[发明专利]一种合成气制甲烷的流化床工艺和装置

权利要求书

1.一种合成气制甲烷的流化床工艺方法，其特征在于所述工艺按如下步骤进行：

(1)将催化剂加入流化床反应器内形成催化剂床层，通入惰性气体置换反应器内气体；

(2)加热催化剂床层温度至200～600℃，同时在惰性气体中加入还原气使催化剂原位还原；

(3)合成气从流化床反应器底部经由气体分布器进入流化床反应器，在流化床反应器筒体内或流化床反应器筒体外设置换热构件，所述的合成气为CO和氢气的混合气，或在CO和氢气的混合气中含有CO₂、CH₄、N₂、H₂O和H₂S中的任一种或它们中的几种。

(4)在200～700℃反应温度和1～70大气压下进行反应，并将冷却介质通入换热构件中移出反应热；

(5)反应后的气体从流化床反应器顶部流出，进入分离工段进行分离，得到甲烷产品。

2.根据权利要求1所述的一种合成气制甲烷的流化床工艺方法，其特征在于：所述的流化床工艺还包括对催化剂的在线更换处理；所述的催化剂更换过程包括将流化床反应器内部分失活的催化剂通过失活催化剂导出管输送到回收器，以及将催化剂由催化剂进料管输送到流化床反应器。

3.根据权利要求1所述的一种合成气制甲烷的流化床工艺方法，其特征在于：所述的催化剂为负载型催化剂，其中催化剂活性组分为Pd、Pt、Co、Ni、Ru、Ag、Fe、Rh和Cu中的一种或几种的组合，活性组分的质量百分含量为0.1～60.0％；催化剂载体为Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZnO、ZrO₂、MgO和分子筛中的一种或两种，催化剂载体粒径为20～200μm。

4.根据权利要求3所述的一种合成气制甲烷的流化床工艺方法，其特征在于：在所述的负载型催化剂中加入助剂，助剂为Na、K、Cs、Li、Mg、Zn和Ca中任一种或两种金属的氧化物、氢氧化物或盐。

5.根据权利要求1所述的一种合成气制甲烷的流化床工艺，其特征在于：所述合成气中一氧化碳和氢气的摩尔配比为1∶1～1∶6，操作空速为1000～50000h^-1。

6.根据权利要求1所述的一种合成气制甲烷的流化床工艺，其特征在于：在流化床反应器中还加入催化剂稀释剂，稀释剂与催化剂的重量配比为0.1∶1～50∶1，稀释剂为氧化铝、硅胶、陶瓷和碳化硅中的任一种或几种的混合。

7.一种实现如权利要求1所述流化床工艺的合成气制甲烷的流化床装置，其特征在于：该装置包括流化床反应器筒体(1)，位于流化床底部的原料气入口(2)和气体分布器(3)，在流化床反应器筒体内或流化床反应器筒体外设置换热构件(4)，位于流化床反应器筒体上部的扩大段(5)，位于扩大段内的旋风分离器(6)，以及位于扩大段顶部的气体出口(7)和催化剂加料口(8)。

8.按照权利要求7所述的流化床工艺的合成气制甲烷的流化床装置，其特征在于：所述的流化床反应器筒体内设置一块或多块级间多孔分布板(14)，将流化床反应器筒体内的催化剂床层分成至少两级；所述多孔分布板开孔率为1～40％；不同级之间设置催化剂外溢流管(13a)或催化剂内溢流管(13)，或者同时设置催化剂外溢流管(13a)和内溢流管(13)。

9.一种实现如权利要求2所述流化床工艺的合成气制甲烷的流化床装置，其特征在于：该装置包括流化床反应器筒体(1)，位于流化床反应器筒体底部的原料气入口(2)和气体分布器(3)，在流化床反应器筒体内或流化床反应器筒体外设置的换热构件(4)，位于流化床反应器筒体上部的扩大段(5)，位于扩大段内的旋风分离器(6)，位于扩大段顶部的气体出口(7)和催化剂加料口(8)，以及催化剂回收器(10)和气提器(11)；所述的催化剂回收器通过失活催化剂输出管(9)和流化床反应器筒体相连，所述的气提器和流化床反应器筒体通过催化剂进料管(12)相连。

10.按照权利要求9所述的流化床工艺的合成气制甲烷的流化床装置，其特征在于：所述的流化床反应器筒体内设置一块或者多块级间多孔分布板(14a，14b)，将流化床反应器筒体内的催化剂床层分成至少两段；所述的级间多孔分布板的开孔率为1～40％；在不同级之间设置催化剂外溢流管(13a)或内溢流管(13)，或者同时设置催化剂外溢流管(13a)和内溢流管(13)。