專利名稱：一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，特別涉及一種 為天然氣水蒸氣催化重整制氫、甲醇水蒸氣裂解制氫、沼氣重整制氫反應(yīng)提供熱量的管殼 式反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
氫氣是一種應(yīng)用廣泛的原材料，工業(yè)上作為原料氣、還原氣、冷卻氣、保護(hù)氣和燃 燒氣，在化工、石油化工、冶金和科學(xué)研究等領(lǐng)域，有著廣泛的用途；同時(shí)作為一種高效、清 潔的能源，成為燃料電池燃料的首選。天然氣水蒸氣催化重整制氫、甲醇水蒸氣裂解制氫、沼氣重整制氫等方法均是目 前國內(nèi)向市場(chǎng)供氫的主要制氫方法。天然氣制氫和沼氣重整制氫采用的轉(zhuǎn)化器是管式工業(yè) 爐，該設(shè)備具有用耐火材料包圍的燃燒室。利用燃料直接燃燒產(chǎn)生的熱量將物質(zhì)(固體或流 體)加熱并發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。管式工業(yè)爐一般由輻射室、對(duì)流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器以及通 風(fēng)系統(tǒng)五部分組成。輻射室是通過火焰或高溫?zé)煔膺M(jìn)行輻射傳熱的部分，這個(gè)部分直接受 到火焰沖刷，溫度最高，必須充分考慮所用材料的強(qiáng)度和耐熱性能等，轉(zhuǎn)化部分是個(gè)熱交換 的主要場(chǎng)所，全爐熱負(fù)荷的70-80%是由輻射室擔(dān)負(fù)的，是全爐最重要的部分；對(duì)流室是靠 由輻射室出來的高溫?zé)煔膺M(jìn)行對(duì)流換熱的部分，對(duì)流室內(nèi)密布多排爐管，煙氣以較大速度 沖刷這些管子，進(jìn)行有效的對(duì)流傳熱，對(duì)流室一般擔(dān)負(fù)全爐熱負(fù)荷的20-30% ；余熱回收系 統(tǒng)是從離開對(duì)流室的煙氣中進(jìn)一步回收余熱的部分，安設(shè)余熱回收系統(tǒng)后，整個(gè)爐子的總 熱效率能達(dá)到88-90%;燃燒器通過燃燒燃料氣產(chǎn)生熱量；通風(fēng)系統(tǒng)的任務(wù)是將燃燒用空氣 導(dǎo)入燃燒器，并將廢氣引出爐子。因天然氣轉(zhuǎn)化制氫反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng)，所以在轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)部隨著反應(yīng)深度的 加強(qiáng)，催化劑床層的溫度梯度會(huì)呈現(xiàn)一種沿氣體流動(dòng)方向逐漸降低的狀態(tài)，但為了是整個(gè) 爐管內(nèi)的反應(yīng)在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度下進(jìn)行，這就要求爐管各段獲得的熱量不一致，總的 來說就是沿著反應(yīng)氣體流動(dòng)的方向，爐管獲得的熱量逐漸增加?？梢哉f轉(zhuǎn)化爐輻射室的設(shè) 計(jì)和操作的核心問題是使?fàn)t管的壁溫上下均勻，也就是減少由于反應(yīng)不平衡所造成的局部 析碳和過熱，延長(zhǎng)爐管壽命。在通常的天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化爐中，采用燃燒器燃燒方向與原料氣 氣體流動(dòng)方向一致的方法解決這個(gè)問題。一般來說，轉(zhuǎn)化爐管的長(zhǎng)度受到爐管內(nèi)催化劑抗 壓強(qiáng)度、允許的壓力降、煙氣中溫度梯度及轉(zhuǎn)化管膨脹等因素的限制，一般轉(zhuǎn)化管的長(zhǎng)度約 為8-12m。對(duì)于大、中型天然氣制氫轉(zhuǎn)化裝置采用這種長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)化爐管較為經(jīng)濟(jì)。