一種甲烷化學(xué)鏈重整制合成反應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及燃料清潔燃燒、功能材料、環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種甲 燒化學(xué)鏈重整制合成反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 甲燒是天然氣、煤層氣和天然氣水合物的主要成分，隨著石油資源的日漸枯竭，儲 量相對豐富的甲燒資源將成為后石油時(shí)代最具希望的替代能源之一，勘探表明，我國煤層 氣儲量約為35萬億m 3，天然氣遠(yuǎn)景儲量達(dá)到43萬億m3，因此，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的甲燒轉(zhuǎn)化 技術(shù)具有重大的戰(zhàn)略意義。而將甲燒轉(zhuǎn)化為液體燃料和化學(xué)品的一個(gè)重要途徑是首先將甲 燒轉(zhuǎn)化為合成氣化2+C0)，再經(jīng)過Fischer-化opsch合成等手段將合成氣進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為液體 燃料和化學(xué)品，所W，合成氣是天然氣化工的重要中間產(chǎn)物。
[0003] 傳統(tǒng)的天然氣重整是通過甲燒與水蒸氣（steam methane reforming,SMR)或C〇2 (carbon dioxide reforming,CDR)發(fā)生重整反應(yīng)生成合成氣，再由合成氣制氨、甲醇、合成 氨和汽油等液體燃料等。SMR和CDR都是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，設(shè)備龐大復(fù)雜，操作費(fèi)用昂貴，其 中合成氣制備約占整個(gè)天然氣化工總投資和生產(chǎn)成本的60%-70%。因此，研究更經(jīng)濟(jì)、更 高效的甲燒轉(zhuǎn)化技術(shù)就顯得迫在眉睫。
[0004] 甲燒化學(xué)鏈重整是近年來發(fā)展起來的一種甲燒制合成氣技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是甲燒部分 氧化制合成氣。化學(xué)鏈重整是根據(jù)化學(xué)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的原理，利用金屬氧化物分子中的晶格氧 作為氧源將甲燒部分氧化成合成氣;然后，失去晶格氧的金屬氧化物又被空氣氧化恢復(fù)晶 格氧，完成鏈?zhǔn)窖h(huán)反應(yīng)?？梢?，在甲燒化學(xué)鏈重整與甲燒水蒸汽或C〇2重整相比，省去了純 氧制備環(huán)節(jié)，是一個(gè)溫和的放熱反應(yīng)，可W在低能耗的條件下實(shí)現(xiàn)甲燒的高轉(zhuǎn)化率和也、CO 的高選擇性，具有投資少、效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，而且還避免了甲燒與氣相氧直接接觸可 能發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。
[0005] 需要指出的是，傳統(tǒng)的甲燒重整循環(huán)流化床反應(yīng)器需要不斷驅(qū)動催化劑快速循 環(huán)，不但能耗較大，對設(shè)備的磨損也很嚴(yán)重，同時(shí)不易實(shí)現(xiàn)等溫操作。而一種良好的甲燒重 整反應(yīng)器裝置不僅要能實(shí)現(xiàn)高效的燃料重整，還應(yīng)考慮到裝置的能耗及反應(yīng)的等溫操作。 因此，需要一種新型的甲燒化學(xué)鏈重整制合成反應(yīng)裝置來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型的目的是提供一種甲燒化學(xué)鏈重整制合成反應(yīng)裝置，其不需純氧的制 備，不需要推動催化劑在應(yīng)器之間循環(huán)，降低能耗，反應(yīng)溫和，容易實(shí)現(xiàn)等溫操作，來克服現(xiàn) 有技術(shù)的缺陷。
