一種甲烷化流化床反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種流化床甲烷化反應(yīng)器，即在一定的恒定低溫下進(jìn)行CO與H2反應(yīng)生成甲烷和水以及CO2與H2反應(yīng)生成甲烷和水的設(shè)備，包括圓筒殼體及內(nèi)件；其底部設(shè)有一次氣體分布器及二次氣體分布器，并裝填催化劑組成催化床；催化床中設(shè)有許多組換熱管組成的換熱裝置，每組換熱管下端與水進(jìn)口總管連通，水進(jìn)口總管與汽包水出口連通，每組換熱管上端與蒸汽出口總管連通，蒸汽出口總管與汽包的蒸汽進(jìn)口連通；它可以將甲烷化反應(yīng)中不斷放出的熱量及時(shí)用另一種介質(zhì)移走，維持反應(yīng)在低溫恒溫下進(jìn)行。
【專利說明】一種甲院化流化床反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，涉及一種流化床反應(yīng)器，具體地說，涉及一種甲烷化流化床反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，工業(yè)上合成天然氣主要有焦?fàn)t煤氣制天然氣及煤制天然氣兩種。合成天然氣的關(guān)鍵反應(yīng)是甲烷化反應(yīng)，其反應(yīng)式為:
[0003]C0+3H2 = CH4+H20 Δ H298 =— 206KJ/mol
[0004]C02+4H2 = CH4+2H20 Δ H298 =— 165KJ/mol
[0005]甲烷化反應(yīng)均為強(qiáng)放熱可逆反應(yīng)，在典型的甲烷化反應(yīng)條件下，氣體中每1% CO轉(zhuǎn)化的絕熱溫升約為72°C，每1% CO2轉(zhuǎn)化的絕熱溫升約為60°C。
[0006]現(xiàn)有的甲烷化工藝中，甲烷化反應(yīng)器均為絕熱反應(yīng)形式，即經(jīng)催化劑床層絕熱反應(yīng)后，氣體出反應(yīng)器，再經(jīng)高壓鍋爐產(chǎn)生蒸汽回收熱量。
[0007]由于合成天然氣的原料氣體中CO及CO2含量很高，為了控制溫度，甲烷化反應(yīng)器必須采用多臺(tái)串聯(lián)的方式，并且采用大量氣體循環(huán)的方式以降低反應(yīng)器進(jìn)口氣體中CO及CO2含量(一般控制C0+C02:3?5% )。若第一甲烷化反應(yīng)器氣體進(jìn)口溫度為300°C，則出口溫度為600?700°C。
[0008]現(xiàn)有的合成天然氣甲烷化工藝均為高溫甲烷化工藝，必須使用能耐700°C高溫的甲烷化催化劑，以滿足該工藝的要求。
[0009]高溫甲烷化工藝存在以下缺點(diǎn):
[0010]①反應(yīng)溫度高，設(shè)備材質(zhì)要求高，安全性差。
[0011]由于反應(yīng)溫度高，尤其是第一甲烷化反應(yīng)器溫度為600?700°C，需要使用耐高溫的材料制作，設(shè)備造價(jià)高。如果發(fā)生甲烷化反應(yīng)器進(jìn)口氣體中CO及CO2含量突然增加時(shí)，反應(yīng)器很容易發(fā)生超溫事故，安全可靠性較差。
[0012]②催化劑成本高。
[0013]甲烷化催化劑主要活性成分為鎳，以氧化鋁為載體。普通的甲烷化催化劑中鎳含量約為20?30%，其使用溫度范圍為200?400°C。高溫甲烷化催化劑中鎳含量約為40?50%，其使用溫度范圍為300?700°C。高溫甲烷化催化劑制造成本高，價(jià)格昂貴。
[0014]③高溫積炭。
[0015]高溫甲烷化工藝為絕熱反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層溫度為300?700°C。當(dāng)溫度在400°C以上時(shí)容易產(chǎn)生積炭反應(yīng)，造成催化劑表面積炭，使催化劑的活性下降，影響催化劑的使用壽命。
[0016]④電耗高。
[0017]由于甲烷化反應(yīng)原料氣體中的CO及CO2含量高(C0+C02:20?25% )，為了控制溫度，必須采用大量氣體循環(huán)的方式以降低反應(yīng)器進(jìn)口氣體中CO及CO2含量(一般控制C0+C02:3?5% )，其循環(huán)氣體流量約為新鮮氣體流量的5倍，電耗較高。[0018]針對(duì)高溫甲烷化工藝的缺陷，國內(nèi)一些研發(fā)機(jī)構(gòu)提出一種等溫低溫甲烷化反應(yīng)器技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)是反應(yīng)器的觸媒筐采用徑向結(jié)構(gòu)，徑向筐內(nèi)裝有許多換熱管，其結(jié)構(gòu)形式為懸置式雙套管。利用換熱管內(nèi)液體的相變將大量的反應(yīng)熱移走，以保持催化劑床層溫度恒定不變，即可維持反應(yīng)在400°C低溫恒溫下進(jìn)行。
