[发明专利]自热式二氧化碳催化加氢制甲烷反应器

说明书

本发明的一种自热式二氧化碳催化加氢制甲烷反应器，包括：圆筒装的管式壳体，其内空间通过相互平行的上封板和下封板分为相互隔离的三个空间；管式壳体的反应段内设有若干平行的反应管，其管程上端通过上封板的对应通孔与上封段相连通，其管程下端通过下封板的对应通孔与下封段相连通；反应管内装填固体催化剂；上封板和下封板分别将管式壳体与反应管之间的空隙封堵起来，使四者之间的空隙形成壳程；管式壳体的反应段下部设有原料气进口与壳程相连通；上封板盖在壳程的部分设有若干通气孔；所述下封段壳体上设有出料口。本发明结构简单，操作方便，实现利用甲烷化反应热预热反应原料的目的，能有效降低系统能耗和操作成本。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种自热式二氧化碳催化加氢制甲烷反应器。

背景技术

目前，以二氧化碳为代表的温室气体排放，已造成全球气候变暖、冰川融化、海平面上升等诸多问题。同时，大量的二氧化碳还给全球农业生产和生态系统带来严峻挑战。二氧化碳减排问题已成为摆在世界各国面前的共同话题。

另一方面，由于自然资源分布的不平衡，以我国中西部为代表的地区可再生能源比较丰富，如光电、风电、水电等，但经济发展相对落后，电力过剩造成“弃光”、“弃风”等现象。甲烷是天然气的主要成分，也是一种重要的燃料，可通过天然气管网输送到各类终端用户。电制气（PtG）技术通过电解制氢及二氧化碳加氢甲烷化工艺，可将过剩电力转化为甲烷，目前受到越来越多的关注。

二氧化碳加氢甲烷化工艺中的核心设备是甲烷化反应器。中国专利文献CN110354765A公开了一种用于二氧化碳加氢甲烷化反应的光热固定床反应实验装置及方法，反应箱体的上下和前后四个面分别安装有氙灯和反射罩，四个灯管可以使催化剂床层温度更为均匀，但反应器设计复杂，难以工业应用。中国专利文献CN103752227A公开了一种有内外两层壳体的甲烷化反应器，但两层壳体之间换热面积有限，换热效果差。中国专利文献CN107224940A公开了一种径向固定床甲烷化反应器，并用反应热副产蒸汽，但该反应器存在设计复杂、反应热利用效率低等问题。中国专利文献CN103920429A公开了一种轴径向固定床甲烷化反应器，但没有充分利用甲烷化反应热，造成能量损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种自热式二氧化碳催化加氢制甲烷反应器，可以原位利用甲烷化反应热预热反应原料，降低系统能耗，以解决现有技术中存在的设计复杂、换热效果差、反应热利用效率低等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种自热式二氧化碳催化加氢制甲烷反应器，包括：圆筒装的管式壳体，其内空间通过相互平行的上封板和下封板分为相互隔离的三个空间，上封板上部为上封段，上封板和下封板之间为反应段，下封板下部为下封段；所述管式壳体的反应段内设有若干平行的反应管，其管程上端通过所述上封板的对应通孔与上封段相连通，其管程下端通过所述下封板的对应通孔与下封段相连通；所述反应管内装填固体催化剂，根据市场上催化剂不同形式选择不同的装填方式；其特征在于，所述上封板和所述下封板分别将所述管式壳体与所述反应管之间的空隙封堵起来，使四者之间的空隙形成壳程；所述管式壳体的反应段下部设有原料气进口与所述壳程相连通；所述上封板盖在所述壳程的部分设有若干通气孔，作为所述壳程的气体出口；所述下封段壳体上设有出料口，在所述反应管内反应完成后的物料进入下封段并由所述出料口排出。

进一步地，所述管式壳体的壳程内设有强化换热机构，所述强化换热机构为折流板、散堆填料、规整填料中的至少一种，用以延长进料气的滞留时间，更好地进行热交换。

进一步地，所述原料气进口的水平位置紧挨下封板，利于反应热的充分利用。

进一步地，所述管式壳体的长径比为0.5～150；所述反应管内径为10mm～100mm，一般数量为3～5000根。

进一步地，所述反应管在所述上封板和下封板的排列方式包括但不限于正三角形、正方形直列、正方形错列中的一种。