一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，包括承壓殼體（1）和內(nèi)構(gòu)件，所述內(nèi)構(gòu)件自上而下依次包括入口分配器（2）、密封帽罩（3）、中部的中心篩網(wǎng)管（4）、外篩網(wǎng)（5）、內(nèi)殼（6）以及底部的催化劑卸料管（8）；所述外篩網(wǎng)（5）位于承壓殼體（1）和中心篩網(wǎng)管（4）之間，其內(nèi)環(huán)殼（9）和外環(huán)殼（10）圍成殼環(huán)形空間（12）；所述內(nèi)殼（6）緊貼固定在外篩網(wǎng)（5）以外；所述外篩網(wǎng)（5）與所述承壓殼體（1）之間的外環(huán)形空間（11）的上部是開放的。所述中心篩網(wǎng)管（4）和外篩網(wǎng)（5）之間的內(nèi)環(huán)形空間（13）分為上部催化劑床層a，下部隔熱填料區(qū)b。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了殼體和內(nèi)構(gòu)件分別承壓和承溫。
【專利說明】一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及制備替代天然氣(SNG)的甲烷化反應(yīng)裝置，尤其涉及以煤經(jīng)氣化、變換、酸性氣脫除單元后的合成氣為原料制備SNG的甲烷化反應(yīng)設(shè)備。本實(shí)用新型屬于煤制天然氣領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤制替代天然氣(SNG)正在成為煤化工領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。在我國(guó)天然氣藏量有限、產(chǎn)能不能滿足需求的局面下，煤制天然氣是對(duì)我國(guó)天然氣資源的有效補(bǔ)充手段。煤制SNG的核心工藝在于甲烷化技術(shù)，而甲烷化反應(yīng)器正是其中的核心設(shè)備。
[0003]甲烷化反應(yīng)為劇烈放熱反應(yīng)，這使得反應(yīng)器殼體既要承受較高壓力又要承受甲烷化反應(yīng)所帶來的急劇溫升。如果采用熱壁軸向反應(yīng)器設(shè)計(jì)，承壓殼體材質(zhì)需選用高合金鋼材料，工程造價(jià)高；如果采用冷壁絕熱反應(yīng)器設(shè)計(jì)，反應(yīng)器內(nèi)壁需設(shè)置耐熱襯里，這樣不但增加了反應(yīng)器殼體直經(jīng)，規(guī)模放大困難，而且耐熱襯里施工和維護(hù)困難；同時(shí)軸向固定床反應(yīng)器具有移熱效果差，床層壓力降大等諸多弊端。比如專利CN102205220A公開了一種反應(yīng)器，其具有外通道和內(nèi)通道，多個(gè)通道使反應(yīng)原料反復(fù)通過填料床層，但是上述反應(yīng)器的承壓和耐溫能力難以適應(yīng)甲烷化反應(yīng)的劇烈放熱和高壓力。目前，工業(yè)化的甲烷化反應(yīng)器多采用冷壁絕熱軸向固定床反應(yīng)器，也沒有很好地解決以上技術(shù)難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型提出一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，這種反應(yīng)器將目前煤制替代天然氣甲烷化工藝中冷壁絕熱軸向固定床甲烷化反應(yīng)器替代為新型熱壁徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，使得主要壓力載荷和主要溫度載荷分別由承壓殼體和反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件承擔(dān)；反應(yīng)器采用熱壁設(shè)計(jì)，反應(yīng)原料從頂部軸向進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)入口分配器和密封帽罩的阻擋進(jìn)入內(nèi)殼與承壓殼體間的外環(huán)形空間，貼著反應(yīng)器內(nèi)壁向下運(yùn)動(dòng)并通過反應(yīng)器下切線附近的環(huán)箱支撐圈的導(dǎo)向，進(jìn)入外篩網(wǎng)內(nèi)部的殼環(huán)形空間，然后轉(zhuǎn)為徑向依次通過外篩網(wǎng)、催化劑床層、中心篩網(wǎng)管，并匯集到中心篩網(wǎng)管內(nèi)，最終反應(yīng)產(chǎn)物由反應(yīng)器底部軸向排出；甲烷化反應(yīng)為劇烈放熱反應(yīng)，其產(chǎn)物溫度較高，約600?700度，因此本實(shí)用新型的反應(yīng)器僅在底部設(shè)置隔熱填料區(qū)及在底封頭內(nèi)壁和反應(yīng)產(chǎn)物出口內(nèi)壁鋪襯隔熱材料(不在頂封頭和中間殼體內(nèi)設(shè)置隔熱襯里)，以保護(hù)反應(yīng)器殼體。
[0005]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，包括承壓殼體I和內(nèi)構(gòu)件，其特征在于:
[0007]所述承壓殼體I包括頂封頭、底封頭、中間殼體，所述頂封頭上有反應(yīng)原料入口，底封頭上有反應(yīng)產(chǎn)物出口；
[0008]所述內(nèi)構(gòu)件自上而下依次包括密封帽罩3、中部的中心篩網(wǎng)管4、外篩網(wǎng)5、內(nèi)殼6以及底部的催化劑卸料管8 ；