[0019]該反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，換熱管外側(cè)傳熱系數(shù)低，總傳熱系數(shù)較低。由于甲烷化反應(yīng)熱很大，只有將催化劑床層內(nèi)換熱管的分布密度設(shè)計(jì)得非常大，才能夠?qū)⒎磻?yīng)熱充分移出，設(shè)備設(shè)計(jì)制作難度大，且催化劑裝卸困難。
[0020]由于該反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，當(dāng)反應(yīng)器直徑較大時(shí)，很難做到氣體均勻分布，容易發(fā)生氣體偏流的情況，從而造成催化劑床層溫度分布不均勻、溫差較大、催化劑局部過熱等。催化劑床層溫差太大，極易導(dǎo)致催化劑活性下降，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致設(shè)備損壞并造成安全事故。
[0021]少量文獻(xiàn)披露了甲烷化流化床反應(yīng)器，設(shè)備主要包括殼體、用于分散氣體并使固體顆粒流化的氣體分布器，用于分離產(chǎn)品氣與其他物質(zhì)(如催化劑)的分離器，原料氣進(jìn)口、產(chǎn)品氣出口等。然而，目前的流化床反應(yīng)器的直徑和體積受到較大的限制，主要是因?yàn)闅怏w分布器的覆蓋面積的限制，如果氣體分布器的面積過大，由于氣體的沖力影響容易導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)處的相應(yīng)位置拱起，影響設(shè)備的運(yùn)作和壽命，并且具有較大的安全隱患。另外，目前的氣體分布器還存在較容易堵塞的缺點(diǎn)，影響設(shè)備的有效運(yùn)作。除此，產(chǎn)品氣與固體粒子的分離也是一個(gè)問題。
[0022]目前的流化床反應(yīng)器，如申請(qǐng)?zhí)?0101023120.2的中國專利申請(qǐng)所公開的甲烷化反應(yīng)裝置，包括流化床反應(yīng)器和固定床反應(yīng)器，其中流化床反應(yīng)器中，反應(yīng)后的氣體與催化劑同時(shí)進(jìn)入氣固分離器進(jìn)行分離，此時(shí)分離效率有限，有較大量的催化劑仍然無法回收而連通反應(yīng)后的氣體一同輸出。該反應(yīng)器均存在氣體分布不均勻、容易產(chǎn)生溝流、產(chǎn)生大氣泡，催化劑消耗量高的缺陷。
[0023]專利號(hào)201110023691.3進(jìn)一步設(shè)置了冷卻水噴淋裝置以一方面吸收反應(yīng)熱，一方面形成上部空間的固體顆粒稀相區(qū)，但通過冷卻水噴淋將使得催化劑的重復(fù)利用難度加大，不利于大規(guī)模的連續(xù)性生產(chǎn)。反應(yīng)器噴淋裝置增加了水濃度即增加了生成物濃度，降低反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明目的之一在于提供一種可設(shè)置成大直徑/大體積的流化床反應(yīng)器。
[0025]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種可長期安全且正常使用的流化床反應(yīng)器。
[0026]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種可有效提高產(chǎn)品氣與固體顆粒分離效率的流化床反應(yīng)器。
[0027]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種可有效節(jié)降低催化劑消耗量的流化床反應(yīng)器。
[0028]發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的。
[0029]發(fā)明提供了一種甲烷化流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括殼體，位于殼體底部的原料氣進(jìn)口，位于殼體內(nèi)靠近底部的空間的氣體分配器,位于殼體上的產(chǎn)品氣出口，其中，氣體分配器包括一次氣體分布器和二次氣體分布器，所述一次氣體分布器包括多個(gè)分布于基本同一水平面的噴嘴；所述二次氣體分布器為具有多個(gè)開孔的板，位于所述一次氣體分布器上方。
[0030]優(yōu)選地,所述的二次氣體分布器可以貼著一次氣體分布器設(shè)置于一次氣體分布器上方；所述的一次氣體分布器與原料氣進(jìn)口連通(優(yōu)選通過管道連通)。