但對(duì)于小 型天然氣轉(zhuǎn)化裝置，采用長(zhǎng)爐管勢(shì)必會(huì)增加爐體鋼結(jié)構(gòu)及耐火材料的投資，且整個(gè)轉(zhuǎn)化爐 體積以及占地面積過大，造成對(duì)各種資源不必要的浪費(fèi)。另外，天然氣水蒸氣重整制氫裝置 尾氣中可燃組分沒有得到有效的利用，造成資源浪費(fèi)。甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)是管殼式反應(yīng)器，殼體通入熱載體，通常熱載 體為導(dǎo)熱油，管程中有催化劑，在殼程中高溫?zé)彷d體為管程中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量，促使 原料與水蒸氣在管內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，制取合成氨原料氣(即氫氣)。甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，整個(gè)裝置需要外加熱源，現(xiàn)有的甲醇水蒸氣重整制氫裝置廣泛采用導(dǎo)熱 油系統(tǒng)作為熱源，導(dǎo)熱油作為熱載體，導(dǎo)熱油系統(tǒng)多采用明火加熱裝置(如燃煤或燃油、氣 等)，導(dǎo)熱油一般采用礦物油(型號(hào)為WD-320)，這種礦物油容易結(jié)碳，2-3年必須清洗整個(gè)導(dǎo) 熱油系統(tǒng)所有管線和設(shè)備，增加了成本；此外，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，明火裝置與氫氣裝置的 安全距離不得小于15m，而導(dǎo)熱油系統(tǒng)本身占地面積較大，這就使整個(gè)甲醇水蒸氣重整制氫 裝置占地面積大；另外，尾氣中可燃組分沒有得到有效的利用，造成資源浪費(fèi)。上述兩種方法均采用明火裝置，前者由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)劇烈，煙氣溫度高，對(duì)操作系統(tǒng) 及控制系統(tǒng)和材料都提出了很高的要求，后者需提供占地面積大，投資大的導(dǎo)熱油爐房，以 煤或燃油為燃料。這兩種方式均對(duì)環(huán)境造成了很大污染，無形中又增大了環(huán)保方面的投入。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于針對(duì)上述存在的問題，提供一種利用催化燃燒反應(yīng) 作為熱源的管殼式反應(yīng)器。該管殼式反應(yīng)器構(gòu)思巧妙、設(shè)計(jì)合理，占地面積小，生產(chǎn)成本低， 提高了資源利用率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼程、上封板和下 封板，反應(yīng)器殼程分別與上封板和下封板固定連接，所述反應(yīng)器殼程的上部連接有煙氣出口，中部連接有二次空氣進(jìn)口，下部一側(cè)連 接有一次空氣進(jìn)口，另一側(cè)連接有尾氣進(jìn)氣口 ；所述反應(yīng)器殼程中連接有轉(zhuǎn)化管，該轉(zhuǎn)化管的兩端分別設(shè)置有轉(zhuǎn)化器法蘭和轉(zhuǎn)化 氣出口，轉(zhuǎn)化管的上部連接有原料氣進(jìn)氣口，轉(zhuǎn)化管的內(nèi)部設(shè)置有絕熱堵頭和轉(zhuǎn)化催化劑 托盤，所述轉(zhuǎn)化器法蘭與法蘭蓋連接；所述反應(yīng)器殼程中依次設(shè)置有第一氣體分布板、第二氣體分布板和第三氣體分布 板。作為優(yōu)選方式，所述轉(zhuǎn)化管中設(shè)置有轉(zhuǎn)化催化劑。作為優(yōu)選方式，所述第一氣體分布板和第二氣體分布板之間、第二氣體分布板和 第三氣體分布板之間均設(shè)置有催化燃燒反應(yīng)用催化劑。作為優(yōu)選方式，所述二次空氣進(jìn)口、一次空氣進(jìn)口和尾氣進(jìn)氣口的橫剖面為半圓 型的環(huán)管。作為優(yōu)選方式，所述所述第一氣體分布板為環(huán)狀。