[0009]所述中心篩網(wǎng)管4位于反應(yīng)器中心，其頂部封閉，底部與所述的底封頭的反應(yīng)產(chǎn)物出口連通；
[0010]所述外篩網(wǎng)5包括內(nèi)環(huán)殼9和外環(huán)殼10，所述內(nèi)環(huán)殼9和外環(huán)殼10組成殼環(huán)形空間12，該殼環(huán)形空間12頂部封閉并且底部敞開，所述內(nèi)環(huán)殼9為篩條和支撐桿焊接而成的楔形繞絲篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所述外環(huán)殼10為封閉殼體；
[0011]所述外篩網(wǎng)5位于承壓殼體I和中心篩網(wǎng)管4之間，所述外篩網(wǎng)5的內(nèi)環(huán)殼9與所述中心篩網(wǎng)管4之間形成內(nèi)環(huán)形空間13;
[0012]所述內(nèi)殼6固定在所述外篩網(wǎng)5的外環(huán)殼10以外，所述內(nèi)殼6為單層封閉殼體，其內(nèi)表面緊靠外篩網(wǎng)5的外環(huán)殼10 ；
[0013]所述外篩網(wǎng)5的外環(huán)殼10與內(nèi)殼6與所述承壓殼體I之間形成外環(huán)形空間11，夕卜環(huán)形空間11上部開放，用于接收從頂封頭進(jìn)入的反應(yīng)原料；
[0014]所述外篩網(wǎng)5底部設(shè)置環(huán)箱支撐圈7，所述環(huán)箱支撐圈7與所述內(nèi)殼6和外篩網(wǎng)5的底部固定并與所述承壓殼體I固定并在內(nèi)部開孔以將所述外環(huán)形空間11和殼環(huán)形空間12連通，使反應(yīng)原料由外環(huán)形空間11經(jīng)環(huán)箱支撐圈7導(dǎo)入殼環(huán)形空間12 ；
[0015]所述中心篩網(wǎng)管4和外篩網(wǎng)5的內(nèi)環(huán)殼9之間的內(nèi)環(huán)形空間13分為上、下兩個(gè)區(qū)域，上部為催化劑床層a，下部為填充隔熱填料的隔熱填料區(qū)b。
[0016]該隔熱填料區(qū)b內(nèi)填充隔熱填料，所述隔熱填料區(qū)b內(nèi)填充單一材質(zhì)或多種復(fù)合材質(zhì)的隔熱填料，例如單一材質(zhì)或多種復(fù)合材質(zhì)的隔熱繩、隔熱帶、隔熱氈毯、隔熱球或隔熱粉末。如上所述，所述隔熱材料區(qū)b裝填隔熱材料而不裝填催化劑，形成介質(zhì)不流動(dòng)區(qū)，因?yàn)樵搮^(qū)域沒有催化劑，介質(zhì)也不流動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)熱，使得該區(qū)域成為絕熱區(qū)域，進(jìn)一步避免了甲烷化反應(yīng)放熱而急劇升溫對(duì)承壓殼體I的影響；埋入所述隔熱填料區(qū)b的中心篩網(wǎng)管4的管壁封閉。
[0017]上述內(nèi)構(gòu)件中，所述內(nèi)殼6，其和外部承壓殼體又形成一個(gè)環(huán)形空間，將內(nèi)件和催化劑與外部承壓殼體隔離而不相接觸。由于入口低溫介質(zhì)沿內(nèi)殼6和外部承壓殼體間的環(huán)形空間向下流動(dòng)，其緊貼外部承壓殼體內(nèi)壁流動(dòng)一圈后才進(jìn)入底部開孔上部封閉的外篩網(wǎng)殼環(huán)形空間12內(nèi)，進(jìn)而流過高溫劇烈反應(yīng)的催化劑，因此外部承壓殼體不會(huì)因高溫催化劑泄漏或內(nèi)件熱傳導(dǎo)導(dǎo)致局部超溫失效。
[0018]此外，如上所述，內(nèi)殼6和外篩網(wǎng)5的外環(huán)殼10固定，兩者底部都固定在環(huán)箱支撐圈7上，內(nèi)殼6和外篩網(wǎng)5的外環(huán)殼10頂部可自由向上膨脹，內(nèi)殼6實(shí)現(xiàn)將內(nèi)件、催化劑與外部承壓殼體隔離而不相接觸時(shí)，使內(nèi)殼6和承壓殼體之間的外環(huán)形空間11內(nèi)只有入口進(jìn)來的低溫介質(zhì)，保護(hù)反應(yīng)器外部承壓殼體不發(fā)生超溫失效，并且內(nèi)殼6也可以向上膨脹，進(jìn)
一步適應(yīng)高溫反應(yīng)。
[0019]所述內(nèi)構(gòu)件包括入口分配器2，所述入口分配器2與所述原料入口底部相連接。入口分配器2可以改善反應(yīng)器內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)分布，保護(hù)反應(yīng)器內(nèi)件免受入口介質(zhì)沖擊。
[0020]所述外篩網(wǎng)5選自下列兩類結(jié)構(gòu)之一:
[0021]所述外篩網(wǎng)5是緊貼內(nèi)殼6內(nèi)壁的整體雙層的圓筒外篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)層作為內(nèi)環(huán)殼9，外層為外環(huán)殼10 ；
[0022]所述外篩網(wǎng)5或是小篩網(wǎng)單元沿內(nèi)殼6內(nèi)壁拼裝成的單元組合結(jié)構(gòu)，每個(gè)小篩網(wǎng)單元分成兩側(cè)面，一側(cè)面朝向中心篩網(wǎng)管4作為每個(gè)小篩網(wǎng)單元的內(nèi)環(huán)殼9，另一側(cè)面朝向承壓殼體I作為每個(gè)小篩網(wǎng)單元的外環(huán)殼10。[0023]所述小篩網(wǎng)單元為扇筒形小篩網(wǎng)單元、圓筒形小篩網(wǎng)單元和多邊形小篩網(wǎng)單元。
