本實(shí)用新型屬于煤制天然氣技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種甲烷化反應(yīng)器，具體涉及一種內(nèi)置列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備的甲烷化反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

合成氣甲烷化反應(yīng)是由H₂、CO、CO₂、CH₄、H₂O和惰性氣體組成的合成氣在甲烷化催化劑的作用下生成CH₄的反應(yīng)。合成氣甲烷化反應(yīng)屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)速度快，高溫下瞬間達(dá)到化學(xué)平衡。絕熱條件下每轉(zhuǎn)化1％的CO，反應(yīng)體系溫升為72℃，每轉(zhuǎn)化1％的CO₂，反應(yīng)體系溫升為60℃。如何控制甲烷化反應(yīng)溫度，并充分回收甲烷化反應(yīng)放熱是甲烷化工藝的技術(shù)關(guān)鍵。

關(guān)于控制甲烷化反應(yīng)溫度，已有較成熟的方案。關(guān)于回收利用甲烷化反應(yīng)放熱，目前通常通過將甲烷化反應(yīng)器的產(chǎn)品氣經(jīng)管道送入廢熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽來回收熱量。但是，獨(dú)立設(shè)置的廢熱鍋爐及相關(guān)配套的管道投資高、占地面積大、熱量損失較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中采用獨(dú)立設(shè)置廢熱鍋爐來回收熱量所具有的投資大、占地面積大、熱量損失較大等問題，提供了一種內(nèi)置列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備的甲烷化反應(yīng)器。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本實(shí)用新型提供了一種甲烷化反應(yīng)器，所述甲烷化反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體，反應(yīng)器筒體頂部設(shè)有原料氣入口，底部設(shè)有產(chǎn)品氣出口，其中，所述甲烷化反應(yīng)器還包括設(shè)置在反應(yīng)器筒體內(nèi)的篩孔支撐板，所述篩孔支撐板負(fù)載有自上而下布置的第一惰性填料層、催化劑床層和第二惰性填料層，所述篩孔支撐板下方設(shè)有列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備，所述列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備在其下部設(shè)有給水入口管和在其上部設(shè)有蒸汽出口管，所述反應(yīng)器筒體上設(shè)置有催化劑卸出口，所述催化劑卸出口位于所述篩孔支撐板上方且配置成卸出第一惰性填料層、催化劑床層和第二惰性填料層。

運(yùn)行期間，原料氣通過甲烷化反應(yīng)器頂部的原料氣入口進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)由第一惰性填料層與催化劑床層接觸。這樣設(shè)置可以使工藝氣體分布均勻，從而降低或避免因反應(yīng)不均而引起的催化劑床層局部超溫現(xiàn)象。

工藝氣體與催化劑床層接觸發(fā)生反應(yīng)，將大部分H₂、CO和CO₂轉(zhuǎn)化為CH₄，反應(yīng)后的高溫產(chǎn)品氣經(jīng)由第二惰性填料層均勻進(jìn)入列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備的管程。鍋爐給水經(jīng)由給水入口管進(jìn)入列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備的殼程，通過與管程內(nèi)的高溫產(chǎn)品氣進(jìn)行換熱來充分回收高溫產(chǎn)品氣的熱量并生產(chǎn)蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽出口管離開甲烷化反應(yīng)器。

如果需要更換催化劑和/或惰性填料，可以通過催化劑卸出口卸出催化劑床層、第一惰性填料層和第二惰性填料層。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備包括多層延圓周排列的列管，并且所述蒸汽出口管和所述給水入口管與所述列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備的殼程連通。在一些實(shí)施方案中，所述列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備包括3-10層如5層延圓周排列的列管；以及在一些實(shí)施方案中，所述列管等間距排列。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)器筒體可以由普通碳鋼材料如Q235、Q335或Q345碳鋼材料制成。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述甲烷化反應(yīng)器還包括位于所述原料氣入口下游且位于所述第一惰性填料層上游的氣體分布器。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述氣體分布器為噴嘴輻散式氣體分布器(如噴嘴斜上設(shè)置的噴嘴輻散式氣體分布器)、雙切向環(huán)流式氣體分布器或雙列葉片式氣體分布器。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述甲烷化反應(yīng)器還包括第三惰性填料層、氣體收集器和惰性填料卸出口，其中所述氣體收集器位于反應(yīng)器筒體底部且與產(chǎn)品氣出口連通，所述第三惰性填料層設(shè)置在所述列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備和所述氣體收集器之間，以及所述惰性填料卸出口配置成卸出所述第三惰性填料層。