[0031]所述的噴嘴的開口向下，例如，朝向反應(yīng)器底部或呈一定角度朝向反應(yīng)器底部。當(dāng)殼體內(nèi)底部被裝入固體顆粒(催化劑)，原料氣開始進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，氣體均勻地從各個(gè)噴嘴往下噴出，并吹動(dòng)固體顆粒(如催化劑)逸散形成流化，此時(shí)，氣體分配器的上部空間形成固體顆粒密相區(qū)，而下方由于噴嘴和多孔板的作用形成底部固體顆粒稀相區(qū)；當(dāng)停止流化之后，催化劑將大量緩慢回落，此時(shí)，二次氣體分布器(多孔板)同時(shí)起到了阻隔較大一部分催化劑回落至底部的作用，從而解決了氣體分配器容易堵塞的問題。
[0032]優(yōu)選地，所述噴嘴包括噴孔和位于噴孔外部的延伸的管道，呈一定角度朝向反應(yīng)器底部。
[0033]上述的一定角度例如可以是大于0°小于45°。
[0034]通過采用本發(fā)明的氣體分配器的設(shè)置，可以使得反應(yīng)器的直徑長達(dá)8米時(shí)仍能順利運(yùn)行。
[0035]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一次氣體分布器包括多個(gè)分布于同一平面的環(huán)形管，環(huán)形管通過徑向的分支管相連通，各徑向的分支管匯總于中心管道，中心管道即為連通原料氣進(jìn)口與一次氣體分布器的管道。噴嘴連接于環(huán)形管上，以均勻地分布于反應(yīng)器內(nèi)。
[0036]優(yōu)選地，在所述殼體內(nèi)部，氣體分配器間隔一定距離的上方，設(shè)置有用于阻隔固體顆粒的擋氣除塵器，該擋氣除塵器可以是開孔板(例如具有多個(gè)圓形、方形或其他形狀的孔)、或者網(wǎng)狀、篩狀的部件，優(yōu)選具有兩層或以上的呈相互上下分布的開孔板、或者網(wǎng)狀、篩狀的部件。當(dāng)反應(yīng)氣體連同固體顆粒經(jīng)過該擋氣除塵器時(shí)，氣體可繼續(xù)擴(kuò)散至擋氣除塵器上方的空間，而催化劑固體顆粒受到較大的阻力從而大部分被阻擋在擋氣除塵器下方的空間，從而，擋氣除塵器下方直至氣體分配器上方的空間為反應(yīng)器中的固體顆粒密相區(qū)，催化劑得到充分的利用，反應(yīng)以較高的速率進(jìn)行，而擋氣除塵器的上方空間形成另一個(gè)固體顆粒稀相區(qū)，以便于氣體進(jìn)一步最終與催化劑的有效分離。
[0037]通過該擋氣除塵器的設(shè)置，可以破除反應(yīng)器內(nèi)的大氣泡，同時(shí)將氣體中夾帶的大量催化劑分離下來，使進(jìn)入反應(yīng)器頂部旋風(fēng)分離器的氣體中催化劑濃度大大降低，減輕了內(nèi)旋風(fēng)的負(fù)荷，提高了內(nèi)旋風(fēng)的分離效果，同時(shí)降低了催化劑的消耗。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，所述的擋氣除塵器為由多個(gè)爪狀交叉結(jié)構(gòu)構(gòu)成的篩狀部件。爪狀交叉結(jié)構(gòu)形成了一定的上下重疊區(qū)，以及一定的鏤空區(qū)域，由此形成了成上下空間分布(三維分布)的篩狀結(jié)構(gòu)。擋氣除塵器具有兩層，每層擋氣除塵器的爪狀結(jié)構(gòu)呈垂直交錯(cuò)分布。
[0038]所述的反應(yīng)器內(nèi)部還設(shè)有氣固分離設(shè)備，用于將反應(yīng)后的氣體與固體顆粒(例如催化劑)進(jìn)行分離，分離后的氣體從與氣固分離設(shè)備相連的產(chǎn)品氣出口輸出，而固體則回落回收至反應(yīng)器內(nèi)部。該氣固分離設(shè)備優(yōu)選地具有一級(jí)或多級(jí)氣固分離器，每級(jí)氣固分離器具有一個(gè)分離主體和一個(gè)連接于分離主體下部的回落管。
[0039]多級(jí)氣固分離器之間以串聯(lián)的方式連接。
[0040]第一級(jí)氣固分離器的回落管一直向下延伸至所述固體顆粒密相區(qū)內(nèi)。優(yōu)選地，所述的第一級(jí)氣固分離器的回落管的末端設(shè)置有防回逸機(jī)構(gòu)，例如，設(shè)置有下料雙錐，從而保證由分離器分離并搜集回落的固體顆?？梢皂樌鼗芈渲凉腆w顆粒密相區(qū)內(nèi)，而相應(yīng)空間中的氣體和催化劑不會(huì)倒逸至回落管內(nèi)。