[0024]整體雙層的圓筒外篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)催化劑固定床床層厚度一致，反應(yīng)原料在床層內(nèi)分布均勻；需要在承壓殼體I未封閉前放入，通常對(duì)外篩網(wǎng)破損進(jìn)行局部修補(bǔ)。因此，外篩網(wǎng)直徑較大時(shí)通常采用小篩網(wǎng)單元沿內(nèi)殼6內(nèi)壁拼裝成的單元組合結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是可以分別將單個(gè)小篩網(wǎng)單元通過反應(yīng)器頂部人孔放入反應(yīng)器再組裝成整體，一旦單個(gè)小篩網(wǎng)單元出現(xiàn)破損，可以對(duì)單個(gè)小篩網(wǎng)單元進(jìn)行更換，維護(hù)和修理方便；較適用于催化劑固定床床層厚度存在變化的情況。
[0025]所述的密封帽罩3扣在中心篩網(wǎng)管4和內(nèi)環(huán)形空間13的頂部，所述密封帽罩3和所述外篩網(wǎng)5的內(nèi)環(huán)殼9固定緊密連接，所述密封帽罩3和所述中心篩網(wǎng)管4外壁不固定而采用動(dòng)態(tài)密封，所述密封帽罩3與所述中心篩網(wǎng)管4外壁和所述外篩網(wǎng)5內(nèi)環(huán)殼9之間的間隙均不大于催化劑粒徑。
[0026]所述密封帽罩3是由頂面和側(cè)壁的環(huán)形蓋箱式結(jié)構(gòu)或環(huán)形蓋箱與中心蓋箱的組合式結(jié)構(gòu)；當(dāng)密封帽罩3為組合式結(jié)構(gòu)時(shí)，其中心蓋箱則套扣在所述中心篩網(wǎng)管4頂部，并與扣在內(nèi)環(huán)形空間13的頂部的環(huán)形蓋箱緊密連接；所述的蓋箱頂面封閉、底面敞開，環(huán)形蓋箱的側(cè)壁與中心篩網(wǎng)管4形成動(dòng)態(tài)密封，即當(dāng)所述的催化劑床層a和反應(yīng)器內(nèi)件因溫度變化而漲縮時(shí)，密封帽罩3會(huì)隨著上下移動(dòng)。密封帽罩3作用是將一部分催化劑或者催化劑替代物封閉在密封帽罩3、中心篩網(wǎng)管4、外篩網(wǎng)5和隔熱填料區(qū)b所包圍的內(nèi)環(huán)形空間13里。其環(huán)形蓋箱應(yīng)具有一定高度，其內(nèi)部裝填催化劑或催化劑替代物，比如瓷球，環(huán)形蓋箱催化劑或催化劑替代物的料位會(huì)因下列原因?qū)е陆档?
[0027]1.內(nèi)環(huán)形空間13內(nèi)催化劑因自然沉降或受壓沉降導(dǎo)致環(huán)形蓋箱內(nèi)催化劑料位降低。2.中心篩網(wǎng)管4和外篩網(wǎng)5因受熱膨脹帶動(dòng)密封帽罩3向上移動(dòng)導(dǎo)致環(huán)形蓋箱內(nèi)催化劑料位降低。
[0028]環(huán)形蓋箱的高度應(yīng)使催化劑或其替代物料位維持在環(huán)形蓋箱內(nèi)部的一定高度，其作用是迫使反應(yīng)原料徑向走催化劑床層a區(qū)進(jìn)行反應(yīng)，而不至于因催化劑料位降低導(dǎo)致催化劑床層a區(qū)和環(huán)形蓋箱間形成間隙，反應(yīng)原料走短路。由于甲烷化反應(yīng)強(qiáng)放熱反應(yīng)特性使外篩網(wǎng)5的溫度較中心篩網(wǎng)管4的溫度低，外篩網(wǎng)和中心篩網(wǎng)管4的受熱膨脹量不同，環(huán)形蓋箱的側(cè)壁與中心篩網(wǎng)管4的動(dòng)態(tài)密封和中心蓋箱使中心篩網(wǎng)管4能自由膨脹而不漏催化劑或使反應(yīng)原料走短路。
[0029]所述中心篩網(wǎng)管4為兩層結(jié)構(gòu)，外層是由篩條和支撐桿焊接而成的楔形繞絲篩網(wǎng)，采用特殊加工方法焊接制造，其強(qiáng)度高、剛性好，可針對(duì)不同粒徑的催化劑調(diào)整篩條間隙，所述外層的楔形繞絲篩網(wǎng)的篩條之間的間隙小于該中心篩網(wǎng)管4和外篩網(wǎng)5之間填充的催化劑粒徑，以能將催化劑擋在篩網(wǎng)外，實(shí)現(xiàn)催化劑和反應(yīng)原料的兩相分離；內(nèi)層是沖孔鋼板，所述內(nèi)層的沖孔鋼板厚度為4?50mm ;所述沖孔鋼板的厚度及開孔率和開孔直徑根據(jù)床層厚度、床層允許壓降、反應(yīng)原料流速和沖孔鋼板的材質(zhì)計(jì)算確定，通過控制薄鋼板的開孔率可實(shí)現(xiàn)工藝反應(yīng)原料以較低的壓降均勻地徑向通過。
[0030]所述承壓殼體I底封頭上設(shè)置中心開孔的與所述產(chǎn)物出口連通的環(huán)形管座，該中心篩網(wǎng)管4底部插入所述承壓殼體I底封頭上的環(huán)形管座內(nèi)，該中心篩網(wǎng)管4的管壁與該環(huán)形管座之間密封，一般通過銷釘和陶瓷纖維繩進(jìn)行定位和密封。
[0031]所述環(huán)形管座內(nèi)壁、下封頭內(nèi)壁以及所述反應(yīng)產(chǎn)物出口內(nèi)壁均鋪襯隔熱材料。[0032]所述催化劑卸料管8穿過所述隔熱填料區(qū)b與所述催化劑床層a接觸，所述催化劑卸料管8的底部連接外部催化劑卸料管，所述外部催化劑卸料管由所述承壓殼體I的底封頭插入以連接所述催化劑卸料管8。
[0033]所述催化劑床層a內(nèi)沿徑向設(shè)置限位支撐件，，用于支撐外篩網(wǎng)5與中心篩網(wǎng)管4所構(gòu)成內(nèi)環(huán)形空間13，所述支撐件的一端與所述外篩網(wǎng)5固定連接或與所述中心篩網(wǎng)管4固定連接，另一端限位支撐，以固定中心篩網(wǎng)管4和外篩網(wǎng)5之間的距離。
