[实用新型]一种利用热管取热的分体式甲烷化反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种甲烷化反应器，进一步地说，是涉及一种利用热管取热的分体式甲烷化反应器。

背景技术

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CO₂可产生的绝热温升分别达到了70℃和60℃。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、部分富甲烷产品气循环的方式，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甲烷化技术专利商有英国Davy公司、丹麦公司以及德国的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。

实用新型内容

为解决现有技术中出现的问题，本实用新型提供了一种利用热管取热的分体式甲烷化反应器。本实用新型结构简单、能及时取走反应热量，均化床层温度，提高原料转化率，避免催化剂出现过热区域，延长催化剂使用寿命。

本实用新型的目的是提供一种利用热管取热的分体式甲烷化反应器。

包括：独立的承压上壳体、承压下壳体、联筒和热管；

所述下壳体上部设置进气口、下部设置出气口，进气口设有气体分布器；下壳体的内部装填有甲烷化催化剂床层；

所述上壳体下部设有液相介质入口，上壳体顶部设有气相介质出口；

所述上壳体与下壳体通过联筒连接；

所述热管竖直设置在上壳体和下壳体组成的空间内，热管的一端穿过下壳体的甲烷化催化剂床层，另一端设置在上壳体的空间内；热管吸热段布置在下壳体的甲烷化催化剂床层，放热段设置在上壳体的空间内，绝热段设置在联筒支撑区；

所述下壳体的直径大于上壳体的直径。

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。

其中，优选：

下壳体出气口设置有格栅，格栅上部装填有耐热瓷球，甲烷化催化剂床层装填于耐热瓷球与气体分布器之间。

所述气体分布器优选为两级分布器，第一气体分布器和甲烷化催化剂床层之间设置第二气体分布器。

热管的吸热段设置在甲烷化催化剂床层中，热管底部需插入到耐热瓷球中，插入耐热瓷球内的深度优选为不低于五倍热管直径。

热管排列方式为中心对称均匀排列；

所述热管在下壳体、联筒以及上壳体的切线长度比例为1-3:1:3-1，优选为1:1:1，更优选为3:1:3。

热管直径为5mm-100mm；

热管与壳体的间距为不低于三倍热管直径；

相邻热管的管心距不低于四倍热管直径；

上壳体内液体介质液面距热管顶部距离不小于三倍热管直径；

所述上壳体与联筒的直径相同，且不大于下壳体直径的二分之一。

本实用新型具体可采用以下技术方案：

该技术方案包括由上壳体、下壳体、热管传热元件组成的甲烷化反应器。其特征在于：所述下壳体上端设有进气口、下端设有出气口的承压壳体，其进气口设有气体分布器。所述下壳体的中部装填有甲烷化催化剂。所述上壳体下部设有液相介质入口，上壳体顶部设有气相介质出口。所述上壳体与下壳体通过热管传热元件连接在一起，上下壳体通过联筒相互支撑。所述热管的吸热段布置在下壳体甲烷化催化剂床层中，放热段布置在上壳体内，绝热段设置在联筒支撑区。

本实用新型的上壳体为蒸发室，下壳体为气固相催化反应室，反应物从下壳体的顶部进入后，在催化剂的催化作用下进行甲烷化反应，反应产生的大量热量通过热管传热元件传递到蒸发室，将进入蒸发室的液相介质蒸发。

本实用新型的下壳体出气口底部设有格栅，格栅上部装填有耐热瓷球，催化剂装填于耐热瓷球与气体分布器之间。

所述气体分布器为两级分布器，第一气体分布器和催化剂床层之间还设有第二气体分布器。通过设置气体分布器，使得反应气体能够均匀的通过催化剂床层，优选两级气体分布器。

本实用新型热管传热元件内部传热介质主要根据反应最高温度而定，并由此确定热管内的最高压力。

热管直径为5mm-100mm；

热管与壳体的间距为不低于三倍热管直径；

热管插入耐热瓷球内的深度不低于五倍热管直径；