[发明专利]一种整体催化剂反应器及其在天然气重整制合成气中应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气重整制合成气的整体结构催化剂反应器。该反应器适合于采用整体结构催化剂催化重整甲烷制合成气的反应。

背景技术

在天然气-氧气/空气催化重整制合成气反应中，如果反应体系特别是催化剂载体的传热较差，容易导致局部区域，比如氧气和甲烷气流接触反应区域产生热量过多散热太慢而局部温度极高，形成热点，同样，在天然气和水蒸汽反应区域却热量供给不足形成冷点，热点容易导致催化剂失活，而冷点使反应活性下降。传统的填充床颗粒催化剂其在传热和传质方面性能较差，而整体结构催化剂在强化传热和传质方面具有优势，目前关于这种整体结构催化剂用于天然气重整的催化反应器不多，而且没有采用氧分布器的整体结构催化剂用的反应器类型，因此有必要开发利用整体结构催化剂的新型催化反应器用于天然气重整制合成气。

发明内容

本发明的目的是提供一种整体结构催化剂使用的催化反应器，可用于整体结构催化剂的天然气和氧气/或者空气、水蒸汽催化转化制合成气。

本发明的目的是通过如下措施来达到：

本发明提供的催化反应器具有多层结构，整体结构催化剂为主催化剂，氧分布器位于其氧分布器通道内，整体结构催化剂位于内衬高温陶瓷浇铸保温层的反应器中，空隙间填充了颗粒催化剂为次催化剂。整体结构催化剂可由整体泡沫碳化硅、或者蜂窝堇青石担载Ni，Rh中至少一种金属组成；氧分布器由高温抗氧化合金制备；颗粒催化剂由Mg-Al尖晶石担载Ni，Rh中至少一种金属而得；反应器由内衬高温陶瓷浇铸保温层的不锈钢反应器构成。

本发明具体为：有内衬高温陶瓷浇铸保温层的不锈钢反应器，采用整体结构催化剂为主催化剂；

反应器内设置有整体结构催化剂，中间有用于放置氧气分布器的通道结构，氧分布器伸入桶状整体结构催化剂内部. 催化剂块由带孔陶瓷支撑盘支撑在反应器内，

在整体催化剂和反应器、反应器和氧分布器之间填充了颗粒催化剂作为次催化剂；

所述整体结构催化剂由整体泡沫碳化硅或者蜂窝堇青石为载体的催化剂，担载Ni、Rh中至少一种金属，金属活性组份的含量为0.1-25wt％；颗粒催化剂由尖晶石担载Ni、Rh中至少一种金属而得，金属活性组份的含量为0.1-25wt％。

所述氧分布器使用了由高温抗氧化合金制备的氧分布器；所述氧分布器为一端封口的管状、管壁上设有直径为0.1-5mm的氧分布孔；所述氧分布器由高温抗氧化合金KF14所制备。

本发明用于天然气催化转化制合成气生产，其进料比为：水碳比为1.0－3.0,氧碳比为0.4-0.65。最合适的比例是水碳比为2，氧碳比为0.5。氧气原料可以是纯氧气，也可以是空气。反应条件为炉子催化剂温度750^oC-1000^oC，压力为0.1-3Mpa,天然气体积空速为1000－10000h^－1。

本发明具有如下优点：

该催化反应器可以将天然气和水蒸汽、氧气转化为合成气。该催化反应器可强化热量传递和物料混合，改善催化剂床层温度分布，使催化剂床层的温度分布更加均匀，同时又避免了反应物流的旁路。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。（1）不锈钢外壳 (2) 高温陶瓷浇铸保温层 (3) 颗粒催化剂（4）整体结构催化剂 （5）氧分布器 (6) 带孔陶瓷支撑盘 (7) 氧气(或空气)入口 (8) 甲烷入口 (9) 合成气出口。

具体实施方式

实施例1

一种整体结构催化剂反应器，其为有内衬高温陶瓷浇铸保温层的不锈钢反应器，采用整体结构催化剂为主催化剂；

反应器内设置有整体结构催化剂，整体结构催化剂为下部带底、上端开口的桶状结构，即中间有用于放置氧气分布器的通道结构，氧分布器伸入桶状整体结构催化剂内部；

在整体催化剂和反应器、反应器和氧分布器之间填充了颗粒催化剂作为次催化剂；

所述整体结构催化剂由整体泡沫碳化硅或者蜂窝堇青石为载体的催化剂，担载Ni金属，金属活性组份的含量为20wt％；颗粒催化剂由尖晶石担载Rh中金属而得，金属活性组份的含量为0.5wt％。

所述氧分布器使用了由高温抗氧化合金KF14制备的氧分布器。

氧分布器的形状为：上端有开口下端无口的管状，下部分布有多排直径为0.5mm的氧分布孔。

35个直径16cm的Ni基泡沫碳化硅整体结构催化剂，放置在有内衬高温陶瓷保温层的304不锈钢金属反应器内。每个整体结构催化剂轴方向上有7个直径3cm的氧分布器通道，通道内放置直径为1.5cm的氧分布器。在整体结构催化剂、氧分布器之间以及整体结构催化剂和反应器陶瓷内衬之间都填充有直径为0.5cm的颗粒催化剂。该催化反应器用于天然气、水蒸气和氧气的重整，在原料水碳比为2，氧碳比为0.5，天然气空速为3000h^-1、压力为1Mpa，出口温度835^oC的条件下，反应结果（甲烷转化率95.2％，干气组成：H₂：68.8％；CO：16.8％；CH₄：1.4％； CO₂： 12.7％）显示甲烷实现了接近热力学平衡转化。