[0034]由于甲烷化反應(yīng)劇烈放熱，反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件受熱膨脹，上述中心篩網(wǎng)管4、外篩網(wǎng)5和內(nèi)殼6底部固定且頂部區(qū)域扣有密封帽罩3的結(jié)構(gòu)，使中心篩網(wǎng)管4、外篩網(wǎng)5、內(nèi)殼6和密封帽罩3均能各自向上自由膨脹，滿足各自不同膨脹量的要求，進(jìn)一步適應(yīng)反應(yīng)。
[0035]所述環(huán)形蓋箱的高度根據(jù)催化劑的沉降量和反應(yīng)器內(nèi)件的膨脹量確定，應(yīng)使環(huán)形蓋箱內(nèi)催化劑或催化劑替代物的料位仍然能滿足反應(yīng)所需要的高度，不致發(fā)生反應(yīng)原料走短路情況；所述環(huán)形蓋箱由多個(gè)扇環(huán)形蓋箱密封連接而成，各扇環(huán)形蓋箱之間采用可拆卸連接。
[0036]如上所述，入口分配器對(duì)反應(yīng)原料進(jìn)行分配；所述密封帽罩3扣在所述催化劑床層a頂部并緊貼所述外篩網(wǎng)5的內(nèi)環(huán)殼10和所述中心篩網(wǎng)管4外壁；外篩網(wǎng)5頂端封閉，底部敞開(主要指殼環(huán)形空間12);內(nèi)殼6封閉外篩網(wǎng)5側(cè)面縫隙；以上措施使軸向進(jìn)入反應(yīng)器的進(jìn)料只能進(jìn)入承壓殼體I和內(nèi)殼6間的外環(huán)形空間11，再貼著反應(yīng)器內(nèi)壁向下運(yùn)動(dòng)并通過反應(yīng)器下切線附近的環(huán)箱支撐圈7的導(dǎo)向，進(jìn)入外篩網(wǎng)5內(nèi)部的殼環(huán)形空間12，然后轉(zhuǎn)為徑向依次通過外篩網(wǎng)5內(nèi)環(huán)殼9、催化劑床層a、中心篩網(wǎng)管4，并匯集到中心篩網(wǎng)管4內(nèi)，并最終經(jīng)中心篩網(wǎng)管4及承壓殼體I出口軸向排出承壓殼體I ;所述環(huán)形蓋箱的高度由催化劑的沉降量和反應(yīng)器內(nèi)件的膨脹量決定，以結(jié)合密封帽罩3的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步避免因催化劑自然沉降或受壓沉降及反應(yīng)器內(nèi)件受熱膨脹不均的情況導(dǎo)致催化劑或其替代物料位在環(huán)形蓋箱內(nèi)部高度過低或催化劑床層a區(qū)和環(huán)形蓋箱間形成間隙，反應(yīng)原料走短路的情況發(fā)生，比如反應(yīng)原料不通過或基本不通過催化劑床層而直接通過之間縫隙進(jìn)入中心篩網(wǎng)管4，影響反應(yīng)，所述環(huán)形蓋箱由多個(gè)扇形蓋箱密封連接而成。所述密封帽罩3環(huán)形蓋箱的扇環(huán)形蓋箱、中心筒蓋可分體組裝，拆裝維修都很方便。所述密封帽罩3、中心篩網(wǎng)管4、外篩網(wǎng)5、內(nèi)殼6和催化劑卸料管8均為可拆卸結(jié)構(gòu)。
[0037]所述承壓殼體I為鋼板或鋼鍛件制造的壓力容器。
[0038]本實(shí)用新型為一種甲烷化反應(yīng)器，由于甲烷化反應(yīng)為劇烈放熱反應(yīng)，進(jìn)料工藝反應(yīng)原料壓力較高，溫度較低，經(jīng)過反應(yīng)后成為高溫反應(yīng)產(chǎn)物，通過以上內(nèi)構(gòu)件和隔熱材料的設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器承壓殼體只接觸溫度較低的進(jìn)料反應(yīng)原料，同時(shí)承受較高的進(jìn)料壓力，反應(yīng)器可以采用熱壁設(shè)計(jì)，因此避免了冷壁反應(yīng)器耐熱襯里所帶來的制造、施工和維護(hù)上的困難。與過去的熱壁軸向固定床反應(yīng)器相比，承壓殼體可以不選擇高合金材料，降低了設(shè)備制造成本。內(nèi)構(gòu)件安裝在反應(yīng)器內(nèi)部，它在承受較高的反應(yīng)產(chǎn)物操作溫度的同時(shí)，只承受催化劑床層a兩端較低床層壓差和床層靜壓力，而不必像承壓殼體一樣承受高壓，因此，反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件可選擇高合金材料，同時(shí)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度進(jìn)行優(yōu)化，提高內(nèi)構(gòu)件的剛性，這樣就實(shí)現(xiàn)了較高的壓力載荷和較高的溫度載荷分別由承壓殼體和反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件分別承擔(dān)的設(shè)計(jì)理念；同時(shí)采用徑向催化劑床層較軸向催化劑床層更薄，具體而言，徑向床中反應(yīng)原料流過催化劑床層a方向沿半徑方向，垂直殼體軸線；軸向床中反應(yīng)原料流過催化劑床層方向和殼中心軸線平行，同樣容積的徑向床和軸向床相比，徑向床床層厚度更薄，接觸面積更大，相應(yīng)床層壓降更小，反應(yīng)熱移出容易。本實(shí)用新型提供的徑向床，即徑向固定床，指反應(yīng)原料沿半徑流過催化劑床層后匯聚在中心管內(nèi)，然后經(jīng)中心管軸線方向流出，與現(xiàn)有甲烷化反應(yīng)器相比，可在更小體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更好的效果。