[0041]優(yōu)選地，設(shè)置有第二級(jí)(或更多的)氣固分離器，其與第一級(jí)氣固分離器的氣體輸出端相連，這樣即使從第一級(jí)氣固分離器分離出來的氣體仍含有少量固體顆粒的話，可進(jìn)一步通過第二級(jí)氣固分離器的分離主體進(jìn)行分離，最終分離的氣體(最后一級(jí)氣固分離器所分離出來的氣體)通過產(chǎn)品氣出口輸出，而進(jìn)一步分離出來的少量固體顆粒則通過第二級(jí)氣固分離器的回落管回落。由于此時(shí)分離出來的固體顆粒含量已經(jīng)非常少，如果將回落管延伸至固體顆粒密相區(qū)時(shí)，催化劑無法順利回落，甚至有倒逸的可能性，因此，該二級(jí)氣固分離器的回落管向下延伸使其出口位于固體顆粒稀相區(qū)內(nèi)，優(yōu)選地，延伸至擋氣除塵器上方，出口處于擋氣除塵器上方的固體顆粒稀相區(qū)內(nèi)。優(yōu)選地，二級(jí)氣固分離器的回落管的末端設(shè)置有閥，例如下料閥、下料翼閥，優(yōu)選重力閥，當(dāng)管內(nèi)儲(chǔ)存的固體顆粒達(dá)到一定量之后，閥打開使固體顆粒落下，其余時(shí)間，閥門關(guān)閉。由于二級(jí)氣固分離器的回落管末端閥打開時(shí)，固體顆粒主要集中落于擋氣除塵器的一小部分區(qū)域，由于重力的作用，且擋氣除塵器在一定程度上還起到擋風(fēng)作用，固體顆粒進(jìn)一步回落至固體顆粒密相區(qū)內(nèi)，從而有效維持殼體內(nèi)上部空間為固體顆粒稀相區(qū)。
[0042]所述的氣固分離器可以設(shè)有一組或多組。每組之間以并聯(lián)的形式存在，可以均勻地分布于反應(yīng)器殼體內(nèi)部。
[0043]優(yōu)選地，可采用旋風(fēng)分離器作為氣固分離器。
[0044]優(yōu)選地，于殼體的合適位置設(shè)置固體顆粒入口和出口，例如在殼體底部設(shè)置固體顆粒出口，在殼體側(cè)壁對(duì)應(yīng)于固體顆粒密相區(qū)、或?qū)?yīng)于任一固體顆粒稀相區(qū)(優(yōu)選擋氣除塵器上方)的位置設(shè)置固體顆粒入口。
[0045]由于甲烷化為強(qiáng)放熱反應(yīng)，優(yōu)選在固體顆粒密相區(qū)的至少一部分空間內(nèi)設(shè)置有換熱裝置6。換熱裝置可以采用現(xiàn)有的放熱反應(yīng)換熱裝置。例如，換熱裝置由多組換熱管并聯(lián)組成，換熱裝置的下部與水入口總管相連，換熱裝置的上部與蒸汽出口總管相連。管內(nèi)為液體；當(dāng)管外發(fā)生反應(yīng)時(shí)，放出大量的熱量，熱量通過管壁被管內(nèi)液體吸收后汽化變成蒸汽，蒸汽進(jìn)入蒸汽出口總管7，再經(jīng)蒸汽入口 18進(jìn)入汽包17，分離水后的蒸汽經(jīng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥15控制壓力后，送出系統(tǒng)；汽包17中的液體經(jīng)底部的水出口 19靠位差自動(dòng)流入水入口總管4，再經(jīng)水入口總管4進(jìn)入各組換熱管內(nèi)，如此水汽形成自然循環(huán)。當(dāng)進(jìn)行甲烷化反應(yīng)運(yùn)行時(shí)，通過蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥15控制汽包17內(nèi)的蒸汽壓力恒定為10.0Mpa,即水沸騰汽化溫度恒定為310°C，相對(duì)應(yīng)的管外催化劑床層反應(yīng)溫度則可控制在略高于管內(nèi)水沸騰汽化溫度，若保持50°C左右的傳熱溫差，即可控制反應(yīng)溫度為350?400°C。
[0046]作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，由于流化床反應(yīng)器直徑較大，催化劑床層中的換熱管優(yōu)選分組布置，采用多組并聯(lián)的形式，以確保催化劑床層中溫度分布均勻；同時(shí)換熱管采用U型管結(jié)構(gòu)形式，以利于管內(nèi)水汽靠位差形成自然循環(huán)；正常運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層同平面溫差小于5°C，整個(gè)密相區(qū)溫差小于5°C。
[0047]利用液體的相變將大量的反應(yīng)熱移走，以保持溫度恒定不變；由于水的汽化潛熱很大，約為430Kcal/Kg，只要布置足夠數(shù)量的換熱管，即可將大量的反應(yīng)熱全部移走，維持催化劑床層溫度不變。
[0048]作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，通過蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥15控制水的汽化壓力來控制相應(yīng)的汽化溫度；因甲烷化反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，溫度低有利于向生成甲烷的方向進(jìn)行，因此反應(yīng)溫度應(yīng)選擇催化劑允許的底端溫度；控制蒸汽壓力為10.0Mpa，汽化溫度相應(yīng)為310°C，即可控制反應(yīng)溫度為350?400°C ;由于水汽形成自然循環(huán)系統(tǒng)，只要壓力恒定不變，溫度也會(huì)恒定不變，催化劑床層就不會(huì)超溫。
