一种多床层甲烷化反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种多床层甲烷化反应器。
【背景技术】
[0002] 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C0和C02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C0和C02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C0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Topsoe公司以及德国的Lugri公司。
[0003] 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。
[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。
[0008] 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。
[0009] 优选地，所述套筒组的数量为2-500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述催化反应单 元的体积的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，环隙的上端为开口并与进气管流体连通，环隙的底端密封。
[0018] 优选地，所述催化反应单元的底部与所述壳体的底部之间设置有隔热材料区。
[0019] 本实用新型提供的甲烷化反应器与现有甲烷化反应器相比，具有如下优点：
[0020] 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，产生的反应热也很快的被带离催化反应单元； [0021 ] 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；
[0022] 3、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% -20% )，床层压降较同处理量的径向反应器低（50% -85% );
[0023] 4、该反应器采用多床层设计，原料转化率高，目标产物CH4的选择性超过97%，单 位反应器生产强度较常规固定床、流化床高。由于是内外层两个催化反应单位并联排列，达 到同等条件下的转化率和产物收率时，反应器的处理能力更大（提高了 10% -25% );
[0024] 5、该反应器由若干大小相同的微反应通道构成的反应区，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] 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，有利于实现设备的最大利用效率，无明显放大效应，同 时缩短设备的加工时间，进一步降低反应器生产成本；
[0026] 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、 C0变换、费托合成等固定床催化放热反应。
[0027] 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】
[0028] 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