[0039]本實(shí)用新型反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件均設(shè)計(jì)成全部可拆結(jié)構(gòu)以方便維修；如果甲烷化反應(yīng)裝置規(guī)模需要擴(kuò)大，只需要適當(dāng)增加新型熱壁徑向固定床反應(yīng)器的軸向高度即可，反應(yīng)器直徑不再是對(duì)規(guī)模的絕對(duì)制約因素，并且在規(guī)模放大時(shí)，對(duì)于同等規(guī)模的甲烷化反應(yīng)器，采用新型熱壁的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器相對(duì)目前的冷壁軸向固定床反應(yīng)器直徑小，既控制了造價(jià)又便于運(yùn)輸。
[0040]綜合上述的所有優(yōu)點(diǎn)，使得本實(shí)用新型的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器相對(duì)于傳統(tǒng)甲烷化反應(yīng)器，規(guī)模放大能力強(qiáng)且設(shè)備制造、施工和維護(hù)成本減少。本實(shí)用新型尤其適用于煤氣化合成氣制取替代天然氣(SNG)的甲烷化反應(yīng)器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本實(shí)用新型的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖2為圖1中I部分示意圖，I部分表示反應(yīng)器內(nèi)物料流動(dòng)及內(nèi)件位置關(guān)系示意圖。
[0043]圖3為本實(shí)用新型的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器的整體雙層的圓筒外篩網(wǎng)截面示意圖。
[0044]圖4a為本實(shí)用新型的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器的扇筒形單元組合的外篩網(wǎng)截面示意圖。
[0045]圖4b是圖4a中外篩網(wǎng)的單個(gè)扇筒形單元放大圖。
[0046]圖5a為本實(shí)用新型的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器的圓筒形單元組合的外篩網(wǎng)截面示意圖。
[0047]圖5b是圖5a中外篩網(wǎng)的單個(gè)圓筒形單元放大圖。
[0048]圖6a為本實(shí)用新型的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器的葵花瓣筒形單元組合的外篩網(wǎng)截面示意圖。
[0049]圖6b是圖6a中外篩網(wǎng)的單個(gè)葵花瓣筒形單元放大圖。
[0050]圖7a為本實(shí)用新型的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器的多邊形筒形單元組合的外篩網(wǎng)截面示意圖。
[0051]圖7b是圖7a中外篩網(wǎng)的單個(gè)多邊形筒形單元放大圖。
[0052]附圖標(biāo)記說明:
[0053]1-承壓殼體、2-入口分配器、3-密封帽罩、4-中心篩網(wǎng)管、5-外篩網(wǎng)、6-內(nèi)殼、7-環(huán)箱支撐圈、8-催化劑卸料管、9-內(nèi)環(huán)殼、10-外環(huán)殼、11-外環(huán)形空間、12-殼環(huán)形空間、13-內(nèi)環(huán)形空間、a-催化劑床層、b-隔熱填料區(qū)、C-反應(yīng)原料、d-反應(yīng)產(chǎn)物。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型所提供的一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行進(jìn)一步說明。[0055]實(shí)施例1
[0056]一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，包括承壓殼體I和內(nèi)構(gòu)件，其特征在于:
[0057]所述承壓殼體I包括頂封頭、底封頭、中間殼體，所述頂封頭上有反應(yīng)原料入口，底封頭上有反應(yīng)產(chǎn)物出口；
[0058]所述內(nèi)構(gòu)件自上而下依次包括密封帽罩3、中部的中心篩網(wǎng)管4、外篩網(wǎng)5、內(nèi)殼6以及底部的催化劑卸料管8 ；
[0059]所述中心篩網(wǎng)管4位于反應(yīng)器中心，其頂部封閉，底部與所述的底封頭的反應(yīng)產(chǎn)物出口連通；
[0060]所述外篩網(wǎng)5包括內(nèi)環(huán)殼9和外環(huán)殼10，所述內(nèi)環(huán)殼9和外環(huán)殼10組成殼環(huán)形空間12，該殼環(huán)形空間12頂部封閉并且底部敞開，所述內(nèi)環(huán)殼9為篩條和支撐桿焊接而成的楔形繞絲篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所述外環(huán)殼10為封閉殼體；
[0061]所述外篩網(wǎng)5位于承壓殼體I和中心篩網(wǎng)管4之間，所述外篩網(wǎng)5的內(nèi)環(huán)殼9與所述中心篩網(wǎng)管4之間形成內(nèi)環(huán)形空間13;
