CN109453720A - 一种管式反应器及氢气提纯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管式反应器，包括管式反应器和二氧化碳去除组件，所述管式反应器包括用于提供反应空间的反应管、设于所述反应管内的催化剂放置装置、设于反应管一端的进气管及设于反应管另一端的出气管，本发明通过将制取的水煤气通入到管式反应器，放置在管式反应器的催化剂可以将水煤气中的CO催化反应为二氧化碳，在将气体通入到二氧化碳去除组件，将二氧化碳去除，得到高纯度的氢气。
Description
技术领域
本发明属于氢气制取技术领域，尤其是涉及一种管式反应器及氢气提纯系统。
背景技术
氢能是一种清洁的二次能源，虽然自然界存在大量的氢原子，但是氢作为能量载体必须经过一次能源的转化获得。目前氢气主要是通过天然气、煤、石油等化石燃料的热化学转化制取，工业上制取氢气常采用水煤气法制氢，用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气，但制取得到的水煤气中含有CO，难以去除，且去除效果差。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种可有效去除气体中CO的氢气制取提纯系统及氢气提纯系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种管式反应器，包括管式反应器和二氧化碳去除组件，所述管式反应器包括用于提供反应空间的反应管、设于所述反应管内的催化剂放置装置、设于反应管一端的进气管及设于反应管另一端的出气管；所述催化剂放置装置包括两端可供气体通过的固定筒和均匀设于固定筒内的多层放置板。本发明将制取的水煤气通入到管式反应器，通过放置在管式反应器的催化剂可以将水煤气中的CO催化反应为二氧化碳，在将气体通入到二氧化碳去除组件，将二氧化碳去除，得到高纯度的氢气；通过多层放置板放置催化剂，及可以增大气体与催化剂的接触面积，还可以增大气体通过的效率。
进一步，所述放置板呈波纹型，且所有放置板波纹相同，相邻放置板的波峰上下相互对应；波纹型的放置板既可以使催化剂在与气体反应过程中，自身不停左右移动，底层的催化剂可以翻转上来，使得催化剂可以得到充分利用，还可以防止流动气体流速过快带动催化剂堆积在尾部，以免影响通气效率和催化效果，且相邻放置板的波峰互相对应，可以使气体在放置板之间以波纹状流动，使得气体可以与放置在波谷催化剂充分接触。
进一步，所述放置板靠近进气管的一端设有导流组件，所述导流组件包括设水平设置的引流板和引导气流向上流动的导流板，所述引流板与放置板端部固连，所述导流板下端固连于引流板上表面上；通过引流板可以引导通入气体进入到放置板之间，且引导气体流动到导流板，在通过导流板引导气体撞击到设置在放置板上方的放置板的波峰下表面，引导气体呈波纹状流动。
进一步，所述固定筒内设有限流板，所述限流板上均匀设有多个条形开口，所述条形开口和位置和引流板相对应；通过限流板可以将通入的气体均匀的从各个条形开口流出，进而进到每个相邻放置板间的间隙，使得每个放置板上的催化剂都可以得到充分利用。
进一步，所述管式反应器还包括有驱动固定管反转的驱动机构，所述驱动机构包括两个分别设于固定筒两端的固定杆、固连于固定杆上的驱动轴、驱动件、用于连接驱动件和驱动轴的连接组件及限位组件；通过驱动件可以将放置板反转，进而使得放置在放置板上的催化剂翻动，上层和底层的催化剂混合在一起，以免底层的催化剂不能得到有效利用。
进一步，所述限位组件包括设于固定筒外壁上的挡板、设于反应管内壁上的限位板及均匀设于限位板上的多个弹性件；当驱动件停止工作时，由于挡板的重力，会接续带动固定筒转动，使得挡板撞击到弹性件上，推动固定筒反向转动，所以通过弹性件和挡板的配合，固定筒将以一定幅度做正反交替转动，而在固定筒正反交替转动时，固定筒中由于翻转而堆积在一起的催化剂将均匀散开，加快了气体通过速率且催化效果更好。
进一步，所述连接组件包括开设于驱动轴内的圆孔、设于圆孔内壁的驱动凸块及固连于驱动件输出端上的传动轴及开设于传动轴上供驱动凸块插入的凹槽；通过驱动凸块和凹槽配合，可以对固定筒进行限位，固定筒转动幅度受凹槽的大小控制，以免挡板与弹性件接触时所受弹力过大，将固定筒再次反转而使得催化剂不能均匀散开，保证不会影响气体通过速率和催化效果。
本发明还包括一种氢气提纯系统，包括氢气制取装置、氢气提纯装置及氢气收集装置，所述氢气提纯装置为上述的管式反应器。
综上所述，本发明通过将制取的水煤气通入到管式反应器，放置在管式反应器的催化剂可以将水煤气中的CO催化反应为二氧化碳，在将气体通入到二氧化碳去除组件，将二氧化碳去除，得到高纯度的氢气。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中管式反应器的正视图。
图3为图2中沿A-A方向的剖视图。
图4为图3中A处的放大图。
图5为图3中B处的放大图。
图6为本发明中驱动组件的部分部件示意图。
