[发明专利]一种甲烷化反应器及甲烷化工艺

说明书

本发明公开了一种甲烷化反应器和甲烷化工艺，该反应器包括圆筒形密封承压壳体(1)、从所述壳体(1)顶部伸入到壳体内部的进气管(2)、从所述壳体(1)底部伸入到壳体内部的出气管(3)、设置在所述壳体(1)内所述进气管(2)下方所述出气管(3)上方的径向催化反应区、以及所述径向催化反应区的取热设备。与现有技术相比，本发明的甲烷化反应器不仅活性金属使用量少、设备尺寸更小，而且采用该甲烷化反应器的甲烷化工艺，床层压降低、原料转化率高、无气体偏流和短路现象，具有经济效益高、综合能耗低等特点。

技术领域

本发明涉及一种甲烷化反应器及甲烷化工艺。

背景技术

我国的能源结构是富煤、贫油、少气，目前国内天然气产量远不能满足国民经济的快速发展需求。发展煤制替代天然气既是对煤炭资源的清洁、高效利用，又是对我国常规天然气不足的战略补充。对于优化产业结构，保障国民经济的正常运行，起到了至关重要的作用。

煤制替代天然气主要是通过煤的气化、变换、酸性气脱除、甲烷化等工艺最终得到满足质量要求的甲烷产品。甲烷化反应是CO、CO₂与H₂在甲烷化催化剂作用下，生成CH₄和H₂O的反应，是一个反应分子数减小的强放热反应。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绝热甲烷化反应器串连，逐级进行甲烷化反应，在反应器之间设置热量回收装置。

甲烷化反应器是煤制天然气项目的核心设备之一。目前甲烷化反应器主要采用固定床绝热反应器，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、转化率低等不足。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。

近年来，微通道反应器在气固相催化反应、液固相催化反应中受到越来越多的关注。公告号为CN202893334U的中国专利公开了一种微通道反应器，该微通道反应器采用钛合金板式结构，每个钛合金冷却盖板内设置有冷却仓和反应仓，该微通道反应器能够承受高压和抗蚀性，不足之处在于反应物在反应仓内停留时间短，生产效率较低。公告号为CN203540513U的中国专利公开了一种用于甲烷化工艺的微通道反应器，该反应器将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。公告号为CN102151531A的中国专利公开了一种甲烷化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。公告号为CN204841617U、CN204816459U的中国专利，将甲烷化反应器运用于煤制SNG甲烷化工艺，目标产物具有较高的选择性，不足之处在于原料气在该类反应器的停留时间较短，造成原料转化率偏低。

因此，减小反应器的设备尺寸、降低压降损失，避免原料在催化剂床层中出现的沟流和短路现象，提高反应物的转化效率，充分延长反应器的使用寿命，满足反应器大型化的需求是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种甲烷化反应器和甲烷化工艺，该甲烷化反应器不仅活性金属使用量少、设备尺寸更小，而且采用该甲烷化反应器的甲烷化工艺，床层压降低、原料转化率高、无气体偏流和短路现象，反应器寿命更长，具有经济效益高、综合能耗低等特点。