甲烷化反應(yīng)器制造技術(shù)

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種甲烷化反應(yīng)器，解決了現(xiàn)有甲烷化反應(yīng)器設(shè)備投資高、運(yùn)行成本高、能耗大、可靠性低的問(wèn)題。技術(shù)方案包括外層殼體，所述外層殼體上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，所述外層殼體內(nèi)還設(shè)有填裝有甲烷催化劑床層的內(nèi)層殼體，所述外層殼體的進(jìn)氣口及出氣口均設(shè)于外層殼體的底部，所述內(nèi)層殼體的進(jìn)氣口位于內(nèi)層殼體的頂部，出氣口位于內(nèi)層殼體的底部且與外層殼體的出氣口連接。本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資低、能耗低、原料氣溫度可控。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
甲烷化反應(yīng)器
本技術(shù)涉及甲烷化合成領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種甲烷化反應(yīng)器。
技術(shù)介紹
隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和加強(qiáng)環(huán)保等政策的實(shí)施，國(guó)內(nèi)對(duì)天然氣的需求將與日俱增。2010年我國(guó)天然氣需求1100億Nm3，市場(chǎng)缺口約200億Nm3，2015年我國(guó)天然氣需求1600億Nm3，市場(chǎng)缺口約400億Nm3，2020年需求約2000億Nm3，缺口 800億Nm3以上。基于我國(guó)“多煤，少油，缺氣”這一能源的基本國(guó)情，近年來(lái)，煤制天然氣項(xiàng)目成為了煤化工的一個(gè)重要發(fā)展方向。“十二五”期間，國(guó)家將會(huì)開(kāi)展煤制天然氣升級(jí)示范，進(jìn)一步提高技術(shù)水平和示范規(guī)模，同時(shí)依托示范項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)甲烷化關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化。甲烷化反應(yīng)是天然后合成中的一個(gè)重要步驟，主要在甲烷化反應(yīng)器中進(jìn)行，現(xiàn)有的甲烷化反應(yīng)器主要單層殼體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)填裝甲烷催化劑，甲烷化反應(yīng)的原料氣由上部進(jìn)氣品通入反應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)催化劑層，甲烷化反應(yīng)的產(chǎn)品氣由反應(yīng)器的底部排出，由于通入的原料氣為高壓，甲烷化反應(yīng)又是強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此高溫甲烷化反應(yīng)器的壁面需要同時(shí)耐受高溫高壓,而能夠同時(shí)耐受高溫高壓的材料等級(jí)較高,往往價(jià)格昂貴,并且反應(yīng)器需要內(nèi)襯耐溫層，制造工藝復(fù)雜，導(dǎo)致反應(yīng)器造價(jià)高，既使這樣，長(zhǎng)期使用仍然存在安全隱患。另一方面，甲烷化反應(yīng)中對(duì)進(jìn)入催化劑床層的原料氣有溫度要求，這樣必須對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)加熱，使之滿(mǎn)足催化反應(yīng)的要求，而加熱過(guò)程也增加設(shè)備投資和能耗。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資低、能耗低、原料氣溫度可控的甲烷化反應(yīng)器。技術(shù)方案包括外層殼體，所述外層殼體上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，其特征在于，所述外層殼體內(nèi)還設(shè)有填裝有甲烷催化劑床層的內(nèi)層殼體，所述外層殼體的進(jìn)氣口及出氣口均設(shè)于外層殼體的底部，所述內(nèi)層殼體的進(jìn)氣口位于內(nèi)層殼體的頂部，出氣口位于內(nèi)層殼體的底部且與外層殼體的出氣口連接。所述內(nèi)層殼體與外層殼體的間距不小于0.0lm,優(yōu)選0.08-0.2m。所述外層殼體的頂部還設(shè)有旁路進(jìn)氣口，所述外層殼體的旁路進(jìn)氣口與內(nèi)層殼體頂部的旁路進(jìn)氣口連通。