一种径向固定床甲烷化反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种径向固定床甲烷化反应器，包括承压壳体（1）和内构件，所述内构件自上而下依次包括入口分配器（2）、密封帽罩（3）、中部的中心筛网管（4）、外筛网（5）、内壳（6）以及底部的催化剂卸料管（8）；所述外筛网（5）位于承压壳体（1）和中心筛网管（4）之间，其内环壳（9）和外环壳（10）围成壳环形空间（12）；所述内壳（6）紧贴固定在外筛网（5）以外；所述外筛网（5）与所述承压壳体（1）之间的外环形空间（11）的上部是开放的。所述中心筛网管（4）和外筛网（5）之间的内环形空间（13）分为上部催化剂床层a，下部隔热填料区b。本实用新型专利技术实现了壳体和内构件分别承压和承温。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种径向固定床甲烷化反应器
本技术涉及制备替代天然气(SNG)的甲烷化反应装置，尤其涉及以煤经气化、变换、酸性气脱除单元后的合成气为原料制备SNG的甲烷化反应设备。本技术属于煤制天然气领域。
技术介绍
煤制替代天然气(SNG)正在成为煤化工领域的新热点。在我国天然气藏量有限、产能不能满足需求的局面下，煤制天然气是对我国天然气资源的有效补充手段。煤制SNG的核心工艺在于甲烷化技术，而甲烷化反应器正是其中的核心设备。甲烷化反应为剧烈放热反应，这使得反应器壳体既要承受较高压力又要承受甲烷化反应所带来的急剧温升。如果采用热壁轴向反应器设计，承压壳体材质需选用高合金钢材料，工程造价高；如果采用冷壁绝热反应器设计，反应器内壁需设置耐热衬里，这样不但增加了反应器壳体直经，规模放大困难，而且耐热衬里施工和维护困难；同时轴向固定床反应器具有移热效果差，床层压力降大等诸多弊端。比如专利CN102205220A公开了一种反应器，其具有外通道和内通道，多个通道使反应原料反复通过填料床层，但是上述反应器的承压和耐温能力难以适应甲烷化反应的剧烈放热和高压力。目前，工业化的甲烷化反应器多采用冷壁绝热轴向固定床反应器，也没有很好地解决以上技术难题。
技术实现思路
本技术提出一种径向固定床甲烷化反应器，这种反应器将目前煤制替代天然气甲烷化工艺中冷壁绝热轴向固定床甲烷化反应器替代为新型热壁径向固定床甲烷化反应器，使得主要压力载荷和主要温度载荷分别由承压壳体和反应器内构件承担；反应器采用热壁设计，反应原料从顶部轴向进入反应器，经入口分配器和密封帽罩的阻挡进入内壳与承压壳体间的外环形空间，贴着反应器内壁向下运动并通过反应器下切线附近的环箱支撑圈的导向，进入外筛网内部的壳环形空间，然后转为径向依次通过外筛网、催化剂床层、中心筛网管，并汇集到中心筛网管内，最终反应产物由反应器底部轴向排出；甲烷化反应为剧烈放热反应，其产物温度较高，约600?700度，因此本技术的反应器仅在底部设置隔热填料区及在底封头内壁和反应产物出口内壁铺衬隔热材料(不在顶封头和中间壳体内设置隔热衬里)，以保护反应器壳体。本技术是通过以下技术方案来实现的:一种径向固定床甲烷化反应器，包括承压壳体I和内构件，其特征在于:所述承压壳体I包括顶封头、底封头、中间壳体，所述顶封头上有反应原料入口，底封头上有反应产物出口；所述内构件自上而下依次包括密封帽罩3、中部的中心筛网管4、外筛网5、内壳6以及底部的催化剂卸料管8 ；所述中心筛网管4位于反应器中心，其顶部封闭，底部与所述的底封头的反应产物出口连通；所述外筛网5包括内环壳9和外环壳10，所述内环壳9和外环壳10组成壳环形空间12，该壳环形空间12顶部封闭并且底部敞开，所述内环壳9为筛条和支撑杆焊接而成的楔形绕丝筛网结构，所述外环壳10为封闭壳体；所述外筛网5位于承压壳体I和中心筛网管4之间，所述外筛网5的内环壳9与所述中心筛网管4之间形成内环形空间13;所述内壳6固定在所述外筛网5的外环壳10以外，所述内壳6为单层封闭壳体，其内表面紧靠外筛网5的外环壳10 ；所述外筛网5的外环壳10与内壳6与所述承压壳体I之间形成外环形空间11，夕卜环形空间11上部开放，用于接收从顶封头进入的反应原料；所述外筛网5底部设置环箱支撑圈7，所述环箱支撑圈7与所述内壳6和外筛网5的底部固定并与所述承压壳体I固定并在内部开孔以将所述外环形空间11和壳环形空间12连通，使反应原料由外环形空间11经环箱支撑圈7导入壳环形空间12 ；所述中心筛网管4和外筛网5的内环壳9之间的内环形空间13分为上、下两个区域，上部为催化剂床层a，下部为填充隔热填料的隔热填料区b。