作為優(yōu)選方式，所述轉(zhuǎn)化器法蘭與法蘭蓋通過緊固件連接。本實(shí)用新型絕熱堵頭采用絕熱材料可以隔絕熱量的散失；反應(yīng)器殼程外表面與環(huán) 狀半圓管相接觸的地方鉆有一定數(shù)量的小孔，使進(jìn)氣相對(duì)均勻；第一氣體分布板為環(huán)狀，由 燒結(jié)金屬制成，燒結(jié)金屬板內(nèi)部有微孔，可以使進(jìn)入轉(zhuǎn)化器殼程的氣體能夠再次被均勻分布。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型構(gòu)思巧妙、設(shè)計(jì)合理，占地面積小，生產(chǎn)成本低，提高了資源利用率。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意4[0022]圖2是本實(shí)用新型一次空氣進(jìn)口結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記1緊固件、2法蘭蓋、3轉(zhuǎn)化器法蘭、4絕熱堵頭、5轉(zhuǎn)化管、6原料氣 進(jìn)氣口、7上封板、8煙氣出口、9反應(yīng)器殼程、10 二次空氣進(jìn)口、11 一次空氣進(jìn)口、12下 封板、13轉(zhuǎn)化氣出口、14轉(zhuǎn)化催化劑托盤、15尾氣進(jìn)氣口、16第一氣體分布板、17催化 燃燒反應(yīng)用催化劑、18轉(zhuǎn)化催化劑、19第二氣體分布板、20第三氣體分布板。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。實(shí)施例如圖1、2所示，一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，包括反 應(yīng)器殼程9、上封板7和下封板12，反應(yīng)器殼程9分別與上封板7和下封板12固定連接，所 述反應(yīng)器殼程9的上部連接有煙氣出口 8，中部連接有二次空氣進(jìn)口 10，下部一側(cè)連接有一 次空氣進(jìn)口 11，另一側(cè)連接有尾氣進(jìn)氣口 15 ；所述反應(yīng)器殼程9中連接有轉(zhuǎn)化管5，該轉(zhuǎn)化 管5的兩端分別設(shè)置有轉(zhuǎn)化器法蘭3和轉(zhuǎn)化氣出口 13，轉(zhuǎn)化管5的上部連接有原料氣進(jìn)氣 口 6，轉(zhuǎn)化管5的內(nèi)部設(shè)置有絕熱堵頭4和轉(zhuǎn)化催化劑托盤14，所述轉(zhuǎn)化器法蘭3與法蘭蓋 2連接；所述反應(yīng)器殼程9中依次設(shè)置有第一氣體分布板16、第二氣體分布板19和第三氣 體分布板20。所述轉(zhuǎn)化管5中設(shè)置有轉(zhuǎn)化催化劑18。所述第一氣體分布板16和第二氣體分布 板19之間、第二氣體分布板19和第三氣體分布板20之間均設(shè)置有催化燃燒反應(yīng)用催化劑 17。所述二次空氣進(jìn)口 10、一次空氣進(jìn)口 11和尾氣進(jìn)氣口 15的橫剖面為半圓型的環(huán)管。 所述所述第一氣體分布板16為環(huán)狀。所述轉(zhuǎn)化器法蘭3與法蘭蓋2通過緊固件1連接。由于催化燃燒反應(yīng)十分劇烈，為了將催化燃燒反應(yīng)的劇烈程度控制在一定范圍以 內(nèi)，所以空氣分兩次進(jìn)入反應(yīng)器殼程。從一次空氣進(jìn)口進(jìn)入一定量的空氣，與從尾氣進(jìn)氣口 進(jìn)入反應(yīng)器的尾氣在催化燃燒催化劑的作用下發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)物為二氧化碳 和水，未完全反應(yīng)的尾氣通過件號(hào)第二氣體分布板進(jìn)入另一個(gè)催化劑床層，在此床層內(nèi)又 通入二次空氣，在二次空氣的作用下，使尾氣完全被反應(yīng)掉，催化燃燒反應(yīng)放出的熱場(chǎng)也是 由上而下逐漸增加，該熱場(chǎng)分布正好符合轉(zhuǎn)化管內(nèi)轉(zhuǎn)化反應(yīng)對(duì)熱量的需要，發(fā)生催化燃燒 反應(yīng)后的產(chǎn)生的煙氣通過煙氣出口被排出反應(yīng)器外。