一種合成氣甲烷化的滴流床反應(yīng)裝置和工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源化工領(lǐng)域，尤其涉及一種合成氣甲烷化的滴流床反應(yīng)裝置和工 -H- 〇
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣是一種清潔、便捷、安全的優(yōu)質(zhì)能源，其主要成分為甲烷。預(yù)計(jì)到2020年， 我國天然氣年消費(fèi)需求將達(dá)3000億立方米，存在約1500億立方米缺口，對外依存度將達(dá)到 50%。國際能源價(jià)格急劇動蕩，將對我國能源安全帶來嚴(yán)重影響。中國貧油、少氣、富煤的 能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了煤炭將長期占據(jù)中國一次能源消費(fèi)的主要地位。利用中國相對豐富 的煤炭資源或生物質(zhì)資源制備合成天然氣更具運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性和利用效能，有利于集中處理污 染物、減少環(huán)境污染，為城鎮(zhèn)居民和工業(yè)提供高效、清潔的氣體燃料。
[0003] 與發(fā)電、煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚等其他煤化工技術(shù)路線相比，煤或生物質(zhì) 制合成天然氣具有能量轉(zhuǎn)化效率高、水耗少、投資低、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)勢，是煤炭和生物質(zhì) 熱轉(zhuǎn)化的優(yōu)選途徑，其中合成氣甲烷化工藝技術(shù)是煤和生物質(zhì)制合成天然氣的核心技術(shù)。
[0004] 煤或生物質(zhì)經(jīng)氣化制得合成氣，再經(jīng)甲烷化工藝過程轉(zhuǎn)化為合成天然氣，主要發(fā) 生如下反應(yīng)：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種合成氣甲烷化的滴流床反應(yīng)裝置，其特征在于，包括：甲烷化反應(yīng)單元模塊、換 熱器模塊和油氣分離模塊三部分構(gòu)成，其中，甲烷化反應(yīng)單元模塊包括導(dǎo)熱油儲罐和滴流 床甲烷化反應(yīng)器，換熱器模塊包括廢熱鍋爐和原料預(yù)熱器，油氣分離模塊包括油氣分離器 和泵； 導(dǎo)熱油儲罐的出口與滴流床甲烷化反應(yīng)器的頂部入口相連，滴流床甲烷化反應(yīng)器的底 部出口依次通過廢熱鍋爐、原料預(yù)熱器與油氣分離器入口相連，油氣分離器用于把產(chǎn)品氣 和換熱后的導(dǎo)熱油分離；油氣分離器的液相出口通過泵與導(dǎo)熱油儲罐入口相連，出來的導(dǎo) 熱油通過泵壓返回導(dǎo)熱油儲罐循環(huán)使用；原料氣通過原料預(yù)熱器之后從滴流床甲烷化反應(yīng) 器上部入口進(jìn)入滴流床甲烷化反應(yīng)器，產(chǎn)品氣從油氣分離器的氣相出口出來，廢熱鍋爐通 過冷卻水換熱產(chǎn)生高壓蒸汽，從而有效利用反應(yīng)熱，回收能量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱油儲罐為臥式儲罐，用于回收、存 貯和供給滴流床甲烷化反應(yīng)器所需要的惰性熱載體介質(zhì)，并保持熱載體介質(zhì)的溫度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述滴流床甲烷化反應(yīng)器為氣-固固定 床甲烷化反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)裝填有甲烷化固體催化劑，反應(yīng)器上部安裝有液體分布器和 氣-液混合空間；把導(dǎo)熱油儲罐內(nèi)的惰性熱載體介質(zhì)引入反應(yīng)器潤濕催化劑，經(jīng)過預(yù)熱的 原料氣從反應(yīng)器上部進(jìn)入反應(yīng)器與惰性熱載體介質(zhì)并流通過滴流床甲烷化反應(yīng)器，完成甲 烷化反應(yīng)，生成的大量反應(yīng)熱由流動的惰性熱載體介質(zhì)吸收并帶離反應(yīng)單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述裝置，其特征在于，所述甲烷化反應(yīng)單元模塊為兩套互 相并聯(lián)的甲烷化反應(yīng)單元模塊，且分別在各自甲烷化反應(yīng)單元模塊的滴流床甲烷化反應(yīng)器 的底部出口與廢熱鍋爐之間、甲烷化反應(yīng)單元模塊的上部入口與原料預(yù)熱器之間、導(dǎo)熱油 儲罐與泵之間加裝兩套共六個閥門，通過對兩套閥門的控制，實(shí)現(xiàn)不停車更換催化劑。