[0007] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種甲燒化學(xué)鏈重整制合成反應(yīng)裝置，包括反應(yīng) 器筒體，其特征在于:所述反應(yīng)器筒體內(nèi)設(shè)置有蜂窩狀氧載體和若干個(gè)貫穿所述反應(yīng)器筒 體的蜂窩狀氧載體孔道，所述反應(yīng)器筒體一端設(shè)置有氣體存儲區(qū)，所述氣體存儲區(qū)設(shè)置有 反應(yīng)器氣體入口，另一端設(shè)置有氣體收集區(qū)，所述氣體收集區(qū)設(shè)置有尾氣出口。甲燒和空氣 交替通過氧載體孔道進(jìn)行晶格氧和熱量的傳遞，實(shí)現(xiàn)燃料的重整。
[0008] 尾氣出口用于連接余熱鍋爐換熱等設(shè)備W及合成氣凈化加壓裝置，凈化后的合成 氣可加壓存儲或進(jìn)入合成工段。
[0009] 本實(shí)用新型提出的反應(yīng)裝置在運(yùn)行過程中只需調(diào)節(jié)反應(yīng)器氣體入口的進(jìn)氣量、氣 體流速W及反應(yīng)溫度即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)的等溫操作，不需純氧制備，不需要驅(qū)動催化劑顆 粒循環(huán)所需的較大能耗，延長了反應(yīng)器壁的使用壽命，避免了甲燒與氣相氧直接接觸可能 發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，較好地解決了當(dāng)前流化床反應(yīng)器中存在的能耗大，易磨損，操作不穩(wěn)定， 溫度各點(diǎn)波動較大的問題，如反應(yīng)器中氧載體再生時(shí)W水替代空氣，還可獲得較為純凈的 氨氣，可用于燃料電池。
[0010] 所述氣體存儲區(qū)還設(shè)置有氣體福射式預(yù)分布器，所述氣體福射式預(yù)分布器與所述 反應(yīng)器氣體入口連接。用于對反應(yīng)器氣體入口進(jìn)入的氣體再分布，使氣體均勻穩(wěn)定地進(jìn)入 蜂窩狀氧載體孔道。
[0011] 優(yōu)選地，所述反應(yīng)器筒體與所述氣體存儲區(qū)可拆卸連接，反應(yīng)器筒體與所述氣體 存儲區(qū)通過法蘭連接。
[0012] 優(yōu)選地，所述反應(yīng)器筒體與所述氣體收集區(qū)可拆卸連接，所述反應(yīng)器筒體與所述 氣體收集區(qū)通過法蘭連接。反應(yīng)器筒體與所述氣體存儲區(qū)W及反應(yīng)器筒體與氣體收集區(qū)的 可拆卸連接可便于生產(chǎn)過程中的檢修和其他操作。
[0013] 優(yōu)選地，所述反應(yīng)器筒體外設(shè)置有加熱裝置。反應(yīng)器筒體外壁由爐膛式加熱系統(tǒng) 供熱，W維持反應(yīng)所需的溫度。
[0014] 優(yōu)選地，所述蜂窩狀氧載體選自1^曰日.751'日.3]^]1〇3、1^曰日.751'日.3化〇3和1^曰。6〇3中的一種， 蜂窩狀氧載體由復(fù)合過渡金屬氧化物壓制燒結(jié)而成。蜂窩狀氧載體由復(fù)合過渡金屬氧化物 制成，結(jié)構(gòu)上具有大量的氧空位且具有較大的比表面積，由中屯、向周邊等徑均勻排列圓柱 形孔道，孔道與軸向平行，在高溫時(shí)能可逆的吸收和傳遞氧，對甲燒等燃料具有較高的催化 活性，具有很好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和適宜的機(jī)械強(qiáng)度，對陰離子、電子、空位顯示出混合類型 的傳導(dǎo)特性，因此，適宜在氧載體反應(yīng)器中進(jìn)行化學(xué)鏈重整。已有的實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合金屬化 物可W為甲燒的化學(xué)鏈重整提供足夠的晶格氧，且具有優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和良好的氧化還 原循環(huán)反應(yīng)活性。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0016] 1)甲燒化學(xué)鏈重整與傳統(tǒng)的水蒸汽或C〇2重整相比，省去了水蒸氣和純氧制備環(huán) 節(jié)，成本顯著降低；
[0017] 2)易于實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的等溫操作，而且還避免了甲燒與氣相氧直接接觸可能發(fā)生爆炸 的危險(xiǎn)；
