專利名稱：一種合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煤化工領域，特別涉及一種合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置。
背景技術：
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。預計到2020年，我國天然氣年消費需求將達3000億立方米，存在約1500億立方米缺口，對外依存度將達到50%。國際能源價格急劇動蕩，將對我國能源安全帶來嚴重影響。中國貧油、少氣、富煤的能源結(jié)構特點，決定了煤炭將長期占據(jù)中國一次能源消費的主要地位。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輸經(jīng)濟性和利用效能，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。 與發(fā)電、煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚等其他煤化工技術路線相比，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)濟效益好等優(yōu)勢，是煤炭轉(zhuǎn)化的優(yōu)選途徑。合成氣完全甲烷化工藝技術是煤制天然氣的核心技術。煤或生物質(zhì)經(jīng)氣化制得合成氣再經(jīng)完全甲烷化過程轉(zhuǎn)化為合成天然氣，主要發(fā)生如下反應2C0 + 2H2 — CH4 + H2OCO2 + 4H2 — CH4 + 2H20CO + H2O — CO2 +H2合成氣催化甲烷化反應是一個強放熱可逆反應，現(xiàn)有的合成氣甲烷化反應器主要有以下三大類。第一類是多級串聯(lián)絕熱固定床反應器，通過外置換熱器的方式實現(xiàn)熱量移取。代表性的工藝技術有德國Lurgi公司與南非SASOL公司共同開發(fā)的多級絕熱固定床反應工藝技術，該技術已實現(xiàn)多套工業(yè)化生產(chǎn)裝置。美國燃料電池能有限公司公開了一種改進的串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)合的多級固定床反應工藝(CN1957076)，進一步減小每個反應器的負荷，并將產(chǎn)物用作燃料電池的原料氣。這類工藝常常需要多個反應器，并采用高達5倍多的循環(huán)氣稀釋反應器進口的CO，以控制反應器內(nèi)的溫升，既增加了設備投資，又增加了循環(huán)氣的動力消耗，降低了其經(jīng)濟性。第二類是采用流化床反應器。以原料氣作為催化劑流化介質(zhì)的流化床反應工藝不僅可以促進原料氣和催化劑的有效接觸，還可以顯著改善內(nèi)置換熱器的傳熱效率，有利于反應熱量的移出和催化劑床層溫度均勻，可在高反應空速下連續(xù)運行，提高了裝置的生產(chǎn)能力。專利CN1960954公開了一種基于流化床反應器的甲烷化反應工藝，但該技術依賴于原料氣中附加的芳香烴同步重整吸熱來平衡。芳香烴本身價格較高，權利要求中的苯、甲苯或萘等都是市場需要的終端產(chǎn)品，消耗這些高價值的物質(zhì)取熱并不具有經(jīng)濟性和普適性。專利CN10817716A公開了流化床與固定床耦合的工藝；專利CN102180756A公開了氣一固一固反應器，但都存在反應器內(nèi)返混嚴重和催化劑磨損嚴重的問題。