所述外層殼體的進(jìn)氣口及旁路進(jìn)氣口均與原料氣管連接，所述旁路進(jìn)氣口與原料氣管連接的管道上還設(shè)有溫度調(diào)節(jié)閥，所述內(nèi)層殼體的上段設(shè)有溫度感應(yīng)器。所述溫度感應(yīng)器與閥門(mén)控制器連接，所述閥門(mén)控制器與溫度調(diào)節(jié)閥連接。專(zhuān)利技術(shù)人對(duì)現(xiàn)有的甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行了深入的研究，創(chuàng)造性設(shè)計(jì)了兩層殼體結(jié)構(gòu)，內(nèi)層殼體裝填甲烷催化劑床層，而外層殼體與內(nèi)層殼體的間隙則通入原料氣，將原料氣通過(guò)兩層殼體的間隙中，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)由于甲烷化反應(yīng)會(huì)釋放大量熱能，該熱能可通過(guò)內(nèi)層殼體傳導(dǎo)出來(lái)，從而達(dá)到對(duì)兩層殼體間隙中的原料氣進(jìn)行預(yù)熱的目的，而無(wú)需對(duì)原料氣單獨(dú)預(yù)熱，增加能耗，一舉兩得；(2)由于原料氣吸收熱量，起到了隔絕熱量的目的，因此外層殼體僅需具備耐高壓性能，而無(wú)需具備耐高溫性能。(3)由于通入的原料氣具有一定壓力，原料氣先在兩層殼體間流動(dòng)預(yù)熱，然后再進(jìn)入內(nèi)層殼體內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)，相較于內(nèi)層殼體而言，其內(nèi)、外兩側(cè)均有同等壓力的氣體在流動(dòng)，壓力差小，不再承受高壓，因此內(nèi)層殼體僅需具備耐高溫性能，而無(wú)需具備耐高壓性能。進(jìn)一步的，由于催化劑床層對(duì)原料氣的進(jìn)料溫度要求比較嚴(yán)格，為了保證進(jìn)入催化劑床層的原料氣的溫度控制在要求的范圍內(nèi)，專(zhuān)利技術(shù)人在內(nèi)層殼體的上段設(shè)置了溫度傳感器，以檢測(cè)進(jìn)入催化劑床層的氣體溫度，并特別設(shè)計(jì)了原料氣進(jìn)氣的旁路激冷管線，當(dāng)檢測(cè)的溫度超過(guò)限定的范圍時(shí)，可通過(guò)外層殼體和內(nèi)層殼體的旁路進(jìn)氣口向內(nèi)層殼體內(nèi)直接通入部分未經(jīng)預(yù)熱的原料氣，以調(diào)節(jié)進(jìn)入催化劑床層的氣體溫度，保證催化反應(yīng)的正常進(jìn)行。所述通入量可根據(jù)采集的溫度信號(hào)與設(shè)定的范圍進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果由閥門(mén)控制器發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)控制溫度調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閉或相應(yīng)的開(kāi)度進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。所述內(nèi)層殼體與外層殼體的的間距優(yōu)選在0.08-0.2m,以保證足夠的預(yù)熱氣量以及隔熱的效果，間距過(guò)大會(huì)增加設(shè)備制造費(fèi)用間距過(guò)小會(huì)增加系統(tǒng)的壓降及能耗。有益效果:本技術(shù)甲烷化反應(yīng)器采用雙層結(jié)構(gòu)，使承受高溫的內(nèi)層殼體不必承受高壓，使承受高壓的外層殼體不必再承受高溫，從而可以有效降低反應(yīng)器制造材料的選擇等級(jí)，減少制造費(fèi)用；通過(guò)設(shè)置原料氣旁路激冷管線，可以有效調(diào)節(jié)催化劑床層入口溫度。本技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、設(shè)備投資和運(yùn)行成本低，對(duì)于單系列8億NM3/年的甲烷化裝置，設(shè)備投資可下降約200萬(wàn)元，節(jié)省原料氣的預(yù)熱能耗2GJ/hr，特別適用于甲烷化催化反應(yīng)。【附圖說(shuō)明】圖1為本技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1-外層殼體、1.1-進(jìn)氣口、1.2-出氣口、1.3-旁路進(jìn)氣口、2-內(nèi)層殼體、2.1-進(jìn)氣口、2.2-出氣口、2.3-旁路進(jìn)氣口、3-原料氣管、4-甲烷催化劑床層、5-溫度感應(yīng)器、6-閥門(mén)控制器、7-溫度調(diào)節(jié)閥。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步解釋說(shuō)明:所述外層殼體I底部設(shè)有進(jìn)氣口 1.1和出口氣1.2，所述外層殼體I內(nèi)還設(shè)有填裝有甲燒催化劑床層4的內(nèi)層殼體2,所述內(nèi)層殼體2的進(jìn)氣口 2.1位于內(nèi)層殼體2的頂部，出氣口 2.2位于內(nèi)層殼體2的底部且與外層殼體I的出氣口 1.2連接。