[发明专利]一种低温甲烷化反应器及工作过程

说明书

本发明公开了一种低温甲烷化反应器及工作过程，该反应器主要包括反应器冷激气腔、反应器管程和壳程、产品气收集腔；反应器列管中设置有冷激气套管，不同流量的冷激气由冷激气腔进入冷激气套管中，沿冷激气套管外壁上的通气小孔溢出，与列管中的高温反应气混合换热，协同控制反应器床层温度的变化，反应生成的产品气汇集到产品气收集腔内通过产品气出口排出；同时，甲烷化反应放出的大量热量通过反应器壳程的锅炉水迅速循环移走，维持反应器床层温度在较低温度下进行；该发明操作温度较低，能够更好地保护的甲烷化催化剂，避免催化剂高温积碳，催化效率高，且热能利用率高。

技术领域

本发明属于天然气技术领域，特别涉及一种煤制天然气的低温甲烷化反应器及工作过程。

背景技术

甲烷化反应属于强放热反应，每1％的CO甲烷化反应能产生74℃的绝热温升，每1％的CO₂甲烷化反应能够产生60℃的绝热温升，所以甲烷化反应过程要严格控制反应器的温升，反应过程中放出的大量热量要迅速移走，防止催化剂在高温条件下的失活与烧结。

现有的甲烷化技术大多采用多个绝热固定床串联的方式，使甲烷化反应在每个绝热反应器中逐步反应，且为避免出现热点温度过高的情况，通常采用多个循环压缩机采用不小于5的循环比多次循环，将每段的CO体积百分数由25％降低到2％-3％；同时整套工艺需要采用多台换热器来移走反应所放出的热量；这些不仅提高了设备投资，同时也增加能耗。为了解决移热问题，中国专利CN204247177提出了一种绝热等温甲烷化反应器，包括在列管之上设置绝热层催化剂层，目的是可以迅速提高甲烷化反应起活温度，其列管中的主反应放出的热量通过壳程的循环水移走，一定程度上降低了甲烷化反应的热点温度，但针对甲烷化反应放热量大的问题，普通的列管反应器很难适应如此大的热应力，同样中国专利CN102827657采用多台等温反应器进行甲烷化反应，同样也存在反应放热量大，反应器热应力大等安全隐患，反应器内部很容易发生泄露造成危险；其列管反应器的管程中装填催化剂，位于反应器壳层、热容较大的锅炉水不断蒸发-冷凝的循环过程，将反应放出的热量迅速移走，有效抑制反应床层热点温度的急剧上升，避免催化剂的高温积碳，提高系统的可操作性；但是相对于放热量大的甲烷化反应，列管反应器中的管程与壳程连接较为复杂，在热应力较大的情况下很容易产生管程与管板之间断裂，造成危险气体泄露等安全隐患，所以很难实现反应器的工业化放大制造。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温甲烷化反应器及工作过程，具有能耗低、操作方便，催化反应效率高的特点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低温甲烷化反应器，主要包括反应器冷激气腔、反应器管程和壳程以及产品气收集腔；所述反应器冷激气腔由设置在反应器内的冷激气套管管板17和设置在反应器顶部的反应器上法兰1围成，反应器冷激气腔的侧壁上开有冷激气从中通入的冷激气入口2；所述反应器管程和壳程通过位于冷激气套管管板17下部的上饶性管板4和下饶性管板13分为两个独立的空间，多个反应器列管15将上饶性管板4上部和下饶性管板13下部的腔体连通，甲烷化催化剂位于反应器列管15中，反应器列管15与原料气入口16相连通，冷激气套管3插入反应器列管15中，且冷激气套管3顶部固定在冷激气套管管板17并与反应器冷激气腔连通，冷激气套管3外表面有开孔率不等的通气小孔14，热电偶组11位于中心位置的反应器列管15中，反应器壳程的侧壁上开有汽水出口5和锅炉水入口6；所述产品气收集腔由位于下饶性管板13下部的不锈钢丝网8和位于反应器底部的反应器下法兰10围成，产品气收集腔内安装有支撑架9，产品气收集腔侧壁开有产品气出口12。