CN107539950B - 一种甲烷自热干重整反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甲烷自热干重整反应装置，包括装置外壳、气体入口管、气体出口管、气体出口套筒、均流装置及两个以上的多孔介质反应器，所述反应气体入口管插入气体出口套筒内，气体出口套筒与气体出口管连接，所述均流装置位于空腔内，且所述均流装置与气体出口套筒互通，两个以上的多孔介质反应器构成密闭的空腔，该空腔设置在装置外壳内，且与装置外壳间隔距离，所述气体出口套筒位于空腔的中心位置。本发明保证甲烷自热干重整反应的持续稳进行。
Description
技术领域
本发明涉及气体反应装置，具体涉及一种甲烷自热干重整反应装置。
背景技术
甲烷二氧化碳重整(也称为甲烷干重整)制合成气技术对生物质气的高效利用，以及减少温室效应气体的排放，都有着非常重要的意义。但由于甲烷干重整反应过程中会形成大量积炭，从而影响催化剂的活性和寿命，因而限制了其商业化应用。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种甲烷自热干重整反应装置,本发明能够利用反应余热预热反应气体，同时提高反应温度的反应装置，从而保证甲烷自热干重整反应的稳定进行。
本发明采用如下技术方案：
一种甲烷自热干重整反应装置，包括装置外壳、气体入口管、气体出口管、气体出口套筒、均流装置及两个以上的多孔介质反应器，所述气体入口管插入气体出口套筒内，气体出口套筒与气体出口管连接，所述均流装置位于空腔内，且所述均流装置与气体出口套筒互通，两个以上的多孔介质反应器构成密闭的空腔，该空腔设置在装置外壳内，且与装置外壳间隔距离，所述气体出口套筒位于空腔的中心位置。
还包括耐火填充物，当多孔介质反应器为两个时，两个多孔介质反应器处于相对位置，两个多孔介质反应器与耐火填充物构成密闭的空腔，当多孔介质反应器为三个以上时，三个以上的多孔介质反应器构成密闭的空腔结构。
所述多孔介质反应器的侧面为梯形或圆锥形。
所述气体出口套筒为圆柱体、长方体或椭圆柱体。
所述气体出口套筒的壁面上开有孔或壁面为栅格状。
所述均流装置上开孔。
所述气体入口管一端开口位于装置外壳的上侧，穿过反应装置空腔中心的反应高温区，另一端开口位于空腔与装置外壳之间。
本发明的有益效果：
(1)甲烷、二氧化碳与空气的混合物进入反应气体入口管后，能够被气体出口套筒内的高温气体预热，有利于甲烷的着火。
(2)甲烷、二氧化碳与空气的混合物进入多孔介质反应器壁面后，由于多孔介质反应器的传热特性，可在其中形成超绝热高温，有利于甲烷自热干重整反应的持续稳定进行。
(3)多孔介质反应器壁面设计成梯形，能够把火焰锋面稳定在多孔介质内。
(4)在反应装置的中心区域，由于周围梯形多孔介质反应器壁面的辐射，形成了中心高温区，有利于甲烷自热干重整反应的持续稳定进行。
(5)反应装置内的出口气体套筒可以延长气体在高温区的停留时间，有利于甲烷自热干重整反应的完全进行。
(6)反应装置内加设均流装置，可以保证气体在反应装置内的均匀分配。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明实施例中多孔介质反应器壁面为弧形的结构示意图；
图3是本发明有两个介质反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种甲烷自热干重整反应装置，包括装置外壳3、气体入口管1、气体出口管2、气体出口套筒7、均流装置5及两个以上的多孔介质反应器6。
所述两个以上的多孔介质反应器构成密闭的空腔，如图1和图2所示，当多孔介质反应器为两个时，两个多孔介质反应器处于相对的位置，两个多孔介质反应器与耐火填充物4构成的密闭空腔，如图3所示，当多孔介质反应器为三个以上时，三个以上的多孔介质反应器构成密闭的空腔结构或者三个以上的多孔介质反应器与耐火填充物构成密闭的空腔，耐火填充物起到隔热保温作用。
多孔介质反应器内填充的介质可以是惰性多孔介质，如三氧化二铝，也可以是催化剂，或是催化剂与惰性多孔介质混合而成，多孔介质反应器可以为相同孔隙率，也可以为多种孔隙率混合。
