[发明专利]一种合成气甲烷化的滴流床反应装置和工艺

权利要求书

1.一种合成气甲烷化的滴流床反应装置，其特征在于，包括：甲烷化反应单元模块、换热器模块和油气分离模块三部分构成，其中，甲烷化反应单元模块包括导热油储罐和滴流床甲烷化反应器，换热器模块包括废热锅炉和原料预热器，油气分离模块包括油气分离器和泵；

导热油储罐的出口与滴流床甲烷化反应器的顶部入口相连，滴流床甲烷化反应器的底部出口依次通过废热锅炉、原料预热器与油气分离器入口相连，油气分离器用于把产品气和换热后的导热油分离；油气分离器的液相出口通过泵与导热油储罐入口相连，出来的导热油通过泵压返回导热油储罐循环使用；原料气通过原料预热器之后从滴流床甲烷化反应器上部入口进入滴流床甲烷化反应器，产品气从油气分离器的气相出口出来，废热锅炉通过冷却水换热产生高压蒸汽，从而有效利用反应热，回收能量。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述导热油储罐为卧式储罐，用于回收、存贮和供给滴流床甲烷化反应器所需要的惰性热载体介质，并保持热载体介质的温度。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述滴流床甲烷化反应器为气-固固定床甲烷化反应器，在反应器内装填有甲烷化固体催化剂，反应器上部安装有液体分布器和气-液混合空间；把导热油储罐内的惰性热载体介质引入反应器润湿催化剂，经过预热的原料气从反应器上部进入反应器与惰性热载体介质并流通过滴流床甲烷化反应器，完成甲烷化反应，生成的大量反应热由流动的惰性热载体介质吸收并带离反应单元。

4.根据权利要求1或2或3所述装置，其特征在于，所述甲烷化反应单元模块为两套互相并联的甲烷化反应单元模块，且分别在各自甲烷化反应单元模块的滴流床甲烷化反应器的底部出口与废热锅炉之间、甲烷化反应单元模块的上部入口与原料预热器之间、导热油储罐与泵之间加装两套共六个阀门，通过对两套阀门的控制，实现不停车更换催化剂。

5.一种合成气甲烷化的滴流床反应工艺，其特征在于，包括：

步骤1、将新鲜的甲烷化催化剂装填在催化反应器内，在滴流床甲烷化反应器顶部注入惰性热载体介质，调节适当的流量使惰性热载体介质处于适当流动状态，将催化剂全部润湿；

步骤2、将还原气体从滴流床甲烷化反应器上部与惰性热载体介质并流通入，升温到还原温度后在常压下对甲烷化催化剂进行还原；

步骤3、催化剂还原结束后，将还原气切换为经过净化和变换的原料合成气，原料气通过原料预热器预热到反应温度后通入到滴流床甲烷化反应器中，同时调整反应器压力到反应压力，在滴流床反应器中进行合成气的甲烷化反应；

步骤4、在甲烷化反应过程中，惰性热载体介质自上而下通过甲烷化反应器，吸收甲烷化反应所释放的大量反应热，降低催化剂床层温度，使得催化反应器接近等温操作；

步骤5、反应器出口流出的高温惰性热载体介质与产品气体的混合物经回收余热、冷却后进入油气分离单元，分离得到的惰性热载体介质通过泵压回导热油储罐，与新鲜冷却介质混合，并循环使用；产品气体进入净化单元脱水、净化得到合格的合成天然气，在冷却高温惰性热载体介质和产品气过程中，副产2.0MPa以上过热蒸汽。

6.根据权利要求5所述工艺，其特征在于，所述甲烷化反应的原料气为煤或生物质经过气化炉和变换反应器后得到的合成气，CO/CO₂摩尔浓度在2％～35％之间，(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)的摩尔比在2～4之间；原料气预热温度为80～180℃。

7.根据权利要求5所述工艺，其特征在于，所述甲烷化催化剂为Ni含量在5～60wt％的工业化镍系甲烷化催化剂，催化剂粒度为常规工业甲烷化催化剂规格，装填方式与气固固定床甲烷化催化反应器催化剂装填方式一致；所述催化剂的还原条件为在300～450℃下，用N₂+H₂混合气体或者纯H₂还原4～8小时，还原空速选定甲烷化操作空速的25％～50％。

8.根据权利要求5所述工艺，其特征在于，所述惰性热载体介质包括二苄基甲苯、聚二甲基硅氧烷在内的合成型导热油。

9.根据权利要求5所述工艺，其特征在于，所述惰性热载体介质的质量流量范围为3～10kg/s，以保证催化剂颗粒被全部润湿，且方便吸收和移除反应热。

10.根据权利要求5所述工艺，其特征在于，所述甲烷化反应温度为200～450℃、操作压力为0.1～6.0MPa、操作空速为2000～50000h^-1。