第三類反應工藝是采用漿態(tài)床反應器。專利CN101979476A公開了采用漿態(tài)床反應器的工藝技術，解決了反應熱的移出，但傳熱過程步驟多，大規(guī)模工業(yè)應用時整體效率有待進一步提聞?；谝延屑夹g特征，本發(fā)明提出了一種用于甲烷化的流向變換周期操作的填充床催化反應器和方法。通過周期性改變進料流動方向，將甲烷化催化反應器與熱交換器集成在一起，增大了過程的集成度并提高了效率，達到在傳統(tǒng)定態(tài)操作條件下無法達到的轉(zhuǎn)化率和選擇性，降低催化劑失活的速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置，所述的反應裝置結(jié)構如下(I) 一個反應器單元13，包括一個填充床催化反應器5、兩個兩位三通閥、兩個二通截止閥和連接管道·所述的填充床催化反應器5分為三層上層是用于裝填惰性填料或具有反應活性的固體催化劑的換熱區(qū)8 ;中間層是裝填具有反應活性的固體催化劑的反應區(qū)7 ;下層是用于裝填惰性填料或具有反應活性的固體催化劑的換熱區(qū)6 ;填充床催化反應器5上、下兩端各有一個供氣體進出的開口；第一個兩位三通閥11的c端口和第二個二通截止閥18通過管道相連，a端口和b端口分別和管道相連；第二個兩位三通閥12的f 端口和第一個二通截止閥17通過管道相連，d端口和e端口分別和管道相連；第一個二通截止閥17和第二個二通截止閥18的另一端分別通過管道和位于所述的填充床催化反應器5下端的供氣體進出的開口和上端的供氣體進出的開口直接相連；(2)換熱裝置，包括一個原料預熱換熱器9和一個回收熱量換熱器10 所述的原料預熱換熱器9安裝在原料氣進入反應器單元之前的管道上；所述的回收熱量換熱器10安裝在產(chǎn)品氣從反應器單元出來后的管道上，并通過管道連接到原料預熱換熱器9上，從而利用產(chǎn)品氣所帶余熱給原料氣預熱。所述的惰性填料是指二氧化硅、碳化硅或三氧化二鋁等惰性無機耐高溫填料。實踐中還可根據(jù)需要將三個反應器單元進行組合連接，以提高產(chǎn)品氣中甲烷的含量和改善整個工藝過程的穩(wěn)定性，連接的方式有如下三種第一種連接方式第一個反應器單兀14的一端有原料氣進口，其另一端的出口與第二個反應器單元15的進口通過管道連接；第二個反應器單元15的出口與第三個反應器單元16的進口通過管道連接，或者直接通過管道輸出產(chǎn)品氣；第三個反應器單元16的出口通過管道與第二個反應器單元15的進口連接；第二種連接方式第三個反應器單元16的一端有原料氣進口，其另一端的出口與第二個反應器單元15的進口以及第一個反應器單元14的進口通過管道連接；第一個反應器單元14的出口和第二個反應器單元15的出口通過管道匯合后輸出產(chǎn)品氣；第三種連接方式第二個反應器單元15的一端有原料氣進口，其另一端的出口與第三個反應器單元16的進口通過管道連接；第三個反應器單元16的出口與第一個反應器單元14的進口通過管道連接，或者直接通過管道輸出產(chǎn)品氣；第一個反應器單元14的出口通過管道與第三個反應器單元16的進口連接；分別擁有上述三種連接方式的具有三個反應器單元的合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置均各自含有一個原料預熱換熱器9和一個回收熱量換熱器10 ;所述的原料預熱換熱器9均安裝在原料氣首次進入反應器單元之前的管道上；所述的回收熱量換熱器10均安裝在產(chǎn)品氣最后出反應器單元之后的管道上，并通過管道連接到原料預熱換熱器9上，從而利用產(chǎn)品氣所帶余熱給原料氣預熱。本發(fā)明的另一個目的是提供一種使用上述反應裝置進行合成氣甲烷化的方法，所述的方法如下原料氣經(jīng)原料預熱換熱器9預熱到8(T25(TC后進入反應器單元；保持第一個二通截止閥17和第二個二通截止閥18 —直處于開啟狀態(tài)；將第一個兩位三通閥11的a — c端口相通，第二個兩位三通閥12的e — f端口相通，原料氣在填充床催化反應器5中自上而 下流動；達到半周期時間t1/2時，通過計算機控制使第一個兩位三通閥11的b — c端口相通，第二個兩位三通閥12的d — f 端口相通，這時原料氣在填充床催化反應器5中自下而上流動；通過設定半周期時間t1/2,定時交替自動控制第一個兩位三通閥11的a — c端口相通和第二個兩位三通閥12的e — f端口的相通，或第一個兩位三通閥11的b — c端口相通和第二個兩位三通閥12的d — f 端口的相通，實現(xiàn)氣體在填充床催化反應器5中流動方向的周期性變換；從反應器單元出來的產(chǎn)品氣先經(jīng)過回收熱量換熱器10回收熱量并副產(chǎn)過熱蒸汽，然后再經(jīng)過原料預熱換熱器9將原料氣預熱；所述的半周期時間t1/2的值為5分鐘 5小時；填充床催化反應器5內(nèi)的反應溫度為25(T700°C，壓力為0. I 6. OMPa，原料氣的空速為2000 50000 IT1 ;所用的甲烷化催化劑是鎳含量在5 20wt%的工業(yè)化鎳系催化劑。