一种集成化甲烷合成反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种集成化甲烷合成反应器。
【背景技术】
[0002] 甲烷合成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0)2可产生的绝热温升分别达到了 70°C或60°C。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合成反应 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T〇ps0e公司以及德国的Lugri公司。
[0003]目前甲烷合成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。轴向甲烷合成反应器设计、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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 本实用新型的目的是提供一种集成化甲烷合成反应器，该甲烷合成反应器采用微 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。
[0008] 为了实现上述目的，本实用新型提供一种集成化甲烷合成反应器，其特征在于，该 甲烷合成反应器包括壳体、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、以及设置在所述壳体内所述进气管下方所述出气管上方的至少一 个中心筒；所述中心筒具有中心管，中心管与所述出气管流体连通；所述中心筒与中心筒 的外壁之间以及中心筒的外壁与所述壳体的内壁之间形成有分流环隙；所述中心筒具有多 个径向设置的微反应通道，并且中心筒的筒体内外仅通过该微反应通道流体连通；所述进 气管通过所述分流环隙与微反应通道的微通道反应气体入口连通，微反应通道的微通道反 应产物出口通过中心管与出气管流体连通。
[0009] 优选地，所述中心筒的数量为2-10000个。
[0010] 优选地，所述微反应通道的内表面负载有催化活性组分。
[0011] 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。
[0012] 优选地，所述微反应通道的直径在2-50毫米之间。
[0013] 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。
[0014] 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有中心筒的总 体积的30% -90%。
[0015] 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。
[0016] 优选地，所述进气管的下部设置有至少一个用于分布送入所述反应器的反应气的 气体分布器。
[0017] 优选地，所述分流环隙的顶端设有开口并与所述进气管流体连通，所述分流环隙 的底端密闭。
[0018] 优选地，所述中心筒的底部与所述壳体的底部之间设置有隔热材料区。
[0019] 通过上述技术方案，（结合技术方案、工作原理等描述本实用新型的有益效果）。
[0020] 本实用新型提供的甲烷合成反应器与现有甲烷合成反应器相比，具有如下优点：
[0021] 1、甲烷化反应是体积缩小的快速强放热反应，采用涂覆含有甲烷化反应催化活性 组分的锥形管微通道反应器，随着反应物从锥形管较大直径端向较小直径端流动，反应通 道越来越小，增大了甲烷化反应向产物方向转化的推动力，由于气体流速越来越大，使得产 物气体在微反应通道中的停留时间较短；
[0022] 2、采用涂覆甲烷化反应催化活性组分于微反应通道内表面，活性金属使用量为同 等处理能力常规固定床反应器所用量的5% -25%，有效地降低了催化剂生产成本；
[0023] 3、由于反应气体在反应器中停留时间较短，延长了催化剂的使用寿命（寿命可以 提高15% -25% )，床层压降较同处理量的径向反应器低（50% -85% );
[0024] 4、该反应器由若干大小相同的中心筒（微反应束）构成的催化反应区，每一个微 反应束由若干相同大小的微锥形反应通道构成的径向反应区域，无反应死区和气体的偏流 现象，床层的温度较为均匀，不会出现热点，充分保证了整个运行周期内的平稳运行；
[0025]5、该反应器的原料转化率高，目标产物CH4的选择性超过95 %，单位反应器生产强 度较常规固定床、流化床高；
[0026] 6、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通道模块集成以 及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现反应器的最大利用效率，无明显放大效应， 同时缩短反应器的加工时间，进一步降低反应器生产成本；
[0027] 7、不仅可以运用于煤制替代天然气和焦炉煤气甲烷化工艺，还可用于甲醇合成、 CO变换、费托合成等固定床催化放热反应。
[0028] 本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0029] 附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面 的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
[0030] 图1是本实用新型提供的甲烷合成反应器的一种【具体实施方式】的结构示意图；
[0031] 图2是本实用新型提供的甲烷合成反应器的一种【具体实施方式】的剖视图（即图1 中A-A面的剖视图）；
[0032] 图3是本实用新型提供的甲烷合成反应器所采用的微反应通道的一种具体实施 方式（锥形管）的示意图；
[0033] 图4是本实用新型提供的甲烷合成反应器所采用的微反应通道的一种具体实施 方式（喇叭形管）的示意图；
[0034] 图5是本实用新型提供的甲烷合成反应器所采用的微反应通道的一种具体实施 方式（Y形管）的示意图。
[0035] 附图标记说明
[0036] 1壳体2进气管3出气管4中心筒5中心管
[0037] 6分流空隙 7微反应通道 8微通道反应气体入口
[0038] 9微通道反应产物出口 10隔热材料区 11第一气体分布器
[0039] 12第二气体分布器
【具体实施方式】
[0040] 以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处 所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0041] 本实用新型提供一种集成化甲烷合成反应器，其特征在于，该甲烷合成反应器包 括壳体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、以及设置在所述壳体1内所述进气管2下方所述出气管3上方的至少一个中 心筒4;所述中心筒4具有中心管5,中心管5与所述出气管3流体连通；所述中心筒4与中 心筒4的外壁之间以及中心筒4的外壁与所述壳体1的内壁之间形成有分流环隙6;所述中 心筒4具有多个径向设置的微反应通道7,并且中心筒4的筒体内外仅通过该微反应通道7 流体连通；所述进气管2通过所述分流环隙6与微反应通道7的微通道反应气体入口 8连 通，微反应通道7的微通道反应产物出口 9通过中心管5与出气管3流体连通。
[0042] 根据本实用新型的一种【具体实施方式】，所述中心筒4可以由密封连接的顶部密封 板、底部密封板和侧壁构成，其内可以空心，可以实心，只要能够容纳微反应通道7即可。所 述中