本實(shí)用新型中，設(shè)置第三惰性填料層是為了使產(chǎn)品氣均勻通過甲烷化反應(yīng)器的產(chǎn)品氣出口。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述氣體收集器呈圓柱形，并且在其上表面和側(cè)面安裝有篩網(wǎng)。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述篩網(wǎng)為不銹鋼絲網(wǎng)或約翰遜網(wǎng)。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述第一惰性填料層、所述第二惰性填料層和所述第三惰性填料層各自獨(dú)立地由圓形瓷球、開孔瓷球、表面凸凹的玻璃球、微孔瓷球和氧化鋁球中的一種或多種構(gòu)成。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)器筒體內(nèi)表面設(shè)有耐火襯里。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器，其中，所述耐火襯里為硅酸鋁耐火材料層、硅質(zhì)耐火材料層、鎂鈣質(zhì)耐火材料層、鋯質(zhì)耐火材料層、碳化硅耐火材料層或氮化硅耐火材料層。

本實(shí)用新型提供的甲烷化反應(yīng)器是一種內(nèi)置列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備的甲烷化反應(yīng)器，尤其適合用于高溫甲烷化反應(yīng)，與傳統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立甲烷化反應(yīng)器和廢熱鍋爐的方式相比，其具有投資省、占地面積大，熱量回收率高優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方案，其中：

圖1是本實(shí)用新型的甲烷化反應(yīng)器的一種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的甲烷化反應(yīng)器的另一種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述，給出的實(shí)施例僅為了闡明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍。

實(shí)施例1

圖1顯示了一種內(nèi)置列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備的甲烷化反應(yīng)器。

如圖1所示，甲烷化反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體2，反應(yīng)器筒體2的頂部設(shè)置有原料氣入口1，底部設(shè)置有產(chǎn)品氣出口15。其中，反應(yīng)器筒體2由Q235碳鋼材料制成。

反應(yīng)器筒體2內(nèi)設(shè)置有篩孔支撐板8，篩孔支撐板8負(fù)載有自上而下布置的第一惰性填料層5、催化劑床層6和第二惰性填料層7。反應(yīng)器筒體2上設(shè)置有催化劑卸出口16，催化劑卸出口16位于篩孔支撐板8上方且配置成卸出第一惰性填料層5、催化劑床層6和第二惰性填料層7。篩孔支撐板8下方設(shè)有列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10，列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10包括5層延圓周排列的等間距列管，在其下部設(shè)有伸出反應(yīng)器筒體2的給水入口管11，在其上部設(shè)有伸出反應(yīng)器筒體2的蒸汽出口管9，并且蒸汽出口管9和給水入口管11與列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10的殼程連通。其中，第一惰性填料層5和第二惰性填料層7由圓形瓷球形成。

工作過程中，原料氣通過甲烷化反應(yīng)器頂部的原料氣入口1進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，經(jīng)由第一惰性填料層5與催化劑床層6接觸。這樣設(shè)置可以使工藝氣體分布均勻，從而降低因反應(yīng)不均而引起的催化劑床層6局部超溫現(xiàn)象。

工藝氣體與催化劑床層6接觸發(fā)生反應(yīng)，將大部分H₂、CO和CO₂轉(zhuǎn)化為CH₄，反應(yīng)后的高溫產(chǎn)品氣經(jīng)由第二惰性填料層7均勻進(jìn)入列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10的管程。鍋爐給水經(jīng)由給水入口管11進(jìn)入列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10的殼程，通過與管程內(nèi)的高溫產(chǎn)品氣進(jìn)行換熱來充分回收高溫產(chǎn)品氣的熱量并生產(chǎn)蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽出口管9離開反應(yīng)器。而降溫后的產(chǎn)品氣經(jīng)由產(chǎn)品氣出口15均勻離開甲烷化反應(yīng)器。