使用該裝置和方法可以使原料氣的轉(zhuǎn)化率達70 98%，產(chǎn)品氣中甲烷的體積分數(shù)達到97%以上。當使用三個反應器單元組合連接起來進行合成氣甲烷化時，工藝流程如下第一種連接方式原料氣經(jīng)原料預熱換熱器9預熱到8(T250°C后進入第一個反應器單元14，從第一個反應器單元14出來的氣體進入第二個反應器單元15進行進一步的反應；第二個反應器單元15出來的氣體一部分做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程，另一部分進入反應器單元16進行進一步的反應；從第三個反應器單元16出來的氣體再進入第二個反應器單元15進行進一步的反應。使用該裝置和方法可以使原料氣的轉(zhuǎn)化率達75、8%，產(chǎn)品氣中甲烷的體積分數(shù)達到98%以上；第二種連接方式原料氣經(jīng)原料預熱換熱器9預熱到8(T25(TC后進入第三個反應器單元16 ;從第三個反應器單元16出來的氣體一部分進入第一個反應器單元14，另一部分進入第二個反應器單元15進行進一步的反應；從第一個反應器單元14和第二個反應器單元15出來的氣體混合后做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程。使用該裝置和方法可以使原料氣的轉(zhuǎn)化率達75、8%，產(chǎn)品氣中甲烷的體積分數(shù)達到96%以上；第三種連接方式原料氣經(jīng)原料預熱換熱器9預熱到8(T25(TC后進入第二個反應器單元15 ;從第二個反應器單元15出來的氣體進入第三個反應器單元16進行進一步的反應，第三個反應器單元16出口的氣體一部分做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程，另一部分進入第一個反應器單元14進行進一步的反應；從第一個反應器單元14出來的氣體再進入第三個反應器單元16進行進一步的反應。使用該裝置和方法可以使原料氣的轉(zhuǎn)化率達75、8%，產(chǎn)品氣中甲烷的體積分數(shù)達到98%以上；正常運行情況下，三個反應器單元的第一個二通截止閥17和第二個二通截止閥18都保持開啟狀態(tài)；當需要更換某一個反應器單元的催化劑時，將第一個二通截止閥17和第二個二通截止閥18都關閉，同時將第一個兩位三通閥11的a — b端口連通和第二個兩位三通閥12的d — e端口連通；從 而實現(xiàn)整個系統(tǒng)不停車更換某一反應器單元的催化劑，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。本發(fā)明的有益效果為I、多段填充床催化反應器中固體催化劑床層具有“三明治”式結(jié)構，在催化劑床層兩端區(qū)域裝填熱容量大、強度高的惰性填料，讓惰性填料充當床層兩端區(qū)域的換熱器，并承受由于周期性流向變換而造成的氣流對催化劑床層的沖擊，減少了催化劑的粉化，延長了催化劑使用壽命；2、優(yōu)化的操作特性對于合成氣甲烷化反應，其熱力學平衡曲線如圖5中的曲線I所示。