[0049]本發(fā)明通過上述擋氣除塵器及多組(例如6組)兩級(jí)氣固分離器的設(shè)置，作為甲烷化反應(yīng)裝置時(shí)，對(duì)于粒度大于200目的催化劑顆粒，其分離效率可以達(dá)到99.9% ;對(duì)于粒度在200?500目的催化劑顆粒，其分離效率可以達(dá)到99.0%。對(duì)于每I萬立方米天然氣的催化劑消耗小于0.2Kg，一套年生產(chǎn)能力為16億立方米天然氣的流化床甲烷化反應(yīng)器裝置，其催化劑的年消耗量約為32噸，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有高溫甲烷化工藝的催化劑消耗。
[0050]本發(fā)明流化床甲烷化反應(yīng)器具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0051]1.催化劑的消耗量大大減少。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備，本發(fā)明反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)催化劑的消耗量僅相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)的1/20。催化劑使用壽命長。采用流化床甲烷化反應(yīng)器，甲烷化反應(yīng)在低溫(350?400°C )恒溫(溫差小于5°C )下進(jìn)行，催化劑處于低溫狀態(tài)，不易老化，表面不易積炭，使用壽命長。
[0052]2.設(shè)備投資小。因甲烷化反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度低，有利于向生成物的方向移動(dòng)，采用流化床甲烷化反應(yīng)器，一臺(tái)反應(yīng)器就能將反應(yīng)進(jìn)行完全，生產(chǎn)出合格的天然氣，設(shè)備臺(tái)數(shù)少；同時(shí)由于反應(yīng)溫度在400°C以下，甲烷化反應(yīng)器用16MnR材質(zhì)制作即可，設(shè)備投資小；而現(xiàn)有的高溫甲烷化裝置需要采用多臺(tái)(一般為3?5臺(tái))反應(yīng)器串聯(lián)的方式才能滿足要求；同時(shí)由于反應(yīng)溫度高，尤其是第一甲烷化反應(yīng)器溫度為600?700°C，需要使用耐高溫的材料制作，設(shè)備造價(jià)高。
[0053]3.能耗低。因甲烷化反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，采用流化床甲烷化反應(yīng)器，在催化劑床層密相區(qū)內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的換熱管，利用液體的相變將大量的反應(yīng)熱移走，以保持催化劑床層溫度恒定不變，氣體不需要循環(huán)，電耗低；而現(xiàn)有的高溫甲烷化裝置必須采用大量(約為新鮮氣量的5倍)氣體循環(huán)的方式以降低反應(yīng)器進(jìn)口氣體中CO及CO2含量，從而控制催化劑床層溫度，電耗高。
[0054]4.設(shè)備設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)易可靠。采用流化床甲烷化反應(yīng)器，其催化劑床層中的催化劑處于流化狀態(tài)，換熱管外側(cè)傳熱系數(shù)較大，同時(shí)換熱管內(nèi)側(cè)為液體相變傳熱，傳熱系數(shù)也較大，故總傳熱系數(shù)較大(約為固定床總傳熱系數(shù)的3?5倍)，只需布置一定密度的換熱管，就能將甲烷化反應(yīng)熱全部移出；而現(xiàn)有的固定床甲烷化反應(yīng)器，由于其總傳熱系數(shù)小，必須布置密度非常大的換熱管，才能滿足換熱要求，其設(shè)備設(shè)計(jì)制造難度大，且催化劑裝卸困難。
[0055]5.操作容易，安全性好。只需要控制蒸汽壓力，即可控制反應(yīng)溫度，不會(huì)發(fā)生催化劑床層超溫現(xiàn)象，安全性好；而現(xiàn)有的高溫甲烷化裝置中催化劑床層為絕熱反應(yīng)，很容易發(fā)生超溫事故，安全可靠性較差；現(xiàn)有的低溫固定床甲烷化反應(yīng)器，即使在催化劑床層中布置有足夠密度的換熱管，也存在氣體偏流的情況，造成催化劑床層溫度分布不均勻，容易引起局部超溫的現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致催化劑局部過熱，影響催化劑的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致設(shè)備損壞并造成安全事故。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1為本發(fā)明反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0057]圖2為本發(fā)明反應(yīng)器的氣體分配器的一次氣體分布器的橫截面圖；
