專利名稱：甲烷合成反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型實(shí)施例涉及甲烷合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種甲烷合成反應(yīng)裝 置；屬化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
甲烷(CH4)可以通過含有氫氣(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的煤氣或焦 爐氣制得，這些H2、CO和CO2在催化劑作用下發(fā)生合成反應(yīng)，生成CH4。甲烷合成反應(yīng)過程中釋放大量的熱，如果不能及時(shí)有效地移走合成反應(yīng)過程中產(chǎn) 生的反應(yīng)熱，將導(dǎo)致催化劑被燒壞，甚至合成反應(yīng)器損毀?，F(xiàn)有技術(shù)采用多臺(tái)絕熱反應(yīng)器和多臺(tái)換熱器串聯(lián)來完成甲烷合成反應(yīng)，這種方式 成本高，合成效率低，設(shè)備多，增加事故發(fā)生率，更不易進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種甲烷合成反應(yīng)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提高合成效率， 降低成本，安全可靠，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。本實(shí)用新型提供一種甲烷合成反應(yīng)裝置，包括外殼，所述外殼頂部設(shè)置有原料氣 入口，所述外殼底部設(shè)置有合成氣出口 ；所述外殼內(nèi)腔中填充顆粒狀催化劑；所述外殼內(nèi) 腔中設(shè)置多個(gè)容置冷卻介質(zhì)的冷卻套管；所述外殼底部還設(shè)置有與所述多個(gè)冷卻套管內(nèi)管 相通的冷卻介質(zhì)入口和與所述多個(gè)冷卻套管外管相通的冷卻介質(zhì)出口。如上所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，所述外殼內(nèi)腔中還設(shè)置有與所述原料氣入口連接 的、使原料氣均勻分布的氣體分布器。如上所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，所述外殼內(nèi)腔中還設(shè)置有一層以上防止所述顆粒 狀催化劑擴(kuò)散并使所述原料氣均勻分布的瓷球?qū)?，所述瓷球?qū)影〝?shù)千個(gè)緊密相鄰的瓷 球。如上所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，所述冷卻介質(zhì)為熔鹽。如上所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，所述熔鹽的壓力為0. 2MPa 0. 8MPa,溫度為 250°C 400"C。如上所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，所述外殼內(nèi)側(cè)設(shè)置有耐火襯里。如上所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，所述外殼外側(cè)還設(shè)置有降低所述外殼溫度以保護(hù) 所述外殼的冷卻套夾。如上所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，所述外殼頂部或底部還設(shè)置有供人工檢查的檢查 孔。如上所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，所述外殼底部還設(shè)置有更換催化劑的卸料孔。本實(shí)用新型提供的甲烷合成反應(yīng)裝置，通過該裝置中容置冷卻介質(zhì)的冷卻套管冷 卻反應(yīng)過程中的混合氣體及合成氣體，實(shí)現(xiàn)有效控制甲烷反應(yīng)過程中的溫度，提高合成效 率，成本低，安全可靠，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是 本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實(shí)用新型提供的一個(gè)甲烷合成反應(yīng)裝置實(shí)施例的主視圖；圖2為圖1所示甲烷合成反應(yīng)裝置的剖視圖；圖3為圖2所示剖視圖中布管部分的放大圖；圖4為本實(shí)用新型提供的又一個(gè)甲烷合成反應(yīng)裝置實(shí)施例的主視圖；圖5為本實(shí)用新型提供的另一個(gè)甲烷合成反應(yīng)裝置實(shí)施例的主視圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新 型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施 例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于 本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。