[0062]所述內(nèi)殼6固定在所述外篩網(wǎng)5的外環(huán)殼10以外,所述內(nèi)殼6為單層封閉殼體，其內(nèi)表面緊靠外篩網(wǎng)5的外環(huán)殼10 ；
[0063]所述外篩網(wǎng)5的外環(huán)殼10與內(nèi)殼6與所述承壓殼體I之間形成外環(huán)形空間11，夕卜環(huán)形空間11上部開放，用于接收從頂封頭進(jìn)入的反應(yīng)原料；
[0064]所述外篩網(wǎng)5底部設(shè)置環(huán)箱支撐圈7，所述環(huán)箱支撐圈7與所述內(nèi)殼6和外篩網(wǎng)5的底部固定并與所述承壓殼體I固定并在內(nèi)部開孔以將所述外環(huán)形空間11和殼環(huán)形空間12連通，使反應(yīng)原料由外環(huán)形空間11經(jīng)環(huán)箱支撐圈7導(dǎo)入殼環(huán)形空間12 ；
[0065]所述中心篩網(wǎng)管4和外篩網(wǎng)5的內(nèi)環(huán)殼9之間的內(nèi)環(huán)形空間13分為上、下兩個(gè)區(qū)域，上部為催化劑床層a，下部為填充隔熱填料的隔熱填料區(qū)b。
[0066]所述內(nèi)構(gòu)件包括入口分配器2，所述入口分配器2與所述原料入口底部相連接。入口分配器2可以改善反應(yīng)器內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)分布，保護(hù)反應(yīng)器內(nèi)件免受入口介質(zhì)沖擊。
[0067]所述外篩網(wǎng)5選自下列兩類結(jié)構(gòu)之一:
[0068]所述外篩網(wǎng)5是緊貼內(nèi)殼6內(nèi)壁的整體雙層的圓筒外篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)層作為內(nèi)環(huán)殼9，外層為外環(huán)殼10 ；
[0069]所述外篩網(wǎng)5或是小篩網(wǎng)沿內(nèi)殼6內(nèi)壁拼裝成的單元組合結(jié)構(gòu)，每個(gè)小篩網(wǎng)單元分成兩側(cè)面，一側(cè)面朝向中心篩網(wǎng)管4作為每個(gè)小篩網(wǎng)單元的內(nèi)環(huán)殼9，另一側(cè)面朝向承壓殼體I作為每個(gè)小篩網(wǎng)單元的外環(huán)殼10。
[0070]所述小篩網(wǎng)單元為扇筒形小篩網(wǎng)單元、圓筒形小篩網(wǎng)單元和多邊形小篩網(wǎng)單元。
[0071]所述的密封帽罩3扣在中心篩網(wǎng)管4和內(nèi)環(huán)形空間13的頂部，所述密封帽罩3和所述外篩網(wǎng)5的內(nèi)環(huán)殼9固定緊密連接，所述密封帽罩3和所述中心篩網(wǎng)管4外壁不固定而采用動(dòng)態(tài)密封，所述密封帽罩3與所述中心篩網(wǎng)管4外壁和所述外篩網(wǎng)5內(nèi)環(huán)殼9之間的間隙均不大于催化劑粒徑。所述密封帽罩3是由頂面和側(cè)壁的環(huán)形蓋箱式結(jié)構(gòu)或環(huán)形蓋箱與中心蓋箱的組合式結(jié)構(gòu)；當(dāng)密封帽罩3為組合式結(jié)構(gòu)時(shí)，其中心蓋箱則套扣在所述中心篩網(wǎng)管4頂部，并與扣在內(nèi)環(huán)形空間13的頂部的環(huán)形蓋箱緊密連接；所述的蓋箱頂面封閉、底面敞開，環(huán)形蓋箱的側(cè)壁與中心篩網(wǎng)管4形成動(dòng)態(tài)密封。
[0072]所述中心篩網(wǎng)管4為兩層結(jié)構(gòu)，外層是由篩條和支撐桿焊接而成的楔形繞絲篩網(wǎng)，內(nèi)層是沖孔鋼板，所述外層的楔形繞絲篩網(wǎng)的篩條之間的間隙小于該中心篩網(wǎng)管4和外篩網(wǎng)5之間填充的催化劑粒徑，所述內(nèi)層的沖孔鋼板厚度為4?50mm。
[0073]所述承壓殼體I底封頭上設(shè)置中心開孔的與所述產(chǎn)物出口連通的環(huán)形管座，該中心篩網(wǎng)管4底部插入所述承壓殼體I底封頭上的環(huán)形管座內(nèi)，該中心篩網(wǎng)管4的管壁與該環(huán)形管座之間密封；
[0074]所述環(huán)形管座內(nèi)壁以及所述反應(yīng)產(chǎn)物出口內(nèi)壁均鋪襯隔熱材料。
[0075]所述催化劑卸料管8穿過所述隔熱填料區(qū)b與所述催化劑床層a接觸，所述催化劑卸料管8的底部連接外部催化劑卸料管，所述外部催化劑卸料管由所述承壓殼體I的底封頭插入以連接所述催化劑卸料管8。
[0076]所述環(huán)箱支撐圈7為帶加強(qiáng)筋板的環(huán)箱，環(huán)箱底板和承壓殼體I封閉相連；所述外篩網(wǎng)5和內(nèi)殼6底部通過緊固件或限位卡板與所述環(huán)箱支撐圈上蓋板固定。
[0077]所述催化劑床層a內(nèi)沿徑向設(shè)置限位支撐件，其與所述外篩網(wǎng)5固定連接或與所述中心篩網(wǎng)管4固定連接，即所述限位支撐件的一端固定，另一端限位支撐，以固定中心篩網(wǎng)管4和外篩網(wǎng)5之間的距離。
[0078]所述承壓殼體I為鋼板或鋼鍛件制造的壓力容器。
