[实用新型]一种甲烷化学链重整制合成反应装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃料清洁燃烧、功能材料、环境保护技术领域，尤其是涉及一种甲烷化学链重整制合成反应装置。

背景技术

甲烷是天然气、煤层气和天然气水合物的主要成分，随着石油资源的日渐枯竭，储量相对丰富的甲烷资源将成为后石油时代最具希望的替代能源之一，勘探表明，我国煤层气储量约为35万亿m³，天然气远景储量达到43万亿m³，因此，研究开发经济、高效的甲烷转化技术具有重大的战略意义。而将甲烷转化为液体燃料和化学品的一个重要途径是首先将甲烷转化为合成气(H₂+CO)，再经过Fischer-Tropsch合成等手段将合成气进一步转化为液体燃料和化学品，所以，合成气是天然气化工的重要中间产物。

传统的天然气重整是通过甲烷与水蒸气(steammethanereforming,SMR)或CO₂(carbondioxidereforming,CDR)发生重整反应生成合成气，再由合成气制氢、甲醇、合成氨和汽油等液体燃料等。SMR和CDR都是强烈的吸热反应，设备庞大复杂，操作费用昂贵，其中合成气制备约占整个天然气化工总投资和生产成本的60％-70％。因此，研究更经济、更高效的甲烷转化技术就显得迫在眉睫。

甲烷化学链重整是近年来发展起来的一种甲烷制合成气技术，其实质是甲烷部分氧化制合成气。化学链重整是根据化学链式反应的原理，利用金属氧化物分子中的晶格氧作为氧源将甲烷部分氧化成合成气；然后，失去晶格氧的金属氧化物又被空气氧化恢复晶格氧，完成链式循环反应。可见，在甲烷化学链重整与甲烷水蒸汽或CO₂重整相比，省去了纯氧制备环节，是一个温和的放热反应，可以在低能耗的条件下实现甲烷的高转化率和H₂、CO的高选择性，具有投资少、效率高、能耗低等优点，而且还避免了甲烷与气相氧直接接触可能发生爆炸的危险。

需要指出的是，传统的甲烷重整循环流化床反应器需要不断驱动催化剂快速循环，不但能耗较大，对设备的磨损也很严重，同时不易实现等温操作。而一种良好的甲烷重整反应器装置不仅要能实现高效的燃料重整，还应考虑到装置的能耗及反应的等温操作。因此，需要一种新型的甲烷化学链重整制合成反应装置来解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种甲烷化学链重整制合成反应装置，其不需纯氧的制备，不需要推动催化剂在应器之间循环，降低能耗，反应温和，容易实现等温操作，来克服现有技术的缺陷。

本实用新型的技术解决方案是：一种甲烷化学链重整制合成反应装置，包括反应器筒体，其特征在于：所述反应器筒体内设置有蜂窝状氧载体和若干个贯穿所述反应器筒体的蜂窝状氧载体孔道，所述反应器筒体一端设置有气体存储区，所述气体存储区设置有反应器气体入口，另一端设置有气体收集区，所述气体收集区设置有尾气出口。甲烷和空气交替通过氧载体孔道进行晶格氧和热量的传递，实现燃料的重整。

尾气出口用于连接余热锅炉换热等设备以及合成气净化加压装置，净化后的合成气可加压存储或进入合成工段。

本实用新型提出的反应装置在运行过程中只需调节反应器气体入口的进气量、气体流速以及反应温度即可实现稳定持续的等温操作，不需纯氧制备，不需要驱动催化剂颗粒循环所需的较大能耗，延长了反应器壁的使用寿命，避免了甲烷与气相氧直接接触可能发生爆炸的危险，较好地解决了当前流化床反应器中存在的能耗大，易磨损，操作不稳定，温度各点波动较大的问题，如反应器中氧载体再生时以水替代空气，还可获得较为纯净的氢气，可用于燃料电池。

所述气体存储区还设置有气体辐射式预分布器，所述气体辐射式预分布器与所述反应器气体入口连接。用于对反应器气体入口进入的气体再分布，使气体均匀稳定地进入蜂窝状氧载体孔道。

优选地，所述反应器筒体与所述气体存储区可拆卸连接，反应器筒体与所述气体存储区通过法兰连接。

优选地，所述反应器筒体与所述气体收集区可拆卸连接，所述反应器筒体与所述气体收集区通过法兰连接。反应器筒体与所述气体存储区以及反应器筒体与气体收集区的可拆卸连接可便于生产过程中的检修和其他操作。

优选地，所述反应器筒体外设置有加热装置。反应器筒体外壁由炉膛式加热系统供热，以维持反应所需的温度。