由于受熱力學平衡和熱效應的限制現(xiàn)廣泛采用的是穩(wěn)態(tài)操作的多段絕熱固定床串聯(lián)的工藝流程，其熱力學平衡曲線如圖5中的折線IV所示；與圖5中的曲線III所示的最優(yōu)熱力學平衡曲線相差很大；而采用本發(fā)明的流向變換周期操作工藝技術，其熱力學平衡曲線如圖5中的曲線II所示，非常接近理想的最優(yōu)熱力學平衡曲線，從而減少了催化劑的用量，并使催化劑床層溫度整體上降低，提高原料的最終轉(zhuǎn)化率；3、通過流向變換周期操作的方法，將填充床催化反應器由常用的單一功能反應區(qū)，擴展為兩端可恢復、再生性的換熱區(qū)和中間部位的反應區(qū)三個功能區(qū)，將氣固相催化反應與氣固相間熱交換有機地集成在一起，達到過程強化的目的；4、填充床催化反應器兩端的換熱區(qū)，既可以裝填惰性填料，也可以裝填具有反應活性的固體催化劑；5、用單段流向變換周期操作的填充床催化反應器就可以取代現(xiàn)有的多段絕熱固定床反應器和換熱器，極大地簡化了整個合成氣甲烷化的工藝流程，反應熱的利用率高，大幅度提高了過程的熱效率，降低了設備投資和運行成本；6、適合于處理低溫低濃度原料氣即使原料氣溫度和濃度較低，反應也能自熱進行；7、對輸入?yún)?shù)的波動不敏感流向變換周期操作的抗干擾能力較強，具有比定態(tài)操作更大的操作彈性，降低反應器輸出對進料某些條件波動的敏感程度，即使原料氣濃度和流速在一定范圍內(nèi)頻繁波動，系統(tǒng)也能維持正常操作；8、對于合成氣甲烷化這樣的可逆強放熱反應，可達到很高的出口轉(zhuǎn)化率。


圖I是本發(fā)明的合成氣甲烷化流向變換周期操作反應裝置結(jié)構、流程示意圖；圖2是將三個反應器單元進行組合連接的第一種連接方式示意圖；圖3是將三個反應器單元進行組合連接的第二種連接方式示意圖；圖4是將三個反應器單元進行組合連接的第三種連接方式示意圖；圖5是合成氣甲烷化反應器熱力學平衡曲線示意曲線I是合成氣甲烷化反應的熱力學平衡曲線；曲線II是利用本發(fā)明的流向變換周期操作的多層填充床催化反應器進行甲烷化反應的熱力學平衡曲線；曲線III是甲烷化反應的最佳熱力學平衡曲線；曲線IV是現(xiàn)有的多段絕熱固定床反應器中甲烷化反應的熱力學平衡曲線；圖6是本發(fā)明的流向變換周期操作與定態(tài)操作時轉(zhuǎn)化率的比較圖；曲線V是穩(wěn)態(tài)操作條件下原料氣甲烷化轉(zhuǎn)化率隨時間的變化情況曲線；曲線VI是本發(fā)明的流向變換周期操作條件下原料氣甲烷化轉(zhuǎn)化率隨時間的變化情況；圖7為本發(fā)明的流向變換周期操作與穩(wěn)態(tài)操作時平均床層溫度的比較圖；曲線VII是穩(wěn)態(tài)操作條件下溫度隨時間的變化情況曲線；曲線VIII是本發(fā)明的流向變換周期操作條件下溫度隨時間的變化情況曲線。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明實施例I (工藝流程見圖I)原料氣經(jīng)原料預熱換熱器9預熱到120°C后進入反應器單元，保持第一個兩位三通閥11的a — c端口相通，第二個兩位三通閥12的e — f端口相通，原料氣在填充床催化反應器5中自上而下流動；達到半周期時間t1/2時，通過計算機控制使第一個兩位三通閥11的b — c端口相通，第二個兩位三通閥12的d — f端口相通，這時原料氣在填充床催化反應器5中自下而上流動；通過設定半周期時間t1/2，定時交替自動控制第一個兩位三通閥11的a — c端口相通和第二個兩位三通閥12的e — f端口的相通，或第一個兩位三通閥11的b — c端口相通和第二個兩位三通閥12的d — f端口的相通，實現(xiàn)氣體在填充床催化反應器5中流動方向的周期性變換；采用的半周期時間t1/2的值為10分鐘；所用的甲烷化催化劑是鎳含量在15wt%的工業(yè)化鎳系催化劑，反應溫度為300°C，壓力為0. 6MPa，原料氣的空速為5000 h'為了充分利用甲烷化反應的熱量，從反應器出來的產(chǎn)品氣先經(jīng)過回收熱量換熱器10回收熱量并副產(chǎn)4.0 MPa的過熱蒸汽，然后再經(jīng)過原料預熱換熱器9將原料氣預熱。使用該裝置和方法可以使原料氣的轉(zhuǎn)化率達93%，產(chǎn)品氣中甲烷的體積分數(shù)達到94%以上。實施例2 (工藝流程見圖2)原料氣經(jīng)原料預熱換熱器9預熱到200°C后進入第一個反應器單元14，從第一個反應器單元14出來的氣體進入第二個反應器單元15進行進一步的反應；第二個反應器單元15出來的氣體的50%做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程，其余的50%進入反應器單元16進行進一步的反應；從第三個反應器單元16出來的氣體再進入第二個反應器單元15進行進一步的反應。