[发明专利]一种不均匀分布催化剂床加回流多管和螺纹外壁面的硫酸分解管

说明书

本发明公开了一种不均匀分布催化剂床加回流多管和螺纹外壁面的硫酸分解管。所述硫酸分解管由碳化硅制成，外壁面与高温氦气接触，而外壁面表面的外螺纹则可以起到强化换热的作用，三个内管提供被加热硫酸与折返回流的高温气体混合物进行逆流换热的良好媒介。同时，通过催化剂区域内的不同孔隙率的颗粒布置，充分利用了有限空间，提升催化剂的利用率、降低加工成本。本发明主要从内管的余热回收作用和催化区域的分解反应出发进行结构设计，三个内管的回流设计可以强化换热，减少热量损失，不均匀催化剂颗粒布置可以在催化区上游保证分解高效进行，在催化剂下游降低压降阻力，进而降低成本。本发明硫酸分解管为工程实际的硫酸分解反应器的设计制造提供参考。

技术领域

本发明涉及一种不均匀分布催化剂床加回流多管和螺纹外壁面的硫酸分解管，属于核反应堆工程以及工艺热利用领域。

背景技术

氢气是一种清洁高效的能源载体，其可以对缓解世界能源危机起到积极作用。制氢的方法有很多，诸如电解水、煤气化和生物发酵等，但氢气在工业领域的用途十分广泛，且氢气用量需求较大，因此需要寻求一种大规模制氢的方法提供未来氢气产业链的巨大需要。其中，高温气冷堆耦合热化学碘硫循环的制氢工艺可以大幅提高氢气产量，同时与传统的电解水相比具有节约电能的优势，与煤气化相比具有清洁环保可持续的优势，这种热利用工艺的研究在核能制氢的工程实际应用方面具有重要意义。

在碘硫循环制氢工艺中，硫酸的分解反应需要在高温下进行，同时硫酸具有强腐蚀性，从而使得该环节的高效完成是整个循环的关键，因此需要提供一种结构紧凑、布局合理的硫酸分解管来提高分解率。

发明内容

本发明的目的是提供一种不均匀分布催化剂床加回流多管和螺纹外壁面的硫酸分解管，该硫酸分解管可以强化工质之间的换热，还可以提高硫酸分解反应的进行程度，从而为硫酸分解器的工程设计提供参考。

本发明所提供的不均匀分布催化剂床加回流多管和螺纹外壁面的硫酸分解管，包括一硫酸分解管；

所述硫酸分解管的一端开口；

所述硫酸分解管内布置有至少两个回流内管，所述回流内管之间以及所述回流内管与所述硫酸分解管之间均设有间隙，即所述回流内管之间以及与所述硫酸分解管之间形成环腔；

所述硫酸分解管内远离其开口端布置有催化区。

上述的硫酸分解管中，所述硫酸分解管内优选布置三个所述回流内管；

在所述硫酸分解管内，三个所述回流内管等间距布置。

上述的硫酸分解管中，沿所述硫酸分解管的开口端至封闭端的方向，所述催化区内的催化剂的孔隙率由小变大；

优选地，所述硫酸分解管内布置两个不同孔隙率的催化区，沿所述硫酸分解管的开口端至封闭端的方向，依次为低孔隙率催化区和高孔隙率催化区，所述低孔隙率催化区内催化剂的孔隙率小于所述高孔隙率催化区内催化剂的孔隙率；

即所述低孔隙率催化区位于催化剂床上游，硫酸在该区域内的分解速率较快，采用较为密集的催化剂布置可以保证硫酸的高效分解；

所述高孔隙率催化区位于催化剂床下游，硫酸在该区域内的分解速率趋于平缓，采用较为相对稀疏的催化剂布置可以在对硫酸分解影响较小的情况下，降低流动压降损失，同时采用较大的催化剂颗粒也可以降低加工成本，提高经济性。

上述的硫酸分解管中，所述硫酸分解管的外壁面上布置有外螺纹，通过该结构强化换热；

所述外螺纹通过挤出成型或车床加工形成。

上述的硫酸分解管中，所述硫酸分解管由碳化硅材料制成，高温氦气和硫酸通过碳化硅材质的壁面进行逆流换热；

所述回流内管由碳化硅材料制成，被加热的硫酸和折返而回的高温气体混合物通过所述回流内管进行逆流换热，从而有效回收余热，提高硫酸的分解率。