所述气体入口管插入气体出口套筒，穿出密闭空腔，所述气体入口管一端的入口在装置外壳的上侧，另一端的出口在空腔和外壳内侧的中间，所述密闭空腔位于装置外壳内，且与装置外壳间隔一定距离，气体入口管设置在气体出口套筒内，可以利用出口气体的余热加热反应气体，有利于反应气体的着火，同时也能提高反应温度，有利于反应的稳定进行。
所述气体出口套筒位于空腔的中心位置，气体出口套筒可以延长反应气体在高温区的停留时间，有利于完全反应，所述气体出口管与气体出口套筒连接，所述均流装置位于空腔内，且所述均流装置与气体出口套筒互通。均流装置可以保证反应装置各处的压力分布均匀，从而保证气体流速能够在反应装置的多个多孔介质器壁面上均匀分配，所述均流装置上可以开孔。
所述气体出口套筒的形状是圆柱体、长方体或椭圆柱体，套筒壁面上可以开各种形状的孔，套筒壁面也可以做成栅格状。
所述多孔介质反应器的侧面为梯形或圆锥形。
反应气体在布置于反应装置壁面上的梯形多孔介质反应器内可以形成超绝热燃烧，燃烧温度高，有利于稳定着火，同时四周多孔介质的辐射放热可在反应装置中心形成高温区，从而保证反应的稳定进行。所述梯形多孔介质反应器的侧面为梯形，有利于火焰稳定在多孔介质内。
本发明的工作过程为：
甲烷、二氧化碳与空气的混合物经气体入口管进入装置后，被气体出口套筒内的高温气体预热，然后在装置外壳与多孔介质反应器之间，进一步的均匀分配在多孔介质反应器内着火燃烧，然后进入空腔内的高温区，再经过气体出口套筒，然后通过气体出口管排出反应装置；用于低热值气体的燃烧器时，用低热值气体与空气的混合物替换甲烷、二氧化碳与空气的混合物即可；用于气体燃料稀薄燃烧的燃烧器时，用气体燃料与空气的混合物替换甲烷、二氧化碳与空气的混合物即可。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种甲烷自热干重整反应装置，其特征在于，包括装置外壳、气体入口管、气体出口管、气体出口套筒、均流装置及两个以上的多孔介质反应器，所述气体入口管插入气体出口套筒内，气体出口套筒与气体出口管连接，两个以上的多孔介质反应器构成密闭的空腔，该空腔设置在装置外壳内，且与装置外壳间隔距离，所述气体出口套筒位于空腔的中心位置，所述均流装置位于空腔内，且所述均流装置与气体出口套筒互通；
所述多孔介质反应器的侧面为梯形或圆锥形；
其中，所述气体入口管插入所述气体出口套筒，穿出密闭空腔，所述气体入口管一端的入口在所述装置外壳的上侧，另一端的出口在空腔和外壳内侧的中间，所述密闭空腔位于所述装置外壳内，且与所述装置外壳间隔一定距离，所述气体入口管设置在气体出口套筒内，利用出口气体的余热加热反应气体，有利于反应气体的着火，同时也能提高反应温度，有利于反应的稳定进行；
所述气体出口套筒位于空腔的中心位置，所述气体出口套筒可以延长反应气体在高温区的停留时间，有利于完全反应，所述气体出口管与所述气体出口套筒连接，所述均流装置位于空腔内，且所述均流装置与气体出口套筒互通；所述均流装置能够保证反应装置各处的压力分布均匀，从而保证气体流速能够在反应装置的多个多孔介质器壁面上均匀分配。
2.根据权利要求1所述的一种甲烷自热干重整反应装置，其特征在于，还包括耐火填充物，当多孔介质反应器为两个时，两个多孔介质反应器处于相对位置，两个多孔介质反应器与耐火填充物构成密闭的空腔，当多孔介质反应器为三个以上时，三个以上的多孔介质反应器构成密闭的空腔结构。
3.根据权利要求1所述的一种甲烷自热干重整反应装置，其特征在于，所述气体出口套筒为圆柱体、长方体或椭圆柱体。
4.根据权利要求1所述的一种甲烷自热干重整反应装置，其特征在于，所述气体出口套筒的壁面上开有孔或壁面为栅格状。
5.根据权利要求1所述的一种甲烷自热干重整反应装置，其特征在于，所述均流装置上开孔。
6.根据权利要求1所述的一种甲烷自热干重整反应装置，其特征在于，所述气体入口管一端开口位于装置外壳的上侧，穿过反应装置空腔中心的反应高温区，另一端开口位于空腔与装置外壳之间。
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