三個反應器單元采用的半周期時間t1/2均為15分鐘，所用的甲烷化催化劑是鎳含量在10wt%的工業(yè)化鎳系催化劑，反應溫度為400°C，壓力為0. 6MPa，原料氣的空速為5000h—1。使用該裝置和方法可以使原料氣的轉(zhuǎn)化率達95%，產(chǎn)品氣中甲烷的體積分數(shù)達到97%以上。本實施例采用三個反應器單元組成“品”字構型的反應器網(wǎng)絡代替單一反應器單元，進一步降低了對下游工藝過程和設備的擾動，提高了轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品氣中甲烷的含量；而且容易實現(xiàn)任意一個反應器單元單獨停車的需要，只要將第一個二通截止閥17和第二個二通截止閥18都關閉，同時將第一個兩位三通閥11的a — b端口連通和第二個兩位三通閥12的d — e端口連通就可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)不停車更換某一反應器單元的催化劑，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。實施例3 (工藝流程見圖3)原料氣經(jīng)原料預熱換熱器9預熱到250°C后進入第三個反應器單元16 ;從第三個反應器單元16出來的氣體的50%進入第一個反應器單元14，其余的50%進入第二個反應器單元15進行進一步的反應；從第一個反應器單元14和第二個反應器單元15出來的氣體混合后做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程。三個反應器單元采用的半周期時間t1/2均為20分鐘，所用的甲烷化催化劑是鎳含量在10wt%的工業(yè)化鎳系催化劑，反應溫度為350°C，壓力為0. 6MPa，原料氣的空速為500( '使用該裝置和方法可以使原料氣的轉(zhuǎn)化率達94%，產(chǎn)品氣中甲烷的體積分數(shù)達到 96%以上。本實施例采用三個反應器單元組成“品”字構型的反應器網(wǎng)絡代替單一反應器單元，進一步降低了對下游工藝過程和設備的擾動，提高了轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品氣中甲烷的含量；而且容易實現(xiàn)任意一個反應器單元單獨停車的需要，只要將第一個二通截止閥17和第二個二通截止閥18都關閉，同時將第一個兩位三通閥11的a — b端口連通和第二個兩位三通閥12的d — e端口連通就可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)不停車更換某一反應器單元的催化劑，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。實施例4 (工藝流程見圖4)原料氣經(jīng)原料預熱換熱器9預熱到200°C后進入第二個反應器單元15 ;從第二個反應器單元15出來的氣體進入第三個反應器單元16進行進一步的反應，第三個反應器單元16出口的氣體的60%做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程，另外的40%進入第一個反應器單元14進行進一步的反應；從第一個反應器單元14出來的氣體再進入第三個反應器單元16進行進一步的反應。三個反應器單元采用的半周期時間t1/2均為25分鐘，所用的甲烷化催化劑是鎳含量在10wt%的工業(yè)化鎳系催化劑，反應溫度為500°C，壓力為0. 6MPa，原料氣的空速為4000h'使用該裝置和方法可以使原料氣的轉(zhuǎn)化率達98%，產(chǎn)品氣中甲烷的體積分數(shù)達到98%以上。