本實(shí)用新型提供的一個(gè)甲烷合成反應(yīng)裝置的實(shí)施例，參見圖1 圖3，該甲烷合成 反應(yīng)氣包括外殼1，外殼1頂部設(shè)置有原料氣入口 2，外殼1底部設(shè)置有合成氣出口 3 ；外 殼1內(nèi)腔中填充顆粒狀催化劑；外殼1內(nèi)腔中設(shè)置多個(gè)容置冷卻介質(zhì)的冷卻套管4 ；外殼1 底部還設(shè)置有與多個(gè)冷卻套管4的內(nèi)管4a相通的冷卻介質(zhì)入口 5和與多個(gè)冷卻套管4的 外管4b相通的冷卻介質(zhì)出口 6。具體的，合成甲烷的原料為含有H2、CO和CO2的的煤氣或焦?fàn)t氣，H2, CO和CO2的 混合氣體需要在一定的溫度下才能夠進(jìn)行合成反應(yīng)，因此，含有H2、CO和CO2的原料氣進(jìn) 入甲烷合成反應(yīng)裝置前需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后，原料氣的溫度達(dá)到260°c左右，壓力為1 IOMPa0甲烷合成反應(yīng)裝置內(nèi)部填充著顆粒狀的催化劑(圖中虛線畫叉的區(qū)域)，這些催 化劑鎳的呈小顆粒狀，充滿外殼1的內(nèi)腔中，原料氣從外殼1頂部的原料氣入口 2進(jìn)入甲烷 合成反應(yīng)裝置后接觸到催化劑，由于原料氣的溫度和壓力已達(dá)到合成反應(yīng)要求，因此，在催 化劑作用下原料氣進(jìn)行合成反應(yīng)。在合成反應(yīng)進(jìn)行過程中，冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)入口 5進(jìn) 入多個(gè)冷卻套管4的內(nèi)管4a中，由下至上，再由冷卻套管4的外管4b頂部從上向下流動(dòng)， 帶走甲烷合成反應(yīng)熱，多個(gè)冷卻套管4同時(shí)冷卻，最后，冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)出口 6流出甲 烷合成反應(yīng)裝置。其中，圖2中陰影部分即為多個(gè)冷卻套管4，圖3為圖2所示的陰影部分 多個(gè)冷卻套管4的布置圖。冷卻套管4在外殼1的內(nèi)腔中可均勻分布，各個(gè)冷卻套管4之 間的距離可根據(jù)需要而定。另外，可以根據(jù)合成反應(yīng)需要的溫度和壓力情況預(yù)先制備冷卻 介質(zhì)，使冷卻介質(zhì)能夠?qū)⒑铣煞磻?yīng)控制在最為理想的反應(yīng)溫度區(qū)間，提高甲烷合成率并保 護(hù)合成反應(yīng)裝置。經(jīng)過冷卻后的合成氣從外殼1底部的合成氣出口 3排出。本實(shí)施例提供的甲烷合成反應(yīng)裝置，通過裝置內(nèi)腔中容置冷卻介質(zhì)的冷卻套管冷 卻反應(yīng)過程中的混合氣體及合成氣體，冷卻管換熱面積大，有利于移走反應(yīng)熱，實(shí)現(xiàn)有效控
4制甲烷反應(yīng)過程中的溫度，提高合成效率，成本低，安全可靠，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。另外，冷 卻后可復(fù)產(chǎn)高壓蒸汽，節(jié)省能源，降低產(chǎn)品成本。參見圖4，本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例提供的甲烷合成反應(yīng)裝置，包括外殼1，外殼 1可包括頂部的封頭Ia及底部的承壓殼體lb，外殼1可以為耐壓的金屬材料，封頭Ia和承 壓殼體Ib可通過緊固件Ic固定連接，這種外殼結(jié)構(gòu)便于拆卸及維修。外殼1內(nèi)側(cè)可以設(shè) 置耐火襯里7來保護(hù)外殼1，以免外殼1在合成反應(yīng)過程中溫度過高。耐火襯里7的厚度可 以根據(jù)整個(gè)反應(yīng)器的直徑和反應(yīng)溫度而定，可以為150mm 250mm，參見圖4。如果不用耐 火襯里7，則還可以在外殼1外側(cè)設(shè)置冷卻水夾套8，并在冷水夾套8上設(shè)置入水口 8a和出 水口 8b，從冷卻水夾套8中注入冷卻水來防止外殼1的溫度過高，參見圖5。外殼1頂部設(shè)置有原料氣入口 2，外殼1底部設(shè)置有合成氣出口 3 ；此外，還可以在 外殼1頂部或底部可設(shè)置檢查孔9，該檢查孔9可供工作人員進(jìn)入甲烷合成反應(yīng)裝置內(nèi)部進(jìn) 行檢查或檢修等操作；外殼1底部還可設(shè)置有卸料孔10，以便定期更換催化劑。進(jìn)一步的，外殼1內(nèi)腔中可以設(shè)置與原料氣入口 2連接的氣體分布器11，該氣體分 布器11可使原料氣均勻散布在外殼1的內(nèi)腔中。另外，可以在外殼1的內(nèi)腔中設(shè)置一層以 上瓷球?qū)?2，瓷球?qū)?2由數(shù)千個(gè)緊密相鄰的瓷球組成，可以在氣體分布器12的下方設(shè)置一 層瓷球?qū)?2，也可以在外殼1內(nèi)腔下部設(shè)置一層瓷球?qū)?2，還可以同時(shí)在氣體分布器11的 下方和外殼1內(nèi)腔下部設(shè)置瓷球?qū)?2(如圖4及圖5所示)，通過瓷球?qū)?2將顆粒狀的催 化劑集中封閉起來，使催化劑與原料氣充分接觸。