CN2934206Y - 甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置 - Google Patents
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Abstract
一种甲烷催化氧化制合成气循环流化床装置，包括提升管(1)、旋风分离器(3)、反应器(4)等，提升管(1)的入口设置在反应器(4)的底部，提升管(1)出口连接旋风分离器(3)，旋风分离器(3)的下部通过斜管与反应器(4)相连，出口处连接有换热器(9)，反应器(4)的入口处连接有换热器(6)，出口处连接有旋风分离器(3)，反应器(4)底部通过耐高温阀门(7)与提升管(1)的入口相连，它采用循环流化床式的反应装置，使新型的甲烷催化部分氧化催化剂得以在装置中循环使用，既保留了甲烷部分氧化制合成气高效、高选择性的优点，又不需要昂贵的空分制氧装置，有可能大幅度降低合成气的生产成本。
Description
技术领域
本实用新型广义上涉及循环流化床(CFB)反应器，具体而言，是甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置。它主要是通过采用循环流化床式的反应装置，使新型的甲烷催化部分氧化制合成气催化剂得以在装置中循环使用。它主要是由提升管(1)，旋风分离器(3)，反应器(4)等组成。
背景技术
天然气的利用通常首先将其转化为合成气，因此，天然气化工的关键步骤在于合成气的制备。传统的合成气制备工艺包括：蒸汽重整(简称SMR，设备尺寸巨大，能耗高昂，反应时间长，转化炉内含有很多根的高含量镍铬合金管，装置投资巨大)、联合重整(简称SMR/O2R，需要两个转化炉，炉内也装有镍铬合金管)、自热重整(简称ATR，在固定床反应器内装有两个反应室)和非催化部分氧化(简称POX，在单一的转化炉内进行反应，反应温度高达1200℃，并且耗氧量高，有烟尘生成)。这些制备合成气的方法及相应装置目前都有一定的缺点。自九十年代以来，甲烷纯氧部分氧化制合成气工艺(Ashcroft A.T.etal，Nature，344，319，1990；Ashcroft A.T.et al，Nature，352，225，1991)在国内外备受关注，该工艺同目前工艺最成熟的水蒸气重整方法相比，具有能耗低，空速大的优点，但是，在固定床反应器上进行的甲烷纯氧部分氧化反应存在以下缺点：催化剂床层有热点，反应所需的纯氧需要昂贵的空分设备制取，制氧成本居高不下。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，以适于连续进行晶格氧催化剂催化部分氧化天然气制合成气的反应过程。通过空气和甲烷分开进料，按还原-氧化(Redox)模式实现甲烷氧化制合成气反应的催化循环。
本实用新型是这样实现的：包括提升管1、旋风分离器2、旋风分离器3、反应器4、栅板式分布器5、换热器6、耐高温阀门7、喷嘴8、换热器9，提升管1的入口和喷嘴8相连，提升管1的出口和旋风分离器3相连，旋风分离器3的底部和反应器4相连，旋风分离器2和旋风分离器3的出口都安装有换热器6、换热器9，耐高温阀门7与喷嘴8连接，反应器4内设有栅板式分布器5。
耐高温阀门7由阀杆10、密封填料11、阀舌12、法兰13、下料管14组成，阀杆10与阀舌12连接，内装有密封填料11，法兰13与下料管14连接。
反应器4的外部设有有保温部件。
反应器4的上游连接有换热器6。
提升管1的上游连接有换热器9。
旋风分离器3下部相连的斜管的出口位置位于反应器4内催化剂床层的水平高度之下。
反应器4内的底部设有栅板式分布器5。
栅板式分布器5开孔≥1个，均匀分布。
高温阀门7的下部设有喷嘴8。
本实用新型的优点是甲烷在反应器(4)内是以鼓泡床的形式操作的，可控制性强。它可以通过控制甲烷气体流量的方法控制气固接触反应时间。如果甲烷和催化剂表面的吸附氧生产过量的CO2，那么在操作时就应该相应减少提升管(1)中空气的流量或者增大反应器(4)中甲烷气体流量，控制催化剂中携带的氧类型为晶格氧。
本实用新型利用空气或富氧空气代替纯氧作为原料，可以避免使用昂贵的空分设备，不会增加制氧成本。
在甲烷制合成气区，通过调整气固比和气固接触时间，用可还原的金属氧化物的晶格氧作为烃类氧化的氧化剂，按Redox模式，在反应器中烃分子在大于900℃高温反应区，生成CO和H2，失去晶格氧的催化剂被输送到再生器中用空气氧化到初始高价态，然后送入反应器中再进行还原反应。由于甲烷的氧化反应是在没有气相氧分子的条件下进行的，可减小甲烷和空气发生***的可能性，并减少催化剂表面的深度氧化反应，从而提高甲烷氧化反应的选择性和经济性，而且该工艺因不受***极限的限制可提高原料浓度，使反应产物容易分离回收，是节约资源和保护环境的绿色化学工艺，具有重要的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置简图；
图2是本实用新型耐高温阀门7的结构示意图。
具体实施方式
图1中，1是提升管，2、3是旋风分离器，4是反应器，5是栅板式分布器，6是换热器，7是耐高温阀门，8是喷嘴或预流化装置，9是换热器。
如图1所示，本实用新型涉及的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，主要包括提升管1、旋风分离器3、反应器4。提升管1的入口和喷嘴8相连，出口和旋风分离器3相连，旋风分离器3的底部和反应器4相连，旋风分离器2和旋风分离器3的出口都安装有换热器6、9。