[0079]上述實(shí)施例中反應(yīng)原料流向路徑:反應(yīng)原料由入口進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)入口分配器2和密封帽罩3阻擋后進(jìn)入承壓殼體I和內(nèi)殼6間的外環(huán)形空間11，再貼著承壓殼體I內(nèi)壁向下運(yùn)動(dòng)，穿過環(huán)箱支撐圈7上開孔，進(jìn)入環(huán)箱支撐圈7內(nèi)部空間，再穿過環(huán)箱支撐圈7上開孔，進(jìn)入外篩網(wǎng)5內(nèi)部殼環(huán)形空間12，然后轉(zhuǎn)為徑向依次通過外篩網(wǎng)5內(nèi)環(huán)殼9、催化劑床層a、并匯集到中心篩網(wǎng)管4內(nèi)，并最終經(jīng)中心篩網(wǎng)管4及承壓殼體I出口軸向排出承壓殼體I。
[0080]上述實(shí)施例中反應(yīng)器主要設(shè)計(jì)參數(shù)確定:外部承壓殼體I可根據(jù)反應(yīng)原料進(jìn)料的實(shí)際溫度作為反應(yīng)器的操作溫度，反應(yīng)原料進(jìn)料的實(shí)際壓力作為反應(yīng)器的操作壓力，同時(shí)結(jié)合工藝反應(yīng)原料特性和設(shè)備腐蝕情況來確定反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力，進(jìn)而確定反應(yīng)器外部承壓殼體I的材質(zhì)。由于所述內(nèi)殼6為單層封閉殼體，其位于外篩網(wǎng)5外側(cè)并緊貼外篩網(wǎng)5外環(huán)殼10，內(nèi)殼6可以將承壓殼體I隔離開外篩網(wǎng)5和中心篩網(wǎng)管4，并隔離內(nèi)殼6及承壓殼體I所構(gòu)成外環(huán)形空間11和外篩網(wǎng)5與中心篩網(wǎng)管4所構(gòu)成內(nèi)環(huán)形空間13，使得進(jìn)料反應(yīng)原料反應(yīng)后的高溫?zé)岱磻?yīng)產(chǎn)物(約600?700度)不與反應(yīng)器外部承壓殼體I進(jìn)行接觸，所以反應(yīng)器外部承壓殼體I的選材可以不考慮熱反應(yīng)產(chǎn)物的高溫因素。反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件中密封帽罩3、中心篩網(wǎng)管4裝配在反應(yīng)器內(nèi)部，并與反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行充分接觸，上述內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)主要考慮反應(yīng)產(chǎn)物的高溫、床層壓降和催化劑及反應(yīng)原料的靜壓力等因素，對(duì)于較高的實(shí)際進(jìn)料壓力可作為次要因素考慮。
[0081]本實(shí)用新型的原理是根據(jù)甲烷化反應(yīng)強(qiáng)放熱、體積減小的特點(diǎn)，利用反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件將過去軸向固定床反應(yīng)器轉(zhuǎn)變?yōu)闊岜趶较蚬潭ù卜磻?yīng)器，讓承壓殼體和反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件分別承擔(dān)壓力載荷和溫度載荷，進(jìn)而降低對(duì)反應(yīng)器材質(zhì)的要求，還可以通過加長(zhǎng)反應(yīng)器高度達(dá)到反應(yīng)器規(guī)模放大、直徑減小，降低成本，便于運(yùn)輸?shù)哪康摹?br> 【權(quán)利要求】
1.一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，包括承壓殼體(1)和內(nèi)構(gòu)件，其特征在于: 所述承壓殼體(1)包括頂封頭、底封頭、中間殼體，所述頂封頭上有反應(yīng)原料入口，底封頭上有反應(yīng)產(chǎn)物出口； 所述內(nèi)構(gòu)件自上而下依次包括密封帽罩(3)、中部的中心篩網(wǎng)管(4)、外篩網(wǎng)(5)、內(nèi)殼(6)以及底部的催化劑卸料管(8)； 所述中心篩網(wǎng)管(4)位于反應(yīng)器中心，其頂部封閉，底部與所述的底封頭的反應(yīng)產(chǎn)物出口連通； 所述外篩網(wǎng)(5)包括內(nèi)環(huán)殼(9)和外環(huán)殼(10)，所述內(nèi)環(huán)殼(9)和外環(huán)殼(10)組成殼環(huán)形空間(12)，該殼環(huán)形空間(12)頂部封閉并且底部敞開，所述內(nèi)環(huán)殼(9)為篩條和支撐桿焊接而成的楔形繞絲篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所述外環(huán)殼(10)為封閉殼體； 所述外篩網(wǎng)(5)位于承壓殼體(1)和中心篩網(wǎng)管(4)之間，所述外篩網(wǎng)(5)的內(nèi)環(huán)殼(9)與所述中心篩網(wǎng)管(4)之間形成內(nèi)環(huán)形空間(13)； 所述內(nèi)殼(6)固定在所述外篩網(wǎng)(5)的外環(huán)殼(10)以外，所述內(nèi)殼(6)為單層封閉殼體，其內(nèi)表面緊靠外篩網(wǎng)(5)的外環(huán)殼(10)； 所述外篩網(wǎng)(5)的外環(huán)殼(10)與內(nèi)殼(6)與所述承壓殼體(1)之間形成外環(huán)形空間(11 )，外環(huán)形空間(11)上部開放，用于接收從頂封頭進(jìn)入的反應(yīng)原料； 所述外篩網(wǎng)(5)底部設(shè)置環(huán)箱支撐圈(7)，所述環(huán)箱支撐圈(7)與所述內(nèi)殼(6)和外篩網(wǎng)(5)的底部固定并與所述承壓殼體(1)固定并在內(nèi)部開孔以將所述外環(huán)形空間(11)和殼環(huán)形空間(12)連通，使反應(yīng)原料由外環(huán)形空間(11)經(jīng)環(huán)箱支撐圈(7)導(dǎo)入殼環(huán)形空間(12)； 所述中心篩網(wǎng)管(4)和外篩網(wǎng)(5)的內(nèi)環(huán)殼(9)之間的內(nèi)環(huán)形空間(13)分為上、下兩個(gè)區(qū)域，上部為催化劑床層a，下部為填充隔熱填料的隔熱填料區(qū)b。