專利名稱：一種整體催化劑反應(yīng)器及其在天然氣重整制合成氣中應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然氣重整制合成氣的整體結(jié)構(gòu)催化劑反應(yīng)器。該反應(yīng)器適合于采用整體結(jié)構(gòu)催化劑催化重整甲烷制合成氣的反應(yīng)。
背景技術(shù)：
在天然氣-氧氣/空氣催化重整制合成氣反應(yīng)中，如果反應(yīng)體系特別是催化劑載體的傳熱較差，容易導(dǎo)致局部區(qū)域，比如氧氣和甲烷氣流接觸反應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生熱量過多散熱太慢而局部溫度極高，形成熱點(diǎn)，同樣，在天然氣和水蒸汽反應(yīng)區(qū)域卻熱量供給不足形成冷點(diǎn)，熱點(diǎn)容易導(dǎo)致催化劑失活，而冷點(diǎn)使反應(yīng)活性下降。傳統(tǒng)的填充床顆粒催化劑其在傳熱 和傳質(zhì)方面性能較差，而整體結(jié)構(gòu)催化劑在強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)方面具有優(yōu)勢，目前關(guān)于這種整體結(jié)構(gòu)催化劑用于天然氣重整的催化反應(yīng)器不多，而且沒有采用氧分布器的整體結(jié)構(gòu)催化劑用的反應(yīng)器類型，因此有必要開發(fā)利用整體結(jié)構(gòu)催化劑的新型催化反應(yīng)器用于天然氣重整制合成氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種整體結(jié)構(gòu)催化劑使用的催化反應(yīng)器，可用于整體結(jié)構(gòu)催化劑的天然氣和氧氣/或者空氣、水蒸汽催化轉(zhuǎn)化制合成氣。本發(fā)明的目的是通過如下措施來達(dá)到
本發(fā)明提供的催化反應(yīng)器具有多層結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)催化劑為主催化劑，氧分布器位于其氧分布器通道內(nèi)，整體結(jié)構(gòu)催化劑位于內(nèi)襯高溫陶瓷澆鑄保溫層的反應(yīng)器中，空隙間填充了顆粒催化劑為次催化劑。整體結(jié)構(gòu)催化劑可由整體泡沫碳化硅、或者蜂窩堇青石擔(dān)載Ni, Rh中至少一種金屬組成；氧分布器由高溫抗氧化合金制備；顆粒催化劑由Mg-Al尖晶石擔(dān)載Ni，Rh中至少一種金屬而得；反應(yīng)器由內(nèi)襯高溫陶瓷澆鑄保溫層的不銹鋼反應(yīng)器構(gòu)成。本發(fā)明具體為有內(nèi)襯高溫陶瓷澆鑄保溫層的不銹鋼反應(yīng)器，采用整體結(jié)構(gòu)催化劑為主催化劑；
反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有整體結(jié)構(gòu)催化劑，中間有用于放置氧氣分布器的通道結(jié)構(gòu)，氧分布器伸入桶狀整體結(jié)構(gòu)催化劑內(nèi)部.催化劑塊由帶孔陶瓷支撐盤支撐在反應(yīng)器內(nèi)，
在整體催化劑和反應(yīng)器、反應(yīng)器和氧分布器之間填充了顆粒催化劑作為次催化劑；
所述整體結(jié)構(gòu)催化劑由整體泡沫碳化硅或者蜂窩堇青石為載體的催化劑，擔(dān)載Ni、Rh中至少一種金屬，金屬活性組份的含量為0. l-25wt% ;顆粒催化劑由尖晶石擔(dān)載Ni、Rh中至少一種金屬而得，金屬活性組份的含量為0. l-25wt%。所述氧分布器使用了由高溫抗氧化合金制備的氧分布器；所述氧分布器為一端封口的管狀、管壁上設(shè)有直徑為0. l-5mm的氧分布孔；所述氧分布器由高溫抗氧化合金KF14所制備。本發(fā)明用于天然氣催化轉(zhuǎn)化制合成氣生產(chǎn)，其進(jìn)料比為水碳比為I. 0 — 3. 0，氧碳比為0. 4-0. 65。最合適的比例是水碳比為2，氧碳比為0. 5。氧氣原料可以是純氧氣，也可以是空氣。反應(yīng)條件為爐子催化劑溫度750°C-1000°C，壓力為0. l-3Mpa，天然氣體積空速為 1000 — IOOOOh 一、本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
該催化反應(yīng)器可以將天然氣和水蒸汽、氧氣轉(zhuǎn)化為合成氣。該催化反應(yīng)器可強(qiáng)化熱量傳遞和物料混合，改善催化劑床層溫度分布，使催化劑床層的溫度分布更加均勻，同時(shí)又避免了反應(yīng)物流的旁路。


圖I為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。(I)不銹鋼外殼(2)高溫陶瓷澆鑄保溫層(3)顆粒催化劑(4)整體結(jié)構(gòu)催化劑(5)氧分布器(6)帶孔陶瓷支撐盤(7)氧氣(或空氣)入口⑶甲烷入口(9)合成氣出口。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種整體結(jié)構(gòu)催化劑反應(yīng)器，其為有內(nèi)襯高溫陶瓷澆鑄保溫層的不銹鋼反應(yīng)器，采用整體結(jié)構(gòu)催化劑為主催化劑；