该隔热填料区b内填充隔热填料，所述隔热填料区b内填充单一材质或多种复合材质的隔热填料，例如单一材质或多种复合材质的隔热绳、隔热带、隔热毡毯、隔热球或隔热粉末。如上所述，所述隔热材料区b装填隔热材料而不装填催化剂，形成介质不流动区，因为该区域没有催化剂，介质也不流动，不会产生反应热，使得该区域成为绝热区域，进一步避免了甲烷化反应放热而急剧升温对承压壳体I的影响；埋入所述隔热填料区b的中心筛网管4的管壁封闭。上述内构件中，所述内壳6，其和外部承压壳体又形成一个环形空间，将内件和催化剂与外部承压壳体隔离而不相接触。由于入口低温介质沿内壳6和外部承压壳体间的环形空间向下流动，其紧贴外部承压壳体内壁流动一圈后才进入底部开孔上部封闭的外筛网壳环形空间12内，进而流过高温剧烈反应的催化剂，因此外部承压壳体不会因高温催化剂泄漏或内件热传导导致局部超温失效。此外，如上所述，内壳6和外筛网5的外环壳10固定，两者底部都固定在环箱支撑圈7上，内壳6和外筛网5的外环壳10顶部可自由向上膨胀，内壳6实现将内件、催化剂与外部承压壳体隔离而不相接触时，使内壳6和承压壳体之间的外环形空间11内只有入口进来的低温介质，保护反应器外部承压壳体不发生超温失效，并且内壳6也可以向上膨胀，进一步适应高温反应。所述内构件包括入口分配器2，所述入口分配器2与所述原料入口底部相连接。入口分配器2可以改善反应器内介质流动分布，保护反应器内件免受入口介质冲击。所述外筛网5选自下列两类结构之一:所述外筛网5是紧贴内壳6内壁的整体双层的圆筒外筛网结构，内层作为内环壳9，外层为外环壳10 ；所述外筛网5或是小筛网单元沿内壳6内壁拼装成的单元组合结构，每个小筛网单元分成两侧面，一侧面朝向中心筛网管4作为每个小筛网单元的内环壳9，另一侧面朝向承压壳体I作为每个小筛网单元的外环壳10。所述小筛网单元为扇筒形小筛网单元、圆筒形小筛网单元和多边形小筛网单元。整体双层的圆筒外筛网结构优点是整个催化剂固定床床层厚度一致，反应原料在床层内分布均匀；需要在承压壳体I未封闭前放入，通常对外筛网破损进行局部修补。因此，外筛网直径较大时通常采用小筛网单元沿内壳6内壁拼装成的单元组合结构，其优点是可以分别将单个小筛网单元通过反应器顶部人孔放入反应器再组装成整体，一旦单个小筛网单元出现破损，可以对单个小筛网单元进行更换，维护和修理方便；较适用于催化剂固定床床层厚度存在变化的情况。所述的密封帽罩3扣在中心筛网管4和内环形空间13的顶部，所述密封帽罩3和所述外筛网5的内环壳9固定紧密连接，所述密封帽罩3和所述中心筛网管4外壁不固定而采用动态密封，所述密封帽罩3与所述中心筛网管4外壁和所述外筛网5内环壳9之间的间隙均不大于催化剂粒径。所述密封帽罩3是由顶面和侧壁的环形盖箱式结构或环形盖箱与中心盖箱的组合式结构；当密封帽罩3为组合式结构时，其中心盖箱则套扣在所述中心筛网管4顶部，并与扣在内环形空间13的顶部的环形盖箱紧密连接；所述的盖箱顶面封闭、底面敞开，环形盖箱的侧壁与中心筛网管4形成动态密封，即当所述的催化剂床层a和反应器内件因温度变化而涨缩时，密封帽罩3会随着上下移动。密封帽罩3作用是将一部分催化剂或者催化剂替代物封闭在密封帽罩3、中心筛网管4、外筛网5和隔热填料区b所包围的内环形空间13里。其环形盖箱应具有一定高度，其内部装填催化剂或催化剂替代物，比如瓷球，环形盖箱催化剂或催化剂替代物的料位会因下列原因导致降低:1.内环形空间13内催化剂因自然沉降或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种径向固定床甲烷化反应器，包括承压壳体（1）和内构件，其特征在于：?所述承压壳体（1）包括顶封头、底封头、中间壳体，所述顶封头上有反应原料入口，底封头上有反应产物出口；?所述内构件自上而下依次包括密封帽罩（3）、中部的中心筛网管（4）、外筛网（5）、内壳（6）以及底部的催化剂卸料管（8）；?