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于: 所述內(nèi)構(gòu)件包括入口分配器(2)，所述入口分配器(2)與所述原料入口底部相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于: 所述外篩網(wǎng)(5)選自下列兩類結(jié)構(gòu)之一: 所述外篩網(wǎng)(5)是緊貼內(nèi)殼(6)內(nèi)壁的整體雙層的圓筒外篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)層作為內(nèi)環(huán)殼(9)，外層為外環(huán)殼(10)； 所述外篩網(wǎng)(5)或是小篩網(wǎng)單元沿內(nèi)殼(6)內(nèi)壁拼裝成的單元組合結(jié)構(gòu)，每個(gè)小篩網(wǎng)單元分成兩側(cè)面，一側(cè)面朝向中心篩網(wǎng)管(4)作為每個(gè)小篩網(wǎng)單元的內(nèi)環(huán)殼(9)，另一側(cè)面朝向承壓殼體(1)作為每個(gè)小篩網(wǎng)單元的外環(huán)殼(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于: 所述小篩網(wǎng)單元為扇筒形小篩網(wǎng)單元、圓筒形小篩網(wǎng)單元和多邊形小篩網(wǎng)單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于: 所述的密封帽罩(3)扣在中心篩網(wǎng)管(4)和內(nèi)環(huán)形空間(13)的頂部，所述密封帽罩(3)和所述外篩網(wǎng)(5)的內(nèi)環(huán)殼(9)固定緊密連接，所述密封帽罩(3)和所述中心篩網(wǎng)管(4)外壁不固定而采用動(dòng)態(tài)密封，所述密封帽罩(3)與所述中心篩網(wǎng)管(4)外壁和所述外篩網(wǎng)(5)內(nèi)環(huán)殼(9)之間的間隙均不大于催化劑粒徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于:所述密封帽罩(3)是由頂面和側(cè)壁的環(huán)形蓋箱式結(jié)構(gòu)或環(huán)形蓋箱與中心蓋箱的組合式結(jié)構(gòu)； 當(dāng)密封帽罩(3)為組合式結(jié)構(gòu)時(shí)，其中心蓋箱則套扣在所述中心篩網(wǎng)管(4)頂部，并與扣在內(nèi)環(huán)形空間(13)的頂部的環(huán)形蓋箱緊密連接； 所述的蓋箱頂面封閉、底面敞開，環(huán)形蓋箱的側(cè)壁與中心篩網(wǎng)管(4)形成動(dòng)態(tài)密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于: 所述中心篩網(wǎng)管(4)為兩層結(jié)構(gòu)，外層是由篩條和支撐桿焊接而成的楔形繞絲篩網(wǎng)，內(nèi)層是沖孔鋼板，所述外層的楔形繞絲篩網(wǎng)的篩條之間的間隙小于該中心篩網(wǎng)管(4)和外篩網(wǎng)(5)之間填充的催化劑粒徑，所述內(nèi)層的沖孔鋼板厚度為4~50mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于: 所述承壓殼體(1)底封頭上設(shè)置中心開孔的與所述產(chǎn)物出口連通的環(huán)形管座，該中心篩網(wǎng)管(4)底部插入所述承壓殼體(1)底封頭上的環(huán)形管座內(nèi)，該中心篩網(wǎng)管(4)的管壁與該環(huán)形管座之間密封； 所述環(huán)形管座內(nèi)壁以及所述反應(yīng)產(chǎn)物出口內(nèi)壁均鋪襯隔熱材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于: 所述催化劑卸料管(8)穿過所述隔熱填料區(qū)b與所述催化劑床層a接觸，所述催化劑卸料管(8)的底部連接外部催化劑卸料管，所述外部催化劑卸料管由所述承壓殼體(1)的底封頭插入以連接所述催化劑卸料管(8 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種徑向固定床甲烷化反應(yīng)器，其特征在于: 所述催化劑床層a內(nèi)沿徑向設(shè)置限位支撐件，其與所述外篩網(wǎng)(5)固定連接或與所述中心篩網(wǎng)管(4)固定連接。
【文檔編號(hào)】B01J8/02GK203484133SQ201320554197
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】張鐵鋼, 戴文松, 張迎愷, 吳迪, 陳國(guó)柱, 馬婧, 王衛(wèi)軍 申請(qǐng)人:中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司, 中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司