另外，由于各個(gè)瓷球間具有很小的縫隙， 這些縫隙均勻分布在瓷球?qū)?2中，因此，原料氣經(jīng)過瓷球?qū)?2后分布更加均勻。冷卻套管4的內(nèi)徑可以根據(jù)工藝條件而定，可為Φ 19mm Φ 76mm，管壁的厚度可 為2. 5mm 6mm。冷卻介質(zhì)可以為熔鹽或其他液體，為了達(dá)到較好的冷卻效果，熔鹽的壓力 可為 0. 2MPa 0. 8MPa，溫度為 250°C 400"C。本實(shí)施例提供的甲烷合成反應(yīng)裝置，通過容置冷卻水的冷卻套管冷卻反應(yīng)過程中 的混合氣體及合成氣體，實(shí)現(xiàn)有效控制甲烷反應(yīng)過程中的溫度，在合成反應(yīng)過程中原料氣 體與催化劑充分接觸，提高合成效率，結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和維修，成本低，安全可靠，適合 于大規(guī)模生產(chǎn)。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制； 盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解: 其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等 同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù) 方案的精神和范圍。
權(quán)利要求一種甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，包括外殼，所述外殼頂部設(shè)置有原料氣入口，所述外殼底部設(shè)置有合成氣出口；所述外殼內(nèi)腔中填充顆粒狀催化劑；所述外殼內(nèi)腔中設(shè)置多個(gè)容置冷卻介質(zhì)的冷卻套管；所述外殼底部還設(shè)置有與所述多個(gè)冷卻套管內(nèi)管相通的冷卻介質(zhì)入口和與所述多個(gè)冷卻套管外管相通的冷卻介質(zhì)出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，所述外殼內(nèi)腔中還設(shè)置有 與所述原料氣入口連接的、使原料氣均勻分布的氣體分布器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，所述外殼內(nèi)腔中還設(shè)置 有一層以上防止所述顆粒狀催化劑擴(kuò)散并使所述原料氣均勻分布的瓷球?qū)樱龃汕驅(qū)影?括數(shù)千個(gè)緊密相鄰的瓷球。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)為熔鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，所述熔鹽的壓力為 0. 2MPa 0. 8MPa，溫度為 250400"C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，所述外殼內(nèi)側(cè)設(shè)置有耐火 襯里。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，所述外殼外側(cè)還設(shè)置有降 低所述外殼溫度以保護(hù)所述外殼的冷卻套夾。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，所述外殼頂部或底部還 設(shè)置有供人工檢查的檢查孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的甲烷合成反應(yīng)裝置，其特征在于，所述外殼底部還設(shè)置有更 換催化劑的卸料孔。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種甲烷合成反應(yīng)裝置。包括外殼，所述外殼頂部設(shè)置有原料氣入口，所述外殼底部設(shè)置有合成氣出口；所述外殼內(nèi)腔中填充顆粒狀催化劑；所述外殼內(nèi)腔中設(shè)置多個(gè)容置冷卻介質(zhì)的冷卻套管；所述外殼底部還設(shè)置有與所述多個(gè)冷卻套管內(nèi)管相通的冷卻介質(zhì)入口和與所述多個(gè)冷卻套管外管相通的冷卻介質(zhì)出口。本實(shí)用新型提供的甲烷合成反應(yīng)器，能夠有效控制甲烷反應(yīng)過程中的溫度，提高合成效率，成本低，安全可靠，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C07C1/12GK201744343SQ20102027892
公開日2011年2月16日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者萬蓉, 劉武烈, 龐彪, 龐玉學(xué), 楊泳濤, 王志堅(jiān) 申請人:龐玉學(xué)