[0018] 3)不需要驅(qū)動催化劑顆粒在反應(yīng)器中循環(huán)，能量損耗低，設(shè)備使用壽命長；
[0019] 4)氧載體再生時(shí)，如使用水蒸氣代替空氣，水蒸氣裂解可W生成較為純凈的氨氣， 可用于燃料電池；
[0020] 5)蜂窩狀氧載體在反應(yīng)中具有蓄熱功能，可幫助反應(yīng)器維持反應(yīng)溫度，減輕外加 熱設(shè)備的熱負(fù)荷，有利于反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行。
【附圖說明】
[0021] 附圖I為本實(shí)用新型甲燒化學(xué)鏈重整制合成反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 1、反應(yīng)器氣體入口，2、氣體福射式預(yù)分布器，3、氣體存儲區(qū)，4、第一法蘭，5、反應(yīng) 器筒體，6、蜂窩狀氧載體，7、蜂窩狀氧載體孔道，8、第二法蘭，9、氣體收集區(qū)，10、尾氣出口。
【具體實(shí)施方式】
[0023] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，圖1中的箭頭方向?yàn)闅怏w流動的方向。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 參閱圖1，一種甲燒化學(xué)鏈重整制合成反應(yīng)裝置，由反應(yīng)器筒體5、蜂窩狀氧載體6、 入口福射式氣體預(yù)分布器2、氣體存儲區(qū)3、氣體收集區(qū)9、尾氣出口 10、第一法蘭4和第二法 蘭8組成。反應(yīng)器筒體5內(nèi)設(shè)置有蜂窩狀氧載體6和若干個(gè)貫穿反應(yīng)器筒體5的蜂窩狀氧載體 孔道7,蜂窩狀氧載體6固定于甲燒化學(xué)鏈重整制合成反應(yīng)裝置中間，空氣中的氣態(tài)氧、燃料 所需的晶格氧W及燃料反應(yīng)區(qū)中的部分反應(yīng)熱量通過蜂窩狀氧載體進(jìn)行交換。甲燒和空氣 交替通過氧載體孔道進(jìn)行晶格氧和熱量的傳遞，實(shí)現(xiàn)燃料的重整。
[0026] 氣體存儲區(qū)3設(shè)置有反應(yīng)器氣體入口 1。反應(yīng)器氣體入口 1由=通電磁閥控制。反應(yīng) 器氣體入口 1用于分別連接不同氣體的存儲、加壓和凈化設(shè)備。氣體收集區(qū)設(shè)置有尾氣出口 10,尾氣出口 10用于連接余熱鍋爐換熱等設(shè)備W及合成氣凈化加壓裝置，凈化后的合成氣 可加壓存儲或進(jìn)入合成工段。
[0027] 本實(shí)用新型提出的反應(yīng)裝置本裝置采用了蜂窩狀氧載體與空氣、甲燒交替反應(yīng)的 的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行甲燒重整制取合成氣，通過蜂窩狀氧載體來傳遞晶格氧和熱量，在運(yùn)行過 程中只需調(diào)節(jié)燃料反應(yīng)器氣體入口 1的進(jìn)氣量、氣體流速W及反應(yīng)溫度即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù) 的等溫操作，不需純氧制備，不需要驅(qū)動催化劑顆粒循環(huán)所需的較大能耗，延長了反應(yīng)器壁 的使用壽命，避免了甲燒與氣相氧直接接觸可能發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，較好地解決了當(dāng)前流化 床反應(yīng)器中存在的能耗大，易磨損，操作不穩(wěn)定，溫度各點(diǎn)波動較大的問題，如反應(yīng)器中氧 載體再生時(shí)W水替代空氣，還可獲得較為純凈的氨氣，可用于燃料電池。
[00%]氣體福射式預(yù)分布器2與反應(yīng)器氣體入口 1連接。用于對反應(yīng)器氣體入口 1進(jìn)入的 氣體再分布，使氣體均勻穩(wěn)定地進(jìn)入蜂窩狀氧載體孔道。
[0029] 反應(yīng)器筒體5與氣體存儲區(qū)3可拆卸連接，反應(yīng)器筒體5與氣體存儲區(qū)3可通過螺栓 或法蘭連接，或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員可W想到的連接方式連接均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍 之內(nèi)，在本實(shí)施例