[发明专利]一种合成气甲烷化的流向变换周期操作反应装置和应用

权利要求书

1.一种合成气甲烷化的流向变换周期操作反应装置，其特征在于，所述的反应装置结构如下：

（1）一个反应器单元（13），包括一个填充床催化反应器（5）、六个二通截止阀和连接管道：

所述的填充床催化反应器（5）分为三层：上层是用于装填惰性填料或具有反应活性的固体催化剂的换热区（8）；中间层是装填具有反应活性的固体催化剂的反应区（7）；下层是用于装填惰性填料或具有反应活性的固体催化剂的换热区（6）；填充床催化反应器（5）上、下两端各有一个供气体进出的开口；

所述的填充床催化反应器（5）上端的供气体进出的开口的两侧分别有通过管道连接的第一个二通截止阀（1）和第二个二通截止阀（2），下端的供气体进出的开口的两侧分别有通过管道连接的第三个二通截止阀（3）和第四个二通截止阀（4）；且第一个二通截止阀（1）和第四个二通截止阀（4）都位于所述的填充床催化反应器（5）的同一侧，第二个二通截止阀（2）和第三个二通截止阀（3）都位于所述的填充床催化反应器（5）的另一侧；第五个二通截止阀（17）和第六个二通截止阀（18）分别通过管道和位于所述的填充床催化反应器（5）下端的供气体进出的开口和上端的供气体进出的开口直接相连；

（2）换热装置，包括一个原料预热换热器（9）和一个回收热量换热器（10）：所述的原料预热换热器（9）安装在原料气进入反应器单元之前的管道上；所述的回收热量换热器（10）安装在产品气从反应器单元出来后的管道上，并通过管道连接到原料预热换热器（9）上，从而利用产品气所带余热给原料气预热。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述的惰性填料是二氧化硅、碳化硅或三氧化二铝。

3.一种使用权利要求1所述的装置进行合成气甲烷化的方法，其特征在于，所述的方法如下：

原料气经原料预热换热器（9）预热到80~250℃后进入反应器单元；保持第五个二通截止阀（17）和第六个二通截止阀（18）一直处于开启状态；先同时开启第二个二通截止阀（2）和第四个二通截止阀（4），并同时关闭第一个二通截止阀（1）和第三个二通截止阀（3），原料气在填充床催化反应器（5）中自下而上流动；达到半周期时间t_1/2时，通过计算机控制关闭第二个二通截止阀2和第四个二通截止阀（4），并同时开启第一个二通截止阀（1）和第三个二通截止阀（3），原料气在填充床催化反应器（5）中改为自上而下流动；通过设定半周期时间t_1/2，定时交替自动控制四个二通截止阀的开、闭，实现气体在填充床催化反应器（5）中流动方向的周期性变换；从反应器单元出来的产品气先经过回收热量换热器（10）回收热量并副产过热蒸汽，然后再经过原料预热换热器（9）将原料气预热；

所述的半周期时间t_1/2的值为5分钟~5小时；填充床催化反应器（5）内的反应温度为250~700℃，压力为0.1~6.0MPa，原料气的空速为2000~50000 h^-1；所用的甲烷化催化剂是镍含量在5~20wt%的工业化镍系催化剂。

4.一种合成气甲烷化的流向变换周期操作反应装置，其特征在于，含有三个反应器单元，所述的三个反应器单元的结构与反应器单元（13）的结构完全相同；所述的合成气甲烷化的流向变换周期操作反应装置的结构如下：

（1）三个反应器单元，它们的连接方式如下：

第一个反应器单元（14）的一端有原料气进口，其另一端的出口与第二个反应器单元（15）的进口通过管道连接；第二个反应器单元（15）的出口与第三个反应器单元（16）的进口通过管道连接，或者直接通过管道输出产品气；第三个反应器单元（16）的出口通过管道与第二个反应器单元（15）的进口连接；

（2）换热装置，包括一个原料预热换热器（9）和一个回收热量换热器（10）：

所述的原料预热换热器（9）安装在原料气进入第一个反应器单元（14）之前的管道上；所述的回收热量换热器（10）安装在产品气从第二个反应器单元（15）出来后的管道上，并通过管道连接到原料预热换热器（9）上，从而利用产品气所带余热给原料气预热。