反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有整體結(jié)構(gòu)催化劑，整體結(jié)構(gòu)催化劑為下部帶底、上端開口的桶狀結(jié)構(gòu)，即中間有用于放置氧氣分布器的通道結(jié)構(gòu)，氧分布器伸入桶狀整體結(jié)構(gòu)催化劑內(nèi)部；
在整體催化劑和反應(yīng)器、反應(yīng)器和氧分布器之間填充了顆粒催化劑作為次催化劑；所述整體結(jié)構(gòu)催化劑由整體泡沫碳化硅或者蜂窩堇青石為載體的催化劑，擔(dān)載Ni金屬，金屬活性組份的含量為20wt% ;顆粒催化劑由尖晶石擔(dān)載Rh中金屬而得，金屬活性組份的含量為0. 5wt%。所述氧分布器使用了由高溫抗氧化合金KF14制備的氧分布器。氧分布器的形狀為上端有開口下端無口的管狀，下部分布有多排直徑為0.5mm的氧分布孔。35個(gè)直徑16cm的Ni基泡沫碳化硅整體結(jié)構(gòu)催化劑，放置在有內(nèi)襯高溫陶瓷保溫層的304不銹鋼金屬反應(yīng)器內(nèi)。每個(gè)整體結(jié)構(gòu)催化劑軸方向上有7個(gè)直徑3cm的氧分布器通道，通道內(nèi)放置直徑為I. 5cm的氧分布器。在整體結(jié)構(gòu)催化劑、氧分布器之間以及整體結(jié)構(gòu)催化劑和反應(yīng)器陶瓷內(nèi)襯之間都填充有直徑為0. 5cm的顆粒催化劑。該催化反應(yīng)器用于天然氣、水蒸氣和氧氣的重整，在原料水碳比為2，氧碳比為0. 5，天然氣空速為300( '壓力為IMpa，出口溫度835°C的條件下，反應(yīng)結(jié)果(甲烷轉(zhuǎn)化率95. 2%，干氣組成H2 :68. 8% ；CO 16. 8% ；CH41.4% ； CO2 12. 7%)顯示甲烷實(shí)現(xiàn)了接近熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化。
權(quán)利要求
1.一種整體結(jié)構(gòu)催化劑反應(yīng)器，其特征在于其為有內(nèi)襯高溫陶瓷澆鑄保溫層的不銹鋼反應(yīng)器，采用整體結(jié)構(gòu)催化劑為主催化劑； 反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有ー塊或ー塊以上的整體結(jié)構(gòu)催化劑塊，整體結(jié)構(gòu)催化劑中間設(shè)有用于放置氧氣分布器的通道結(jié)構(gòu)，氧分布器伸入桶狀整體結(jié)構(gòu)催化劑內(nèi)部； 在整體催化劑和反應(yīng)器、反應(yīng)器和氧分布器之間填充了顆粒催化劑作為次催化劑； 所述整體結(jié)構(gòu)催化劑由整體泡沫碳化硅或者蜂窩堇青石為載體的催化劑，擔(dān)載Ni、Rh中至少ー種金屬，金屬活性組份的含量為0. l-25wt% ;顆粒催化劑由尖晶石擔(dān)載Ni、Rh中至少ー種金屬而得，金屬活性組份的含量為0. l-25wt%。
2.按照權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其特征在于所述氧分布器使用了由 高溫抗氧化合金制備的氧分布器。
3.按照權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于所述氧分布器由高溫抗氧化合金KF14所 制備。
4.按照權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于所述氧分布器為一端封ロ的管狀，管壁上設(shè)有氧分布孔。
5.一種權(quán)利要求I所述反應(yīng)器在天然氣重整制合成氣中應(yīng)用。
6.按照權(quán)利要求4所述反應(yīng)器在天然氣重整制合成氣中應(yīng)用，其特征在于其進(jìn)料比為水碳比為I. 0 — 3. 0，氧碳比為0. 4-0. 65 ;氧氣原料是純氧氣或空氣；反應(yīng)條件為爐子溫度750 0C-IOOO °C，壓カ為0. l-3Mpa,天然氣體積空速為1000 — IOOOOh'
7.按照權(quán)利要求5所述反應(yīng)器在天然氣重整制合成氣中應(yīng)用，其特征在于水碳比為.2,氧碳比為0. 5。
全文摘要
一種天然氣重整制合成氣的整體結(jié)構(gòu)催化劑反應(yīng)器，由整體結(jié)構(gòu)催化劑、氧分布器、反應(yīng)器和填充其間的顆粒催化劑多層結(jié)構(gòu)組成。整體結(jié)構(gòu)催化劑可由整體泡沫碳化硅、或者蜂窩堇青石擔(dān)載Ni，Rh中至少一種金屬組成；氧分布器由高溫抗氧化合金制備；顆粒催化劑由Mg-Al尖晶石擔(dān)載Ni，Rh中至少一種金屬而得；反應(yīng)器由內(nèi)襯高溫澆鑄陶瓷的不銹鋼反應(yīng)器構(gòu)成。該整體催化劑反應(yīng)器可以用于將天然氣和水蒸汽、氧氣/空氣轉(zhuǎn)化為合成氣。
文檔編號(hào)C01B3/38GK102649540SQ20111004546
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者侯守福, 徐恒泳, 李春林 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所