一种热管传热径向床甲烷化反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种甲烷化反应器，进一步地说，是涉及一种用于煤制替代天然 气工艺的径向热管甲烷化反应器。
【背景技术】
[0002] 甲烷化反应器是煤制替代天然气路线的关键设备之一。甲烷化反应是快速的强放 热反应。计算表明，每转化1%的CO或0) 2可产生的绝热温升分别达到了 70°C和60°C。为 了控制甲烷化反应温升，回收反应放出的大量热能，目前工业化甲烷化工艺采用多个固定 床甲烷化反应器串并联、部分产品富甲烷气循环的方式，逐级进行甲烷化反应，在反应器出 口设置蒸汽发生器回收反应热，通过压缩机循环部分产品气来控制每台反应器的甲烷化反 应转化深度。已实现商业应用的主要的甲烧化技术专利商有英国Davy公司、丹麦T〇pS0e 公司以及德国的Lugri公司。传统的甲烷化反应器存在反应器设备尺寸庞大、容易出现局 部飞温、移热缓慢、床层温度高、催化剂容易失活以及反应和取热必须在两个独立设备中进 行的问题。
[0003] 因此，减小反应器的设备尺寸，降低反应器压降损失，提高反应物的转化效率，尽 可能的回收高温位热量，充分延长催化剂的使用寿命，满足反应器大型化的需求是目前亟 待解决的技术问题。 【实用新型内容】
[0004] 为解决现有技术中出现的问题，本实用新型提供了一种热管传热径向床甲烷化反 应器。结构简单、床层压降小、能及时取走反应热量，均化床层温度，提高反应物转化率，避 免催化剂出现过热区域，延长催化剂使用寿命。
[0005] 本实用新型的目的是提供一种热管传热径向床甲烷化反应器。
[0006] 所述甲烧化反应器包括壳体，壳体分为上壳体和下壳体，上壳体内的空间为换热 区，下壳体内的空间为甲烷化反应区；所述上壳体和下壳体通过高压凸封头连接；
[0007] 甲烷化反应器顶部设置进气口，底部设置产物出口；上壳体上设置有冷却介质进 口和蒸汽出口；
[0008] 换热区内设置有折流挡板；甲烷化反应区设置有催化剂床层，催化剂床层顶部和 底部分别设置有催化剂顶部密封板和催化剂底部密封板；甲烷化反应区底部设置有隔热材 料；
[0009] 热管竖直设置在壳体空间内，热管垂直穿过高压凸封头、催化剂顶部密封板、催化 剂床层和催化剂底部密封板插入到隔热材料中；热管与高压凸封头、催化剂顶部密封板和 催化剂底部密封板分别密封固定连接。
[0010] 其中，优选：
[0011] 连接进气口的进气管穿过高压凸封头深入到甲烷化反应区内，进气管的末端设置 气体分布器，所述气体分布器优选为两级气体分布器；
[0012] 所述甲烷化反应区是径向流反应器；
[0013] 所述径向流反应器由环隙，催化剂床层及中心管构成；中心管布置于催化剂床层 中央，一端连接出气口，一端与催化剂顶部密封板连接，并与催化剂底部密封板、下壳体密 封固定；所述环隙由约翰逊网构成；
[0014] 所述中心管优选设置有不均匀小孔来控制反应气体在催化剂床层中均匀分布。
[0015] 热管直径为 IOmm-IOOmm ;
[0016] 两相邻热管中心距离为100mm-500mm ;优选为100mm-300mm，更优选为200mm。
[0017] 热管与反应器底部挡板的距离50mm-100mm ;
[0018] 热管与中心管、环隙的间距为50mm-100mm。
[0019] 热管是一种高导热性能传热元件，依靠自身内部液体工质的相变传输热量无需外 加动力。具有传热效率高、等温性能好、热流密度可以自动调节、热流方向具有可逆性、结构 可以按需要灵活布置以及高可靠性的特点。
[0020] 具体可采用以下技术方案：
[0021] 本实用新型技术方案包括承压壳体、反应器上端进气口、下端产物出口，所述承压 壳体由上部换热区和下部甲烷化反应区两个区域构成，所述两个区域中设置有垂直连通的 热管，所述换热区内设置有折流挡板，所述换热区域设置有冷却介质的进口和蒸汽出口，所 述反应区域是径向流反应器，所述反应区域下部设置隔热材料，所述热管传热元件底部插 入隔热材料内部。
[0022] 所述承压壳体由换热区和反应区构成。
[0023] 所述承压壳体上分别设置反应气体入口和产物出口。
[0024] 所述换热区设置有换热介质的进出口，换热介质选用锅炉给水，避免换热区域内 管件的结垢。
[0025] 所述两个区域内设置有直径为IOmm-IOOmm的连通热管，最优的选择25mm。
[0026] 所述上部换热区域内设置有至少一块折流挡板，最优选择3块折流挡板。
[0027] 所述催化剂床层下端设置有隔热材料。
[0028] 所述反应气体进入反应区内设置有第一气体分布器，优选两级气体分布器。
[0029] 所述反应区是径向流反应器。
[0030] 所述催化剂床层上端设置有一段供催化剂热胀冷缩用的瓷球，也称作催化剂封。
[0031] 所述径向反应器环隙优选择约翰逊网，所述中心管上不均匀开孔控制反应气体均 勾分布。
[0032] 本实用新型采用高效的热管技术，在催化剂床层中插入热管，能将反应热量及时 取走，均化了催化剂床层温度，避免了催化剂出现过热区域，延长了催化剂使用寿命，提高 了反应物转化率、目标产物的选择性。
[0033] 通过设置气体分布器，结合中心管和环隙，使得反应气体能够均匀地通过催化剂 床层。在反应器上部设置换热区域，可以尽可能多地回收反应热。由于进料气体经过上部 换热区域，能够预热原料气，可以降低原料气进料温度要求，在一定程度上提高整个甲烷化 工艺的能量利用效率。由于煤制天然气是快速、强放热反应，采用的反应空速高，反应区域 为径向反应器，可以使得反应产物快速的通过催化剂床层，反应器压降较低。由于反应热得 到及时移除，反应物出口温度降低、甲烷化反应向产物方向移动，提高了反应物的转化率， 可以进一步提高原料的进料量。另外，由于热管的使用，可以降低反应物的反应温度，从而 降低壳体材质要求，达到降低成本的目的。
[0034] 有益效果：
[0035] 本实用新型反应器不会出现催化剂局部过热失活现象，床层温度均匀，可以解 决有限的空间条件下大量反应热的移除问题。延长了催化剂的使用寿命（寿命可以提 高15% -20% )。反应物的转化效率可提高5% -15%，目标产物甲烷的选择性可提高 5% -10%，床层压降较同处理量的轴向反应器低（20% -35% )。
[0036] 因为热管结构外形简单，对反应器内流体流动干扰小。
[0037] 可根据实际工程情况，设置热管数量和疏密程度，达到催化剂床层温度的均匀化。
[0038] 本实用新型不仅可以运用于煤制替代天然气和焦炉煤气甲烷化工艺，还可用于甲 醇合成、CO变换、费托合成等固定床催化放热反应。
【附图说明】
[0039] 图1为本实用新型结