[实用新型]一种合成气甲烷化的流向变换周期操作反应装置有效

专利信息
申请号: 201220363351.5 申请日: 2012-07-25
公开(公告)号: CN202762409U 公开(公告)日: 2013-03-06
发明(设计)人: 陈宏刚;王腾达;张锴;牛玉广;杨勇平 申请(专利权)人: 华北电力大学
主分类号: B01J8/02 分类号: B01J8/02;C07C9/04;C07C1/04;C10L3/08
代理公司: 北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246 代理人: 黄家俊
地址: 102206 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 合成气 甲烷 流向 变换 周期 操作 反应 装置
【说明书】:

技术领域

本实用新型属于煤化工领域,特别涉及一种合成气甲烷化的流向变换周期操作反应装置。

背景技术

天然气是一种清洁、便捷、安全的优质能源,其主要成分为甲烷。预计到2020 年,我国天然气年消费需求将达3000 亿立方米,存在约1500 亿立方米缺口,对外依存度将达到50%。国际能源价格急剧动荡,将对我国能源安全带来严重影响。中国贫油、少气、富煤的能源结构特点,决定了煤炭将长期占据中国一次能源消费的主要地位。利用中国相对丰富的煤炭资源或生物质资源制备合成天然气更具运输经济性和利用效能,有利于集中处理污染物、减少环境污染,为城镇居民和工业提供高效、清洁的气体燃料。

与发电、煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚等其他煤化工技术路线相比,煤或生物质制合成天然气具有能量转化效率高、水耗少、投资低、经济效益好等优势,是煤炭转化的优选途径。合成气完全甲烷化工艺技术是煤制天然气的核心技术。

煤或生物质经气化制得合成气再经完全甲烷化过程转化为合成天然气,主要发生如下反应:

2CO + 2H→ CH4 + H2O

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

CO + H2O → CO2 +H2

合成气催化甲烷化反应是一个强放热可逆反应,现有的合成气甲烷化反应器主要有以下三大类。

第一类是多级串联绝热固定床反应器,通过外置换热器的方式实现热量移取。代表性的工艺技术有德国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技术,该技术已实现多套工业化生产装置。美国燃料电池能有限公司公开了一种改进的串联和并联结合的多级固定床反应工艺(CN1957076),进一步减小每个反应器的负荷,并将产物用作燃料电池的原料气。这类工艺常常需要多个反应器,并采用高达5倍多的循环气稀释反应器进口的CO,以控制反应器内的温升,既增加了设备投资,又增加了循环气的动力消耗,降低了其经济性。

第二类是采用流化床反应器。以原料气作为催化剂流化介质的流化床反应工艺不仅可以促进原料气和催化剂的有效接触,还可以显著改善内置换热器的传热效率,有利于反应热量的移出和催化剂床层温度均匀,可在高反应空速下连续运行,提高了装置的生产能力。专利CN1960954公开了一种基于流化床反应器的甲烷化反应工艺,但该技术依赖于原料气中附加的芳香烃同步重整吸热来平衡。芳香烃本身价格较高,权利要求中的苯、甲苯或萘等都是市场需要的终端产品,消耗这些高价值的物质取热并不具有经济性和普适性。专利CN10817716A公开了流化床与固定床耦合的工艺;专利CN102180756A公开了气-固-固反应器,但都存在反应器内返混严重和催化剂磨损严重的问题。

第三类反应工艺是采用浆态床反应器。专利CN101979476A公开了采用浆态床反应器的工艺技术,解决了反应热的移出,但传热过程步骤多,大规模工业应用时整体效率有待进一步提高。

基于已有技术特征,本实用新型提出了一种用于甲烷化的流向变换周期操作的填充床催化反应器和方法。通过周期性改变进料流动方向,将甲烷化催化反应器与热交换器集成在一起,增大了过程的集成度并提高了效率,达到在传统定态操作条件下无法达到的转化率和选择性,降低催化剂失活的速度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种合成气甲烷化的流向变换周期操作反应装置,所述的反应装置结构如下:

(1)一个反应器单元19,包括一个填充床催化反应器5、一个两位四通阀、两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;

两位四通阀13的h端口和第二个二通截止阀18通过管道相连,i端口和第一个二通截止阀17通过管道相连,g端口和j端口分别和管道相连;第一个二通截止阀17和第二个二通截止阀18的另一端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:

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