[实用新型]一种多床层甲烷化反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多床层甲烷化反应器。

背景技术

甲烷化反应器是煤制天然气项目的核心设备之一。甲烷化反应是强烈的放热反应，在合成气甲烷化反应过程中存在着CO和CO₂的竞争甲烷化反应与高温下的逆水煤气变换反应，高效的传热与传质是控制CO和CO₂竞争甲烷化和高温逆水煤气变换的关键。研究表明，每转化1％的CO或CO₂可产生的绝热温升分别达到了70℃或60℃。为了控制甲烷化反应温度，回收反应中产生的大量热能，工业化甲烷化工艺采用多个固定床甲烷化反应器串连，逐级进行甲烷化反应。已实现甲烷化专利技术商业应用的公司有英国Davy公司、丹麦公司以及德国的Lugri公司。

目前甲烷化反应器主要有两种类型，一种是轴向固定床反应器，另一种是径向固定床反应器。轴向甲烷化反应器设计、加工过程相对容易、操作简单，但存在反应器设备尺寸庞大、床层压降大、容易出现局部飞温、移热缓慢、转化率低、放大效应明显以及反应器需要材质等级高等问题。径向床反应器高径比较大、床层压降小、反应物在催化剂床层停留时间短，但很难实现反应物在径向上的均匀分布、单位催化剂床层的生产强度较低。

为了克服传统化工中存在传热、传质效率低的问题，二十世纪八九十年代兴起了微化工技术。微反应器作为微化工技术的核心组成部分，它是以毫米、微米为量级的化学反应系统。一方面微反应器具有微尺度化、较大的比表面、扩散距离短、停留时间短、阻力小等特点，其传质、传热和反应效果较普通反应器高1-3数量级；另一方面，可以根据实际的工业生产能力要求，通过具有功能化的微反应器模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现设备的最大利用效率，同时缩短设备的加工时间。

微通道反应器作为微反应器中的一类，将其运用甲烷化反应还鲜有报道。CN201320593757.7公开了一种用于甲烷化工艺的微通道反应器，该微反应通道固定在反应器中部的支撑板上，难以消除热胀冷缩产生的应力；CN201110030881.8公开了一种微通道反应器及其合成气完全甲烷化的方法，该微反应器由若干反应通道和移热通道交替平行排布，反应器的压降较大，同时难以承受高压。

因此，提高单位体积催化剂生产强度、减小反应器的设备尺寸、缩短气体在催化剂表面停留时间、降低反应器压降损失，提高反应物的转化效率，充分延长催化剂的使用寿命，满足反应器大型化的需求是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多床层甲烷化反应器，该甲烷化反应器采用微反应通道作为反应通道，不仅催化剂使用量少，而且床层压降低，气体停留时间短，反应床空间利用率高、无气体偏流和短路现象。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种多床层甲烷化反应器，其特征在于，该甲烷化反应器包括壳体、从所述壳体顶部伸入到壳体内部的进气管、从所述壳体底部伸入到壳体内部的出气管、设置在所述壳体内所述进气管下方所述出气管上方且与所述壳体同轴的催化反应单元；所述催化反应单元包括中心筒和套设在中心筒外的至少一组套筒组；中心筒具有中心管，中心管与出气管之间流体连通；所述套筒组包括外套筒和内套筒，同个套筒组的外套筒和内套筒的筒壁之间形成有集流道，集流道的顶端密封，集流道的下端为开口并与出气管流体连通；最内层的内套筒的筒壁与中心筒的筒壁之间以及相邻两个套筒组的筒壁之间形成有分流道，分流道的上端为开口并与进气管流体连通，分流道的底端密封；最外层的外套筒的外壁与壳体的内壁形成有环隙；中心筒、外套筒和内套筒均具有多个径向设置的微反应通道，并且中心筒的筒体内外、外套筒的筒体内外以及内套筒的筒体内外仅通过该微反应通道流体连通；进气管通过分流道或环隙与微反应通道的微通道反应气体入口流体连通，微反应通道的微通道反应产物出口通过集流道或中心管与出气管流体连通。

优选地，所述套筒组的数量为2-500个。

优选地，所述微反应通道的内表面负载有催化活性组分。

优选地，所述微反应通道的直径从所述微通道反应气体入口向微通道反应产物出口的方向逐渐减小。

优选地，所述微反应通道的直径在2-50毫米之间。

优选地，所述微通道反应气体入口的直径与所述微通道反应产物出口的直径的比值为(1.1-25)：1。

优选地，所述多个径向设置的微反应通道的内部空间的总体积为所述催化反应单元的体积的30％-90％。

优选地，所述微反应通道为选自锥形管、喇叭形管和Y形管中的其中一种。