[0058]圖3為本發(fā)明的一次氣體分布器的噴嘴的放大不意圖；
[0059]圖4A顯示了擋氣除塵器一種優(yōu)選方案的橫截面圖；
[0060]圖4B顯示了圖4A的除塵器的某部分局部當(dāng)大圖；
[0061]圖4C顯示了擋氣除塵器的爪狀交叉結(jié)構(gòu)示意圖，即圖4B中AA部分的剖視圖；
[0062]圖5為多組氣固分離器在反應(yīng)器中的橫截面分布示意圖。
[0063]1-原料氣進(jìn)口2-氣體分配器
[0064]21- 一次氣體分布器22-二次氣體分布器
[0065]3-固體顆粒出口 4-水入口總管
[0066]5-殼體6-換熱裝置
[0067]7-蒸汽出口總管 8-固體顆粒入口
[0068]9-防回逸機(jī)構(gòu)10-擋氣除塵器 [0069]11-閥12-氣固分離器
[0070]121-分離主體122-回落管
[0071]14-產(chǎn)品氣出口 15-蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥
[0072]16-蒸汽出口17-汽包
[0073]18-蒸汽入口19-水出口
[0074]20-水入口21-補(bǔ)水閥
[0075]13-中心管道131-分支管
[0076]132-環(huán)形管133-噴嘴
【具體實(shí)施方式】
[0077]以下【具體實(shí)施方式】是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步闡釋，而非限制。
[0078]實(shí)施例1
[0079]如圖1所示，所述流化床反應(yīng)器包括上下兩端均為封頭的立式圓筒殼體5，所述圓筒殼體5下封頭設(shè)有原料氣進(jìn)口 1，殼體5上封頭裝有產(chǎn)品氣出口 14，殼體內(nèi)部空間的靠近底部處設(shè)有氣體分配器2,氣體分配器2包括一次氣體分布器21和二次氣體分布器22, —次氣體分布器21包括多個(gè)分布于基本同一水平面的噴嘴；所述二次氣體分布器22為具有多個(gè)開孔的板，位于所述一次氣體分布器21上方。氣體分配器2所在的平面基本上與反應(yīng)器的縱軸垂直。
[0080]一次氣體分布器21與原料氣進(jìn)口 I直接通過管道連通。從原料氣進(jìn)口輸入的氣體通過一次氣體分布器21的多個(gè)噴嘴均勻分布于平面的各個(gè)位點(diǎn)上。噴嘴的開口朝下。
[0081]在殼體5內(nèi)部，與氣體分配器2間隔一定距離的上方，設(shè)置有用于阻隔固體顆粒的擋氣除塵器10，該擋氣除塵器10具有兩層板，每層板具有相互交錯(cuò)的孔。當(dāng)反應(yīng)氣體連同固體顆粒經(jīng)過該擋氣除塵器10時(shí)，氣體可繼續(xù)擴(kuò)散至擋氣除塵器10上方的空間，而固體顆粒受到較大的阻力從而大部分被阻擋在擋氣除塵器10下方的空間，從而，擋氣除塵器下方直至氣體分配器2上方的空間形成反應(yīng)器中的固體顆粒密相區(qū)，而擋氣除塵器的上方空間形成一個(gè)處于反應(yīng)器上部的固體顆粒稀相區(qū)。
[0082]在固體顆粒稀相區(qū)內(nèi)，設(shè)有氣固分尚設(shè)備12。該氣固分尚設(shè)備12由兩級(jí)氣固分尚器串聯(lián)而成，每級(jí)氣固分離器具有一個(gè)分離主體121和一個(gè)連接于分離主體下部的回落管122。第一級(jí)氣固分離器的回落管122—直向下延伸至所述固體顆粒密相區(qū)內(nèi)?；芈涔?22的末端設(shè)置有下料雙錐；第二級(jí)氣固分離器的回落管122向下延伸使其出口位于擋氣除塵器10上方的固體顆粒稀相區(qū)內(nèi)，二級(jí)氣固分離器的回落管122的末端設(shè)置有下料翼閥。
[0083]氣固分尚設(shè)備12可以設(shè)有六組。
[0084]在殼體底部設(shè)置固體顆粒出口 3，在殼體側(cè)壁對(duì)應(yīng)于除塵器10上方的固體顆粒密相區(qū)設(shè)置有固體顆粒入口 8。
[0085]實(shí)施例2
[0086]如圖2所示。一次氣體分布器21包括多個(gè)分布于同一平面的環(huán)形管132，環(huán)形管通過徑向的分支管131相連通，各徑向的分支管131匯總于中心管道13，中心管道13即為連通原料氣進(jìn)口與一次氣體分布器的管道。噴嘴133連接于環(huán)形管132上，均與地分布。