本實施例采用三個反應器單元組成“品”字構型的反應器網(wǎng)絡代替單一反應器單元，進一步降低了對下游工藝過程和設備的擾動，提高了轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品氣中甲烷的含量；而且容易實現(xiàn)任意一個反應器單元單獨停車的需要，只要將第一個二通截止閥17和第二個二通截止閥18都關閉，同時將第一個兩位三通閥11的a — b端口連通和第二個兩位三通閥12的d — e端口連通就可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)不停車更換某一反應器單元的催化劑，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。
權利要求
1.一種合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置，其特征在于，所述的反應裝置結(jié)構如下 (1)一個反應器單元(13)，包括一個填充床催化反應器(5)、兩個兩位三通閥、兩個二通截止閥和連接管道 所述的填充床催化反應器(5)分為三層上層是用于裝填惰性填料或具有反應活性的固體催化劑的換熱區(qū)(8);中間層是裝填具有反應活性的固體催化劑的反應區(qū)(7);下層是用于裝填惰性填料或具有反應活性的固體催化劑的換熱區(qū)(6);填充床催化反應器(5)上、下兩端各有一個供氣體進出的開口； 第一個兩位三通閥(11)的(c )端口和第二個二通截止閥(18 )通過管道相連，(a)端口和(b)端口分別和管道相連；第二個兩位三通閥(12)的(f )端口和第一個二通截止閥(17)通過管道相連，(d)端口和(e)端口分別和管道相連；第一個二通截止閥(17)和第二個二通截止閥(18)的另一端分別通過管道和位于所述的填充床催化反應器(5)下端的供氣體進出的開口和上端的供氣體進出的開口直接相連； (2)換熱裝置,包括一個原料預熱換熱器(9)和一個回收熱量換熱器(10) 所述的原料預熱換熱器(9)安裝在原料氣進入反應器單元之前的管道上；所述的回收熱量換熱器(10)安裝在產(chǎn)品氣從反應器單元出來后的管道上，并通過管道連接到原料預熱換熱器(9)上，從而利用產(chǎn)品氣所帶余熱給原料氣預熱。
2.根據(jù)權利要求I所述的反應裝置，其特征在于，所述的惰性填料是二氧化硅、碳化硅或三氧化二鋁。
3.一種使用權利要求I所述的裝置進行合成氣甲烷化的方法，其特征在于，所述的方法如下 原料氣經(jīng)原料預熱換熱器(9)預熱到8(T25(TC后進入反應器單元；保持第一個二通截止閥(17)和第二個二通截止閥(18)—直處于開啟狀態(tài)；將第一個兩位三通閥(11)的(a) —(c)端口相通，第二個兩位三通閥(12)的(e) —(f)端口相通，原料氣在填充床催化反應器(5)中自上而下流動；達到半周期時間t1/2時，通過計算機控制使第一個兩位三通閥(11)的(b ) —( c )端口相通，第二個兩位三通閥(12 )的(d) —( f )端口相通，這時原料氣在填充床催化反應器(5)中自下而上流動；通過設定半周期時間t1/2，定時交替自動控制第一個兩位三通閥(11)的(a) - (c)端口相通和第二個兩位三通閥(12)的(e) - (f)端口的相通，或第一個兩位三通閥(11)的(b) - (C)端口相通和第二個兩位三通閥(12)的(d) - Cf)端口的相通，實現(xiàn)氣體在填充床催化反應器(5)中流動方向的周期性變換；從反應器單元出來的產(chǎn)品氣先經(jīng)過回收熱量換熱器(10)回收熱量并副產(chǎn)過熱蒸汽，然后再經(jīng)過原料預熱換熱器(9)將原料氣預熱； 所述的半周期時間t1/2的值為5分鐘 5小時；填充床催化反應器(5)內(nèi)的反應溫度為25(T700°C，壓力為0. I 6. OMPa，原料氣的空速為2000 50000 IT1 ;所用的甲烷化催化劑是鎳含量在5 20wt%的工業(yè)化鎳系催化劑。