所述內(nèi)層殼體2與外層殼體I的間距不小于0.01m，最優(yōu)間距在0.08-0.2m。所述外層殼體I的頂部還設(shè)有旁路進(jìn)氣口 1.3，所述外層殼體I的旁路進(jìn)氣口 1.3與內(nèi)層殼體2頂部的旁路進(jìn)氣口 2.3連接。所述外層殼體I的進(jìn)氣口 1.1及旁路進(jìn)氣口 1.3均與原料氣管3連接，所述旁路進(jìn)氣口 1.3與原料氣管3連接的管道上還設(shè)有溫度調(diào)節(jié)閥7，所述內(nèi)層殼體2的上段設(shè)有溫度感應(yīng)器5。所述溫度感應(yīng)器5與閥門(mén)控制器6連接，所述閥門(mén)控制器6與溫度調(diào)節(jié)閥7連接。所述外層殼體I可選用如鉻鑰鋼材制制造，內(nèi)層殼體可選用如碳鋼襯耐火磚材料制造。工作原理:圖中箭頭所示方向?yàn)樵蠚獾牧鲃?dòng)方向。甲烷化反應(yīng)原料氣(簡(jiǎn)稱(chēng)原料氣，溫度為30-60°C，壓力為，25-65bar)經(jīng)由原料氣管3通入，經(jīng)外層殼體I的進(jìn)氣口 1.1進(jìn)入外層殼體I與內(nèi)層殼體2間的間隙中自下向上流動(dòng)，由于內(nèi)層殼體2內(nèi)的甲烷化反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，高溫由內(nèi)層殼體2傳導(dǎo)加熱在間隙內(nèi)流動(dòng)的原料氣，原料氣被加熱(加熱至250-350°C)后上升至外層殼體I的頂部后又經(jīng)由設(shè)在內(nèi)層殼體頂部的進(jìn)氣口 2.1進(jìn)入內(nèi)層殼體2內(nèi)，進(jìn)入催化劑床層5進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)后的甲烷化反應(yīng)產(chǎn)品氣(簡(jiǎn)稱(chēng)產(chǎn)品氣)依次經(jīng)內(nèi)層殼體2的出氣口 2.2和外層殼體的出氣口 1.2排出進(jìn)入下游工序；溫度感器5時(shí)實(shí)地對(duì)進(jìn)入催入劑床層5前原料氣進(jìn)行溫度檢測(cè)，當(dāng)時(shí)溫度過(guò)高時(shí)，則將溫度信號(hào)反饋至閥門(mén)控制器6，通過(guò)閥門(mén)控制器6控制溫度調(diào)節(jié)閥7開(kāi)啟及相應(yīng)的開(kāi)度，將原料氣管3中的部分原料氣不經(jīng)預(yù)熱直接經(jīng)外層殼體I的旁路進(jìn)氣口 1.3、內(nèi)層殼體2的旁路進(jìn)氣口 2.3導(dǎo)入內(nèi)層殼體2內(nèi)，與內(nèi)層殼體2進(jìn)氣口 2.1引入的預(yù)熱后的原料氣進(jìn)行混合，以降低進(jìn)入催化劑床層5的原料氣的溫度，使其保持滿(mǎn)足催化反應(yīng)要求的溫度。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種甲烷化反應(yīng)器，包括外層殼體，所述外層殼體上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，其特征在于，所述外層殼體內(nèi)還設(shè)有填裝有甲烷催化劑床層的內(nèi)層殼體，所述外層殼體的進(jìn)氣口及出氣口設(shè)均設(shè)于外層殼體的底部，所述內(nèi)層殼體的進(jìn)氣口位于內(nèi)層殼體的頂部，出氣口位于內(nèi)層殼體的底部且與外層殼體的出氣口連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種甲燒化反應(yīng)器,包括外層殼體，所述外層殼體上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，其特征在于，所述外層殼體內(nèi)還設(shè)有填裝有甲烷催化劑床層的內(nèi)層殼體，所述外層殼體的進(jìn)氣口及出氣口設(shè)均設(shè)于外層殼體的底部，所述內(nèi)層殼體的進(jìn)氣口位于內(nèi)層殼體的頂部，出氣口位于內(nèi)層殼體的底部且與外層殼體的出氣口連接。2.如權(quán)利要求1所述的甲烷化反應(yīng)器，其特征在于，所述外層殼體的頂部還設(shè)有旁路進(jìn)氣...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧文新，晏雙華，陳風(fēng)敬，胡四斌，徐建民，夏吳，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)五環(huán)工程有限公司，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：湖北;42