[发明专利]一种合成气完全甲烷化反应装置

说明书

技术领域

本发明属于合成气甲烷化领域，特别涉及一种合成气完全甲烷化反应装置。

背景技术

合成气甲烷化反应能够提高燃气热量密度，减小燃气运输动力消耗和储运设备投资，具有更好的经济性。甲烷化反应是一个强放热反应，为了保证甲烷化过程的生产效能和操作连续性，避免床层飞温造成催化剂烧结失活而导致无法正常生产，反应热移出方式的工艺设计成为甲烷化工艺技术的核心内容。

CN91106812.0中公开了德国Lurgi公司与南非SASOL公司共同开发的多级绝热固定床反应工艺，采用提高水汽比控制反应放热量；US3967936公开了多级串联的固定床甲烷化工艺，各反应器间配合多个骤冷区共同使用，用以调节各反应器所排放的反应产品气温度。以上过程中单程反应产品纯度较低，反应器需多次循环，致使工艺操作复杂，热利用率低，且稳定操作范围窄。

湖南化学工业设计院申请的CN1071190A和CN1195020A先后公开并优化的一种水热变换反应和甲烷化反应集成的工艺流程，其甲烷化反应器采用外冷列管式固定床反应器，冷却用导热油移出的反应热用于生产水汽变化反应的水蒸气，该技术主要用于水煤气经甲烷化反应生产城市煤气，其缺点是原料气中硫含量需小于1ppm以上方可满足反应要求。为了改善反应的耐硫性能，专利CN1718692A公开了一种低压耐硫的甲烷化生产工艺方法，该技术的核心部件甲烷化反应设备依然采用了外冷列管式固定床反应工艺，反应放出的热量由壳程中导热油气化移出。总的来看，内置换热器式固定床反应工艺技术在一定程度上提高了反应器热量移取的速率和装置产能，相对多级绝热反应工艺来说具有一定的技术优势。但上述专利技术的换热过程均采用了导热油气化取热，其反应热回收利用效率受到了限制。

发明内容

本发明目的在于针对甲烷化固定床工艺中由于反应传热及其回收利用导致的产能较小和工艺复杂等问题，而提供一种合成气完全甲烷化反应装置以及集成化反应方法，该装置及方法适用于甲烷化固定床工艺的管壳式反应器移热及同时副产过热蒸汽的集成化工艺，利用高压过热水作为移热介质，通过过热水相变移热，并副产高品位过热蒸汽；该方法可提高传热效率，简化工艺过程，增加装置产能。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供的合成气完全甲烷化反应装置，其包括：一管壳式反应器、一换热器2、一汽包8、一补给水泵6、一冷凝器10和一气液分离器11；

所述管壳式反应器由反应器腔体、分别固定于反应器腔体内腔上部和底部腔壁上的将所述反应器腔体分为上部腔室3、中部腔室和底部腔室31三部分的下水平气体分布板32’和上水平气体分布板32，及由列管构成的列管阵列组成；所述下水平气体分布板32’和上水平气体分布板32上分别开有上下对应的一组通孔，列管阵列中的列管33分别装于所述下水平气体分布板32’和上水平气体分布板32的所述通孔上；所述列管33中装填有甲烷化催化剂4构成甲烷化催化反应床层；所述列管33与反应器腔体之间以及所述列管33之间留有空隙，所述空隙由中部汽相部分和中部液相部分组成，所述中部液相部分内装有温度为100至550℃的过热水换热介质，所述上部汽相部分内充满水蒸汽；

所述换热器2入口与合成气原料气气源相连通，原料气经换热升温后由换热器2出口通过管道从反应器腔体底部进入底部腔室并与所述列管阵列中的所有列管33相连通；

所述汽包8底部通过管道与所述空隙的中部液相部分相连通；汽包8上部通过管道与空隙的中部气相部分相连通；

所述补给水泵6通过管道与所述汽包8相连通，并在相连通的管道上安装一水量调节阀7；

所述冷凝器10底部与所述气液分离器11顶部相连通；所述冷凝器10下部与所述补给水泵6相连通；所述冷凝器10顶部与所述换热器2相连通；

所述汽包8顶端装有带压力调节阀9的过热蒸汽输出口管14；

所述冷凝器10上部装有冷凝水入口管；

所述气液分离器11顶端装有合成气甲烷化后的产物出口管12；所述气液分离器11底端装有副产品出口管13。

所述列管阵列中相邻的列管33的轴心呈三角形或矩形排列。

所述三角形为正三角形，所述矩形为正方形。

所述列管33横截面形状为圆形、方形或多边形。

所述列管直径为10-100mm，管心距为15-150mm。

所述列管为铸造列管或为外壁上添加翅片的列管。