的微反應通道7,并且中心筒4的筒體內外僅通過該微反應通道7 流體連通；所述進氣管2通過所述分流環(huán)隙6與微反應通道7的微通道反應氣體入口 8連 通，微反應通道7的微通道反應產物出口 9通過中心管5與出氣管3流體連通。
[0042] 根據(jù)本實用新型的一種【具體實施方式】，所述中心筒4可以由密封連接的頂部密封 板、底部密封板和側壁構成，其內可以空心，可以實心，只要能夠容納微反應通道7即可。所 述中