如图2所示，10是阀杆，11是耐高温密封填料，12是阀舌，13是法兰，14是下料管，阀杆10与阀舌12连接，内装有密封填料11，法兰13与下料管14连接。
下面介绍具体实施方式，本实用新型涉及的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床的操作，具体可以由两套方案组成。
具体实施例一：
提升管1内：来自空气压缩机的空气首先和旋风分离器3流出的空气通过换热器9换热至600℃或更高，然后经喷嘴8将从反应器4流出的钙钛矿型催化剂带出，于900℃左右下在提升管1内和还原态的钙钛矿型催化剂在高温下快速地将空气中的分子氧以晶格氧的形式固定并储存起来。提升管1的出口连接旋风分离器3，被分离的钙钛矿型催化剂经斜管流回反应器4进行反应，废空气经旋风分离器3上部出口流出至换热器9，以加热进料空气。
反应器4内：来自于天然气压缩机的甲烷首先通过换热器6预热至600℃或更高，然后经栅板式分布器5使甲烷均匀通过催化剂床层，于900℃左右下在床层内甲烷气体和钙钛矿型催化剂中携带的晶格氧高选择性的反应生成合成气CO和H2，然后缺少晶格氧的钙钛矿型催化剂经耐高温阀门7流向提升管1进行补充晶格氧反应，产品合成气CO和H2经旋风分离器2上部出口流出至换热器6。
具体实施例二：
提升管1内：来自天然气压缩机的甲烷首先通过换热器9预热至600℃或更高，经喷嘴8将从反应器4流出的钙钛矿型催化剂带出，于900℃左右下在提升管内和钙钛矿型催化剂中携带的晶格氧高选择性的反应生成合成气CO和H2，合成气经旋风分离器3的上部出口流向换热器9，而缺少晶格氧的钙钛矿型催化剂经斜管重新流回反应器4重新进行补充晶格氧反应。
反应器4内：来自于空气压缩机的空气首先通过换热器6预热至600℃，然后空气经栅板式分布器5均匀通过催化剂床层，于900℃左右下在床层内和还原态的钙钛矿型催化剂可以快速地将空气中的分子氧以晶格氧的形式固定并储存起来。废空气经旋风分离器2的出口流向换热器6，而携带有晶格氧的催化剂经耐高温阀门7流向提升管1进行甲烷催化部分氧化制合成气反应。
本套方案是甲烷在提升管1内和钙钛矿型催化剂携带的晶格氧进行反应，提升管内的固气比必须大于50才能保证甲烷高转化率反应，提升管1内的固气比可以通过耐高温阀门7来调节。如果甲烷和钙钛矿型催化剂表面的吸附氧生成CO2，那么在操作时就应该减小反应器4中空气的流量或者增大提升管1中甲烷流量，控制催化剂中携带的氧类型为晶格氧。这套方案的优点是甲烷反应处理量比实施例一中的情况大，同时由于提升管1和反应器4内的表观气速相对较小，因此颗粒损失和磨损都比较小，利于节约成本。
Claims (9)
1、甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，包括提升管(1)、旋风分离器(3)、反应器(4)、换热器(6)、换热器(9)，其特征在于：提升管(1)的入口设置在反应器(4)的底部，提升管(1)出口连接旋风分离器(3)，旋风分离器(3)的下部通过斜管与反应器(4)相连，出口处连接有换热器(9)，反应器(4)的入口处连接有换热器(6)，出口处连接有旋风分离器(3)，反应器(4)底部通过耐高温阀门(7)与提升管(1)的入口相连。
2、按照权利要求书1所述的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，其特征在于耐高温阀门(7)由阀杆(10)、密封填料(11)、阀舌(12)、法兰(13)、下料管(14)组成，阀杆(10)与阀舌(12)连接，内装有密封填料(11)，法兰(13)与下料管(14)连接。
3、按照权利要求书1所述的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，其特征在于所说的反应器(4)的外部有保温部件。
4、按照权利要求书1所述的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，其特征在于所说的反应器(4)的上游连接有换热器(6)。
5、按照权利要求书1所述的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，其特征在于所说的提升管(1)的上游连接有换热器(9)。
6、按照权利要求书1所述的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，其特征在于所说的旋风分离器(3)下部相连的斜管的出口位置位于反应器(4)内催化剂床层的水平高度之下。
7、按照权利要求书1所述的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，其特征在于所说的反应器(4)内的底部有栅板式分布器(5)。
8、按照权利要求书6所述的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，其特征在于所说的栅板式分布器(5)开孔≥1，均匀分布。
9、按照权利要求书1所述的甲烷催化部分氧化制合成气循环流化床装置，其特征在于所说的耐高温阀门(7)的下部设有喷嘴8。
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