[0087]圖3顯示了噴嘴的放大圖。噴嘴133連接于環(huán)形管132，噴嘴133開口朝下；優(yōu)選地，所述噴嘴包括噴孔(僅顯示于左側(cè)噴嘴，未顯示于右側(cè)噴嘴)和位于噴孔外部的延伸的管道，呈一定角度(例如約30° )朝向反應(yīng)器底部，相鄰的噴嘴133之間的管道壁以相反方向呈角度分布。
[0088]實(shí)施例3
[0089]優(yōu)選的擋氣除塵器10包括兩層結(jié)構(gòu)。圖4A顯示了單層結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案的示意圖，在同一平面中，由中部和兩側(cè)的不同方向排列的凸起構(gòu)成。圖4B顯示了凸起排列的放大圖。每個(gè)凸起實(shí)際上是爪狀交叉結(jié)構(gòu)，如圖4C所示。
[0090]上下兩層結(jié)構(gòu)的排列方向呈90°交錯(cuò)(圖中未顯示)。
[0091]實(shí)施例4
[0092]在該實(shí)施例中，將本發(fā)明反應(yīng)器作為流化床甲烷化反應(yīng)器。
[0093]設(shè)備主體如實(shí)施例1，圓筒殼體5下部裝有催化劑，固體顆粒密相區(qū)內(nèi)裝有換熱裝置6，換熱裝置6由多組換熱管并聯(lián)組成，換熱裝置6的下部與水入口總管4相連，換熱裝置6的上部與蒸汽出口總管7相連；蒸汽出口總管7與汽包17的蒸汽入口 18相通，汽包17底部的水出口 19與水入口總管4相通，汽包17的蒸汽出口 16裝有蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥15，汽包17上裝有水入口 20及補(bǔ)水閥21。
[0094]氣體在所述流化床甲烷化反應(yīng)器流程是:預(yù)熱至300°C的原料氣經(jīng)原料氣進(jìn)口 I進(jìn)入一次氣體分布器21,經(jīng)一次氣體分布器21的噴嘴均勻分布后進(jìn)入二次氣體分布器22,經(jīng)二次氣體分布器22的多孔板均勻分布后進(jìn)入催化劑床層，將催化劑流化，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)；反應(yīng)后的氣體經(jīng)圓筒殼體5中部的擋氣除塵器10分離大部分催化劑后，進(jìn)入圓筒殼體5頂部的氣固分離設(shè)備12，經(jīng)一級(jí)旋風(fēng)分離器分離催化劑后進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器，經(jīng)二級(jí)旋風(fēng)分離器分離催化劑后，從圓筒殼體5上封頭的產(chǎn)品氣出口 14輸出，可進(jìn)一步進(jìn)入冷卻系統(tǒng)。
[0095]催化劑在所述流化床甲烷化反應(yīng)器流程是:反應(yīng)器流化前，催化劑處于靜止?fàn)顟B(tài)，其中反應(yīng)器的底部全部充滿催化劑；當(dāng)反應(yīng)器處于流化狀態(tài)時(shí)，二次氣體分布器22下方的催化劑被吹至多孔板上方；此時(shí)，二次氣體分布器22下方的區(qū)域維持稀相區(qū)狀態(tài)；在擋氣除塵器10下方的催化劑為密相區(qū)，該催化劑處于流化狀態(tài)；經(jīng)過擋氣除塵器10分離大部分催化劑后，少量催化劑隨氣體進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器，經(jīng)一級(jí)旋風(fēng)分離器分離下來的催化劑沿回落管流至防回逸機(jī)構(gòu)9(下料雙錐)，經(jīng)下料雙錐流出返回催化劑密相區(qū)；一級(jí)旋風(fēng)分離器分離后的氣體，還含有少量的催化劑，進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器，經(jīng)二級(jí)旋風(fēng)分離器分離下來的催化劑沿回落管流至閥11 (下料翼閥)，經(jīng)下料翼閥流出返回催化劑稀相區(qū)。
[0096]水汽在所述流化床甲烷化反應(yīng)器流程是:給水經(jīng)補(bǔ)水閥21控制由水入口 20加入汽包17，與汽包17內(nèi)水混合后，通過水出口 19進(jìn)入水入口總管4，均勻流入換熱裝置6內(nèi)，換熱裝置6由多組換熱管并聯(lián)組成，管內(nèi)為液體；當(dāng)管外發(fā)生甲烷化反應(yīng)時(shí)，放出大量的熱量，熱量通過管壁被管內(nèi)液體吸收后汽化變成蒸汽，蒸汽進(jìn)入蒸汽出口總管7，再經(jīng)蒸汽入口 18進(jìn)入汽包17，分離水后的蒸汽經(jīng)蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥15控制壓力后，由蒸汽出口 16送出系統(tǒng)；分離下來的水與補(bǔ)水在汽包17內(nèi)混合后靠位差形成自然循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種甲燒化流化床反應(yīng)器,包括殼體(5)、位于殼體(5)底部的原料氣進(jìn)口(I)、位于殼體(5)內(nèi)底部空間的氣體分配器(2)、位于殼體(5)上的產(chǎn)品氣出口(14)，其特征在于，所述氣體分配器(2)包括一次氣體分布器(21)和二次氣體分布器(22),所述一次氣體分布器(21)包括多個(gè)分布于基本同一水平面的噴嘴；所述二次氣體分布器(22)為具有多個(gè)開孔的板，位于所述一次氣體分布器(21)上方。