4.一種合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置，其特征在于，含有三個反應器單元，所述的三個反應器單元的結(jié)構與反應器單元(13)的結(jié)構完全相同；所述的合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置的結(jié)構如下 (I)三個反應器單元，它們的連接方式如下第一個反應器單元(14)的一端有原料氣進口，其另一端的出口與第二個反應器單元(15)的進口通過管道連接；第二個反應器單元(15)的出口與第三個反應器單元(16)的進口通過管道連接，或者直接通過管道輸出產(chǎn)品氣；第三個反應器單元(16)的出口通過管道與第二個反應器單元(15)的進口連接； (2)換熱裝置,包括一個原料預熱換熱器(9)和一個回收熱量換熱器(10) 所述的原料預熱換熱器(9)安裝在原料氣進入第一個反應器單元(14)之前的管道上；所述的回收熱量換熱器(10)安裝在產(chǎn)品氣從第二個反應器單元(15)出來后的管道上，并通過管道連接到原料預熱換熱器(9)上，從而利用產(chǎn)品氣所帶余熱給原料氣預熱。
5.一種使用權利要求4所述的裝置進行合成氣甲烷化的方法，其特征在于，所述的方法如下 原料氣經(jīng)原料預熱換熱器(9)預熱到8(T25(TC后進入第一個反應器單元(14)，從第一個反應器單元(14)出來的氣體進入第二個反應器單元(15)進行進一步的反應；第二個反應器單元(15)出來的氣體一部分做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程，另一部分進入反應器單元(16)進行進一步的反應；從第三個反應器單元(16)出來的氣體再進入第二個反應器單元(15)進行進一步的反應； 正常運行情況下，三個反應器單元的第一個二通截止閥(17)和第二個二通截止閥(18)都保持開啟狀態(tài)；當需要更換某一個反應器單元的催化劑時，將第一個二通截止閥(17)和第二個二通截止閥(18)都關閉，同時將第一個兩位三通閥(11)的(a)- (b)端口連通和第二個兩位三通閥(12)的(d) - (e)端口連通；從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)不停車更換某一反應器單元的催化劑，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。
6.一種合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置，其特征在于，含有三個反應器單元，所述的三個反應器單元的結(jié)構與反應器單元(13)的結(jié)構完全相同；所述的合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置的結(jié)構如下 (1)三個反應器單元，它們的連接方式如下 第三個反應器單元(16)的一端有原料氣進口，其另一端的出口與第二個反應器單元(15)的進口以及第一個反應器單元(14)的進口通過管道連接；第一個反應器單元(14)的出口和第二個反應器單元(15)的出口通過管道匯合后輸出產(chǎn)品氣； (2)換熱裝置,包括一個原料預熱換熱器(9)和一個回收熱量換熱器(10) 所述的原料預熱換熱器(9)安裝在原料氣進入第三個反應器單元(16)之前的管道上；所述的回收熱量換熱器(10)安裝在產(chǎn)品氣從第一個反應器單元(14)和第二個反應器單元(15)出來匯合后的管道上，并通過管道連接到原料預熱換熱器(9)上，從而利用產(chǎn)品氣所帶余熱給原料氣預熱。
7.一種使用權利要求6所述的裝置進行合成氣甲烷化的方法，其特征在于，所述的方法如下 原料氣經(jīng)原料預熱換熱器(9)預熱到8(T25(TC后進入第三個反應器單元(16);從第三個反應器單元(16)出來的氣體一部分進入第一個反應器單元(14)，另一部分進入第二個反應器單元(15)進行進一步的反應；從第一個反應器單元(14)和第二個反應器單元(15)出來的氣體混合后做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程； 正常運行情況下，三個反應器單元的第一個二通截止閥(17)和第二個二通截止閥(18)都保持開啟狀態(tài)；當需要更換某一個反應器單元的催化劑時，將第一個二通截止閥(17)和第二個二通截止閥(18)都關閉，同時將第一個兩位三通閥(11)的(a)- (b)端口連通和第二個兩位三通閥(12)的(d) - (e)端口連通；從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)不停車更換某一反應器單元的催化劑，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。