如果需要更換催化劑，可以通過催化劑卸出口16卸出催化劑床層以及第一惰性填料層和第二惰性填料層。

實(shí)施例2

圖2顯示了一種內(nèi)置列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備的甲烷化反應(yīng)器。

如圖2所示，甲烷化反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體2，反應(yīng)器筒體2內(nèi)表面設(shè)有耐火襯里3，反應(yīng)器筒體2的頂部設(shè)置有原料氣入口1和位于原料氣入口1下游的氣體分布器4。其中，反應(yīng)器筒體2由Q235碳鋼材料制成，耐火襯里3為硅酸鋁耐火材料層，以及氣體分布器4配置成雙切向環(huán)流式氣體分布器。

反應(yīng)器筒體2內(nèi)設(shè)置有篩孔支撐板8，篩孔支撐板8位于氣體分布器4下方且負(fù)載有自上而下布置的第一惰性填料層5、催化劑床層6和第二惰性填料層7。反應(yīng)器筒體2上設(shè)置有催化劑卸出口16，催化劑卸出口16位于篩孔支撐板8上方且配置成卸出第一惰性填料層5、催化劑床層6和第二惰性填料層7。篩孔支撐板8下方設(shè)有列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10，列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10包括5層延圓周排列的等間距列管，在其下部設(shè)有伸出反應(yīng)器筒體2的給水入口管11，在其上部設(shè)有伸出反應(yīng)器筒體2的蒸汽出口管9，并且蒸汽出口管9和給水入口管11與列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10的殼程連通。其中，第一惰性填料層5和第二惰性填料層7由圓形瓷球形成。

反應(yīng)器筒體2底部設(shè)置有氣體收集器13、惰性填料卸出口14和與氣體收集器13連通的產(chǎn)品氣出口15。其中，氣體收集器13呈圓柱形，并且在其上表面和側(cè)面安裝有不銹鋼網(wǎng)(未顯示)。

所述甲烷化反應(yīng)器還包括位于列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10和氣體收集器13之間的第三惰性填料層12。其中，第三惰性填料層12由圓形瓷球構(gòu)成，以及惰性填料卸出口14配置成卸出第三惰性填料層。

工作過程中，原料氣通過甲烷化反應(yīng)器頂部的原料氣入口1進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，經(jīng)由氣體收集器13和第一惰性填料層5與催化劑床層6接觸。這樣設(shè)置可以使工藝氣體分布更加均勻，從而進(jìn)一步降低或避免因反應(yīng)不均而引起的催化劑床層6局部超溫現(xiàn)象。

工藝氣體與催化劑床層6接觸發(fā)生反應(yīng)，將大部分H₂、CO和CO₂轉(zhuǎn)化為CH₄，反應(yīng)后的高溫產(chǎn)品氣經(jīng)由第二惰性填料層7均勻進(jìn)入列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10的管程。鍋爐給水經(jīng)由給水入口管11進(jìn)入列管式蒸汽發(fā)生設(shè)備10的殼程，通過與管程內(nèi)的高溫產(chǎn)品氣進(jìn)行換熱來充分回收高溫產(chǎn)品氣的熱量并生產(chǎn)蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)由蒸汽出口管9離開甲烷化反應(yīng)器。而降溫后的產(chǎn)品氣經(jīng)由第三惰性填料層12分布后，由氣體收集器13收集，均勻地從產(chǎn)品氣出口15離開甲烷化反應(yīng)器。

如果需要更換催化劑，可以通過催化劑卸出口16卸出或更換催化劑床層以及第一惰性填料層和第二惰性填料層。另外，可以根據(jù)需要從惰性填料卸出口14卸出或更換第三惰性填料層12。

盡管本實(shí)用新型已進(jìn)行了一定程度的描述，明顯地，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的條件下，可進(jìn)行各個(gè)條件的適當(dāng)變化?？梢岳斫猓緦?shí)用新型不限于所述實(shí)施方案，而歸于權(quán)利要求的范圍，其包括所述每個(gè)因素的等同替換。