2.如權(quán)利要求1所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的一次氣體分布器(21)與原料氣進(jìn)口(I)連通；優(yōu)選通過管道連通。
3.如權(quán)利要求1所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于所述噴嘴開口向下；優(yōu)選地，所述噴嘴包括噴孔和位于噴孔外部的延伸的管道，呈一定角度朝向反應(yīng)器底部。
4.如權(quán)利要求3所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于，當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)，所述氣體分配器(2)下方空間形成底部固體顆粒稀相區(qū)。
5.如權(quán)利要求3所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述的氣體分配器(2)上方設(shè)置有擋氣除塵器(10)，用于分隔反應(yīng)器內(nèi)的固體顆粒，將殼體(5)內(nèi)部分隔為擋氣除塵器(10)上方的固體顆粒稀相區(qū)，以及位于擋氣除塵器(10)和氣體分配器(2)之間的固體顆粒密相區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的擋氣除塵器(10)選自具有多個(gè)開孔的板、或者網(wǎng)狀、篩狀部件；優(yōu)選為具有兩件或以上的呈相互上下分布的具有多個(gè)開孔的板、或者網(wǎng)狀、篩狀部件；優(yōu)選地，所述的擋氣除塵器為由多個(gè)爪狀交叉結(jié)構(gòu)構(gòu)成的篩狀部件。
7.如權(quán)利要求3所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的反應(yīng)器內(nèi)部還設(shè)有氣固分離設(shè)備(12);優(yōu)選地，所述氣固分離設(shè)備(12)具有一級(jí)、或相互串聯(lián)的兩級(jí)或多級(jí)氣固分離器，每級(jí)氣固分離器具有一個(gè)分離主體(121)和一個(gè)連接于分離主體下部的回落管(122)。
8.如權(quán)利要求7所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于第一級(jí)氣固分離器的回落管一直向下延伸至所述固體顆粒密相區(qū)內(nèi)；優(yōu)選地，所述第一級(jí)氣固分離器的回落管末端設(shè)有防回逸機(jī)構(gòu)(9)。
9.如權(quán)利要求7所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于，當(dāng)氣固分離設(shè)備(12)具有兩級(jí)或多級(jí)氣固分離器時(shí)，第二級(jí)或第二級(jí)以上的氣固分離器的回落管(122)向下延伸使其末端位于固體顆粒稀相區(qū)內(nèi)；優(yōu)選地，延伸至擋氣除塵器上方；更優(yōu)選的，所述第二級(jí)或第二級(jí)以上的氣固分離器的回落管(122)的末端設(shè)有閥(11);進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的閥(11)為下料翼閥。
10.如權(quán)利要求5所述的甲烷化流化床反應(yīng)器，其特征在于在所述的固體顆粒密相區(qū)的至少一部分空間內(nèi)設(shè)有換熱裝置(6);優(yōu)選地，在所述殼體(5)上還設(shè)有固體顆粒入口和出口 ；優(yōu)選地，在殼體(5)底部設(shè)置固體顆粒出口，在殼體(5)側(cè)壁對(duì)應(yīng)于固體顆粒密相區(qū)、或?qū)?yīng)于任一固體顆粒稀相區(qū)的位置設(shè)置固體顆粒入口。
【文檔編號(hào)】C10L3/08GK104001457SQ201410255842
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】尹明大 申請(qǐng)人:尹明大