[实用新型]一种利用催化燃烧反应作为热源的管壳式反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用催化燃烧反应作为热源的管壳式反应器，特别涉及一种为天然气水蒸气催化重整制氢、甲醇水蒸气裂解制氢、沼气重整制氢反应提供热量的管壳式反应器。

背景技术

氢气是一种应用广泛的原材料，工业上作为原料气、还原气、冷却气、保护气和燃烧气，在化工、石油化工、冶金和科学研究等领域，有着广泛的用途；同时作为一种高效、清洁的能源，成为燃料电池燃料的首选。

天然气水蒸气催化重整制氢、甲醇水蒸气裂解制氢、沼气重整制氢等方法均是目前国内向市场供氢的主要制氢方法。天然气制氢和沼气重整制氢采用的转化器是管式工业炉，该设备具有用耐火材料包围的燃烧室。利用燃料直接燃烧产生的热量将物质（固体或流体）加热并发生转化反应。管式工业炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统五部分组成。辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分，这个部分直接受到火焰冲刷，温度最高，必须充分考虑所用材料的强度和耐热性能等，转化部分是个热交换的主要场所，全炉热负荷的70-80％是由辐射室担负的，是全炉最重要的部分；对流室是靠由辐射室出来的高温烟气进行对流换热的部分，对流室内密布多排炉管，烟气以较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流传热，对流室一般担负全炉热负荷的20-30％；余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分，安设余热回收系统后，整个炉子的总热效率能达到88-90％；燃烧器通过燃烧燃料气产生热量；通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，并将废气引出炉子。

因天然气转化制氢反应是一个强吸热反应，所以在转化炉管内部随着反应深度的加强，催化剂床层的温度梯度会呈现一种沿气体流动方向逐渐降低的状态，但为了是整个炉管内的反应在一个相对稳定的温度下进行，这就要求炉管各段获得的热量不一致，总的来说就是沿着反应气体流动的方向，炉管获得的热量逐渐增加。可以说转化炉辐射室的设计和操作的核心问题是使炉管的壁温上下均匀，也就是减少由于反应不平衡所造成的局部析碳和过热，延长炉管寿命。在通常的天然气蒸汽转化炉中，采用燃烧器燃烧方向与原料气气体流动方向一致的方法解决这个问题。一般来说，转化炉管的长度受到炉管内催化剂抗压强度、允许的压力降、烟气中温度梯度及转化管膨胀等因素的限制，一般转化管的长度约为8-12m。对于大、中型天然气制氢转化装置采用这种长度的转化炉管较为经济。但对于小型天然气转化装置，采用长炉管势必会增加炉体钢结构及耐火材料的投资，且整个转化炉体积以及占地面积过大，造成对各种资源不必要的浪费。另外，天然气水蒸气重整制氢装置尾气中可燃组分没有得到有效的利用，造成资源浪费。

甲醇水蒸气重整制氢反应器的结构是管壳式反应器，壳体通入热载体，通常热载体为导热油，管程中有催化剂，在壳程中高温热载体为管程中的转化反应提供热量，促使原料与水蒸气在管内部进行转化反应，制取合成氨原料气（即氢气）。甲醇水蒸气重整制氢反应为吸热反应，整个装置需要外加热源，现有的甲醇水蒸气重整制氢装置广泛采用导热油系统作为热源，导热油作为热载体，导热油系统多采用明火加热装置（如燃煤或燃油、气等），导热油一般采用矿物油（型号为WD-320），这种矿物油容易结碳，2-3年必须清洗整个导热油系统所有管线和设备，增加了成本；此外，根据国家有关规定，明火装置与氢气装置的安全距离不得小于15m，而导热油系统本身占地面积较大，这就使整个甲醇水蒸气重整制氢装置占地面积大；另外，尾气中可燃组分没有得到有效的利用，造成资源浪费。

上述两种方法均采用明火装置，前者由于转化反应剧烈，烟气温度高，对操作系统及控制系统和材料都提出了很高的要求，后者需提供占地面积大，投资大的导热油炉房，以煤或燃油为燃料。这两种方式均对环境造成了很大污染，无形中又增大了环保方面的投入。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种利用催化燃烧反应作为热源的管壳式反应器。该管壳式反应器构思巧妙、设计合理，占地面积小，生产成本低，提高了资源利用率。

为实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用催化燃烧反应作为热源的管壳式反应器，包括反应器壳程、上封板和下封板，反应器壳程分别与上封板和下封板固定连接，

所述反应器壳程的上部连接有烟气出口，中部连接有二次空气进口，下部一侧连接有一次空气进口，另一侧连接有尾气进气口；