5. -種合成氣甲烷化的滴流床反應(yīng)工藝，其特征在于，包括： 步驟1、將新鮮的甲烷化催化劑裝填在催化反應(yīng)器內(nèi)，在滴流床甲烷化反應(yīng)器頂部注入 惰性熱載體介質(zhì)，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)牧髁渴苟栊詿彷d體介質(zhì)處于適當(dāng)流動狀態(tài)，將催化劑全部潤 濕； 步驟2、將還原氣體從滴流床甲烷化反應(yīng)器上部與惰性熱載體介質(zhì)并流通入，升溫到還 原溫度后在常壓下對甲烷化催化劑進(jìn)行還原； 步驟3、催化劑還原結(jié)束后，將還原氣切換為經(jīng)過凈化和變換的原料合成氣，原料氣通 過原料預(yù)熱器預(yù)熱到反應(yīng)溫度后通入到滴流床甲烷化反應(yīng)器中，同時(shí)調(diào)整反應(yīng)器壓力到反 應(yīng)壓力，在滴流床反應(yīng)器中進(jìn)行合成氣的甲烷化反應(yīng)； 步驟4、在甲烷化反應(yīng)過程中，惰性熱載體介質(zhì)自上而下通過甲烷化反應(yīng)器，吸收甲烷 化反應(yīng)所釋放的大量反應(yīng)熱，降低催化劑床層溫度，使得催化反應(yīng)器接近等溫操作； 步驟5、反應(yīng)器出口流出的高溫惰性熱載體介質(zhì)與產(chǎn)品氣體的混合物經(jīng)回收余熱、冷卻 后進(jìn)入油氣分離單元，分離得到的惰性熱載體介質(zhì)通過泵壓回導(dǎo)熱油儲罐，與新鮮冷卻介 質(zhì)混合，并循環(huán)使用；產(chǎn)品氣體進(jìn)入凈化單元脫水、凈化得到合格的合成天然氣，在冷卻高 溫惰性熱載體介質(zhì)和產(chǎn)品氣過程中，副產(chǎn)2. OMPa以上過熱蒸汽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述工藝，其特征在于，所述甲烷化反應(yīng)的原料氣為煤或生物質(zhì)經(jīng) 過氣化爐和變換反應(yīng)器后得到的合成氣，C0/C0 2摩爾濃度在2%~35%之間，（H2-CO2)/ (CCHCO 2)的摩爾比在2~4之間；原料氣預(yù)熱溫度為80~180°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述工藝，其特征在于，所述甲烷化催化劑為Ni含量在5~60wt % 的工業(yè)化鎳系甲烷化催化劑，催化劑粒度為常規(guī)工業(yè)甲烷化催化劑規(guī)格，裝填方式與氣固 固定床甲烷化催化反應(yīng)器催化劑裝填方式一致；所述催化劑的還原條件為在300~450°C 下，用N2+H2混合氣體或者純H2還原4~8小時(shí)，還原空速選定甲烷化操作空速的25%~ 50%〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述工藝，其特征在于，所述惰性熱載體介質(zhì)包括二芐基甲苯、聚二 甲基硅氧烷在內(nèi)的合成型導(dǎo)熱油。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述工藝，其特征在于，所述惰性熱載體介質(zhì)的質(zhì)量流量范圍為3~ lOkg/s，以保證催化劑顆粒被全部潤濕，且方便吸收和移除反應(yīng)熱。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述工藝，其特征在于，所述甲烷化反應(yīng)溫度為200~450°C、操作 壓力為〇· 1~6. OMPa、操作空速為2000~δΟΟΟΟΙΓ1。
【專利摘要】本發(fā)明屬于能源化工領(lǐng)域，尤其涉及一種合成氣甲烷化的滴流床反應(yīng)裝置和工藝。通過把高熱容、高導(dǎo)熱系數(shù)、高穩(wěn)定性、低傳質(zhì)阻力的惰性熱載體介質(zhì)引入常用的氣－固催化固定床甲烷化反應(yīng)器，形成滴流床氣－液－固三相甲烷化反應(yīng)器。利用惰性熱載體介質(zhì)的高熱容和良好的導(dǎo)熱特性吸收并移走大量的反應(yīng)熱，提高了產(chǎn)品收率，緩解了反應(yīng)過程中的積炭現(xiàn)象，延緩了催化劑失活。本發(fā)明集成了氣-固催化固定床甲烷化反應(yīng)器與漿態(tài)床甲烷化反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)規(guī)避了各自的不足，在保證大操作空速和產(chǎn)品收率的條件下，解決了甲烷化反應(yīng)體系強(qiáng)放熱特性帶來的反應(yīng)熱移除和利用的難題，同時(shí)省去了催化劑收集和分離的設(shè)備，節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用，大大改善了過程的經(jīng)濟(jì)性。
【IPC分類】C10L3-08, B01J8-02
【公開號】CN104645898
【申請?zhí)枴緾N201510115295
【發(fā)明人】陳宏剛, 牛玉廣, 張鍇, 楊勇平
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月17日