8.一種合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置，其特征在于，含有三個反應器單元，所述的三個反應器單元的結(jié)構與反應器單元(13)的結(jié)構完全相同；所述的合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置的結(jié)構如下 (1)三個反應器單元，它們的連接方式如下 第二個反應器單元(15)的一端有原料氣進口，其另一端的出口與第三個反應器單元(16)的進口通過管道連接；第三個反應器單元(16)的出口與第一個反應器單元(14)的進口通過管道連接，或者直接通過管道輸出產(chǎn)品氣；第一個反應器單元(14)的出口通過管道與第三個反應器單元(16)的進口連接； (2)換熱裝置,包括一個原料預熱換熱器(9)和一個回收熱量換熱器(10) 所述的原料預熱換熱器(9)安裝在原料氣進入第二個反應器單元(15)之前的管道上；所述的回收熱量換熱器(10)安裝在產(chǎn)品氣從第三個反應器單元(16)出來后的管道上，并通過管道連接到原料預熱換熱器(9)上，從而利用產(chǎn)品氣所帶余熱給原料氣預熱。
9.一種使用權利要求8所述的裝置進行合成氣甲烷化的方法，其特征在于，所述的方法如下 原料氣經(jīng)原料預熱換熱器(9)預熱到8(T25(TC后進入第二個反應器單元(15);從第二個反應器單元(15)出來的氣體進入第三個反應器單元(16)進行進一步的反應，第三個反應器單元(16)出口的氣體一部分做為產(chǎn)品氣進入下一工藝過程，另一部分進入第一個反應器單元(14)進行進一步的反應；從第一個反應器單元(14)出來的氣體再進入第三個反應器單元(16)進行進一步的反應； 正常運行情況下，三個反應器單元的第一個二通截止閥(17)和第二個二通截止閥(18)都保持開啟狀態(tài)；當需要更換某一個反應器單元的催化劑時，將第一個二通截止閥(17)和第二個二通截止閥(18)都關閉，同時將第一個兩位三通閥(11)的(a)- (b)端口連通和第二個兩位三通閥(12)的(d) - (e)端口連通；從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)不停車更換某一反應器單元的催化劑，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種合成氣甲烷化的流向變換周期操作反應裝置，屬于煤化工領域。所述的反應裝置包括一個反應器單元和換熱裝置，反應器單元由一個分為三層的填充床催化反應器、兩個兩位三通閥、兩個二通截止閥連接管道組成；換熱裝置包括一個原料預熱換熱器和一個回收熱量換熱器；實踐中可將三個反應器單元進行三種組合方式的連接。使用上述裝置進行合成氣甲烷化反應時，交替控制兩個兩位三通閥的開、閉，實現(xiàn)氣體在填充床催化反應器中流動方向的周期性變換；使用三個反應器單元組合時，關閉兩個二通截止閥可實現(xiàn)整個系統(tǒng)不停車更換某一反應器單元的催化劑，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。本發(fā)明的裝置和方法使催化劑的壽命延長，原料氣轉(zhuǎn)化效率高。
文檔編號C10L3/08GK102757830SQ20121026078
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權日2012年7月25日
發(fā)明者張鍇, 楊勇平, 牛玉廣, 王騰達, 陳宏剛 申請人:華北電力大學