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，其特征在于包括反應(yīng)器殼程 (9)、上封板(7)和下封板(12)，反應(yīng)器殼程(9)分別與上封板(7)和下封板(12)固定連接，所述反應(yīng)器殼程(9)的上部連接有煙氣出口(8)，中部連接有二次空氣進(jìn)口(10)，下部 一側(cè)連接有一次空氣進(jìn)口( 11 )，另一側(cè)連接有尾氣進(jìn)氣口(15)；所述反應(yīng)器殼程(9)中連接有轉(zhuǎn)化管(5)，該轉(zhuǎn)化管(5)的兩端分別設(shè)置有轉(zhuǎn)化器法蘭 (3 )和轉(zhuǎn)化氣出口( 13 )，轉(zhuǎn)化管(5 )的上部連接有原料氣進(jìn)氣口( 6 )，轉(zhuǎn)化管(5 )的內(nèi)部設(shè)置 有絕熱堵頭(4 )和轉(zhuǎn)化催化劑托盤(14 )，所述轉(zhuǎn)化器法蘭(3 )與法蘭蓋(2 )連接；所述反應(yīng)器殼程(9)中依次設(shè)置有第一氣體分布板(16)、第二氣體分布板(19)和第三 氣體分布板(20)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，其特征在 于所述轉(zhuǎn)化管(5)中設(shè)置有轉(zhuǎn)化催化劑(18)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，其特征在 于所述第一氣體分布板(16)和第二氣體分布板(19)之間、第二氣體分布板(19)和第三氣 體分布板(20 )之間均設(shè)置有催化燃燒反應(yīng)用催化劑(17)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，其特征在 于所述二次空氣進(jìn)口(10)、一次空氣進(jìn)口(11)和尾氣進(jìn)氣口(15)的橫剖面為半圓型的環(huán) 管。
5.如權(quán)利要求1所述的一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，其特征在 于所述所述第一氣體分布板(16)為環(huán)狀。
6.如權(quán)利要求1所述的一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，其特征在 于所述轉(zhuǎn)化器法蘭(3 )與法蘭蓋(2 )通過緊固件(1)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種利用催化燃燒反應(yīng)作為熱源的管殼式反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼程、上封板和下封板，反應(yīng)器殼程分別與上封板和下封板固定連接，所述反應(yīng)器殼程的上部連接有煙氣出口，中部連接有二次空氣進(jìn)口，下部一側(cè)連接有一次空氣進(jìn)口，另一側(cè)連接有尾氣進(jìn)氣口；所述反應(yīng)器殼程中連接有轉(zhuǎn)化管，該轉(zhuǎn)化管的兩端分別設(shè)置有轉(zhuǎn)化器法蘭和轉(zhuǎn)化氣出口，轉(zhuǎn)化管的上部連接有原料氣進(jìn)氣口，轉(zhuǎn)化管的內(nèi)部設(shè)置有絕熱堵頭和轉(zhuǎn)化催化劑托盤，所述轉(zhuǎn)化器法蘭與法蘭蓋連接；所述反應(yīng)器殼程中依次設(shè)置有第一氣體分布板、第二氣體分布板和第三氣體分布板。本實(shí)用新型構(gòu)思巧妙、設(shè)計(jì)合理，占地面積小，生產(chǎn)成本低，提高了資源利用率。
文檔編號(hào)C01B3/38GK201842639SQ201020579420
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者杜雯雯, 王業(yè)勤, 陳志國 申請(qǐng)人:四川亞聯(lián)高科技股份有限公司