所述中心筛网管（4）位于反应器中心，其顶部封闭，底部与所述的底封头的反应产物出口连通；?所述外筛网（5）包括内环壳（9）和外环壳（10），所述内环壳（9）和外环壳（10）组成壳环形空间（12），该壳环形空间（12）顶部封闭并且底部敞开，所述内环壳（9）为筛条和支撑杆焊接而成的楔形绕丝筛网结构，所述外环壳（10）为封闭壳体；?所述外筛网（5）位于承压壳体（1）和中心筛网管（4）之间，所述外筛网（5）的内环壳（9）与所述中心筛网管（4）之间形成内环形空间（13）；?所述内壳（6）固定在所述外筛网（5）的外环壳（10）以外，所述内壳（6）为单层封闭壳体，其内表面紧靠外筛网（5）的外环壳（10）；?所述外筛网（5）的外环壳（10）与内壳（6）与所述承压壳体（1）之间形成外环形空间（11），外环形空间（11）上部开放，用于接收从顶封头进入的反应原料；?所述外筛网（5）底部设置环箱支撑圈（7），所述环箱支撑圈（7）与所述内壳（6）和外筛网（5）的底部固定并与所述承压壳体（1）固定并在内部开孔以将所述外环形空间（11）和壳环形空间（12）连通，使反应原料由外环形空间（11）经环箱支撑圈（7）导入壳环形空间（12）；?所述中心筛网管（4）和外筛网（5）的内环壳（9）之间的内环形空间（13）?分为上、下两个区域，上部为催化剂床层a，下部为填充隔热填料的隔热填料区b。...

【技术特征摘要】
1.一种径向固定床甲烷化反应器，包括承压壳体(1)和内构件，其特征在于: 所述承压壳体(1)包括顶封头、底封头、中间壳体，所述顶封头上有反应原料入口，底封头上有反应产物出口； 所述内构件自上而下依次包括密封帽罩(3)、中部的中心筛网管(4)、外筛网(5)、内壳(6)以及底部的催化剂卸料管(8)； 所述中心筛网管(4)位于反应器中心，其顶部封闭，底部与所述的底封头的反应产物出口连通； 所述外筛网(5)包括内环壳(9)和外环壳(10)，所述内环壳(9)和外环壳(10)组成壳环形空间(12)，该壳环形空间(12)顶部封闭并且底部敞开，所述内环壳(9)为筛条和支撑杆焊接而成的楔形绕丝筛网结构，所述外环壳(10)为封闭壳体； 所述外筛网(5)位于承压壳体(1)和中心筛网管(4)之间，所述外筛网(5)的内环壳(9)与所述中心筛网管(4)之间形成内环形空间(13)； 所述内壳(6)固定在所述外筛网(5)的外环壳(10)以外，所述内壳(6)为单层封闭壳体，其内表面紧靠外筛网(5)的外环壳(10)； 所述外筛网(5)的外环壳(10)与内壳(6)与所述承压壳体(1)之间形成外环形空间(11 )，外环形空间(11)上部开放，用于接收从顶封头进入的反应原料； 所述外筛网(5)底部设置环箱支撑圈(7)，所述环箱支撑圈(7)与所述内壳(6)和外筛网(5)的底部固定并与所述承压壳体(1)固定并在内部开孔以将所述外环形空间(11)和壳环形空间(12)连通，使反应原料由外环形空间(11)经环箱支撑圈(7)导入壳环形空间(12)； 所述中心筛网管(4)和外筛网(5)的内环壳(9)之间的内环形空间(13)分为上、下两个区域，上部为催化剂床层a，下部为填充隔热填料的隔热填料区b。2.根据权利要求1所述的径向固定床甲烷化反应器，其特征在于: 所述内构件包括入口分配器(2)，所述入口分配器(2)与所述原料入口底部相连接。3.根据权利要求1所述的径向固定床甲烷化反应器，其特征在于: 所述外筛网(5)选自下列两类结构之一: 所述外筛网(5)是紧贴内壳(6)内壁的整体双层的圆筒外筛网结构，内层作为内环壳(9)，外层为外环壳(10)； 所述外筛网(5)或是小筛网单元沿内壳(6)内壁拼装成的单元组合结构，每个小筛网单元分成两侧面，一侧面朝向中心筛网管(4)作为每个小筛网单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铁钢，戴文松，张迎恺，吴迪，陈国柱，马婧，王卫军，
申请(专利权)人：中国石化工程建设有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：实用新型
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