图7为图2中沿B-B方向的剖视图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1-7所示，一种管式反应器,包括管式反应器和二氧化碳去除组件，所述管式反应器包括反应管2、催化剂放置装置、进气管21及出气管22，所述反应管2常规的圆管，用于提供反应空间，所述催化剂放置装置包括固定筒23、放置板24、驱动组件及导流组件，所述固定筒23设于反应管2内，所述放置板24固定在固定筒23内，且设有多层，相邻两层之间的间距相同，具体层数视固定筒23直径而定，通过多层放置板放置催化剂，可以增大气体与催化剂的接触面积，还可以增大气体通过的效率；放置板24选用波纹板，每个放置板的波纹形状相同，且相邻放置板的波峰相互对应，波纹型的放置板可以防止流动气体带动催化剂堆积在尾部，以免影响通气效率和催化效果，且相邻放置板的波峰互相对应，可以使气体在放置板之间以波纹状流动，使得气体可以与放置在波谷催化剂充分接触。
所述导流组件包括引流板31、导流板32及限流板33，所述引流板31与放置板24左端固连，且水平设置，所述导流板32一侧固定在引流板31上，且导流板32倾斜设置，导流板32下表面和引流板31之间的角度五十度到七十度, 通过引流板32可以引导通入气体进入到放置板24之间，且引导气体流动到导流板32，在通过导流板引导气体撞击到设置在放置板上方的放置板的波峰下表面，引导气体呈波纹状流动;所述限流板33固定在固定筒23端部，且限流板33上均匀设有多个条形开口34，所述条形开口34的位置和引流板31的位置相对应，通过限流板可以将通入的气体均匀的从各个条形开口流出，进而进到每个相邻放置板间的间隙，使得每个放置板上的催化剂都可以得到充分利用。
所述驱动组件用于驱动固定筒23正反转，包括固定杆41、驱动轴42、驱动件43、挡板44、限位板45、弹性件46、圆孔47、驱动凸块48、传动轴49、凹槽491，所述固定杆41分别固定在固定筒23两端，所述驱动轴42一端固定在固定杆41上，另一端伸出反应管2外，且驱动轴42通过轴承和反应管2转动连接，所述驱动件43选用常规的伺服电机，并通过PLC控制器控制，电机每次启动只会转动196度，通过驱动件可以将放置板反转，进而使得放置在放置板上的催化剂翻动，上层和底层的催化剂混合在一起，以免底层的催化剂不能得到有效利用；所述挡板44固定在固定筒23外壁上，所述两个限位板45对称固定在反应管2内壁上，所述弹性件46选用常规的弹簧，其下端固定在限位板45上表面；其中，所述挡板44、限位板45、弹性件46设置为多组，沿管式反应器的长度方向间隔均匀的分布；
当驱动件停止工作时，由于挡板的重力，会接续带动固定筒转动，使得挡板撞击到弹性件上，推动固定筒反向转动，所以通过弹性件和挡板的配合，固定筒将以一定幅度做正反交替转动，而在固定筒正反交替转动时，固定筒中由于翻转而堆积在一起的催化剂将均匀散开，加快了气体通过速率且催化效果更好；所述圆孔47开设于驱动轴42上，由驱动轴42向内凹陷形成，所述传动轴49一端固定在驱动件43的输出端上，另一端插入到圆孔47内，所述凹槽491由传动轴49表面向内凹陷形成，所述驱动凸块48固定在圆孔47内壁上，且插入到凹槽491内，当电机转动完成停止后，弹性件将通过挡板推动固定筒转动，进而带动驱动轴转动，使得驱动凸块在凹槽内滑动，当挡板滑动到凹槽侧壁上时，将会停止转动，则通过驱动凸块和凹槽配合，可以对固定筒进行限位，固定筒转动幅度受凹槽的大小控制，以免挡板与弹性件接触时所受弹力过大，将固定筒再次反转，使得催化剂不能均匀散开，影响气体通过速率和催化效果；所述二氧化碳去除可选择将气体压入到水中以溶去二氧化碳。
一种氢气提纯系统，包括氢气制取装置、氢气提纯装置及氢气收集装置，所述氢气制取装置包括气化组件、气固分离组件及冷却组件，所述气化组件包括气化炉11和气化炉11相连通的蒸汽发生器12，所述气化炉11选用常规气化炉，用于提供水蒸气和木炭反应场所，制取水煤气，具体结构不多做赘述，所述蒸汽发生器12选用常规的蒸汽发生器，用于提供制取水煤气所述的水蒸气，所述气固分离组件包括连接管13和旋风分离器14，所述旋风分离器14选用常规的旋风分离器用于将制取气体中的固体杂质分离去除，所述连接管13用于连通旋风分离器14和气化炉11，所述冷却组件为冷却器15，所述冷却器15选用常规冷却器，具体结构不多做赘述，用于将气体的水蒸气液化去除，提高氢气纯度；所述氢气提纯装置即为上述所述的管式反应器。
Claims (8)
1.一种管式反应器,包括管式反应器和二氧化碳去除组件，所述管式反应器包括用于提供反应空间的反应管(2)、设于所述反应管(2)内的催化剂放置装置、设于所述反应管(2)一端的进气管(21)及设于所述反应管(2)另一端的出气管(22)；所述催化剂放置装置包括两端可供气体通过的固定筒（23）和均匀上下设于所述固定筒（23）内的多层放置板（24）。
2.根据权利要求1所述的一种管式反应器，其特征在于：所述放置板（24）呈波纹型，且所有放置板（24）波纹相同，相邻放置板（24）的波峰上下相互对应。
3.根据权利要求1所述的一种管式反应器，其特征在于：所述放置板（24）靠近进气管(21)的一端设有导流组件，所述导流组件包括设水平设置的引流板（31）和引导气流向上流动的导流板（32），所述引流板（31）与放置板（24）端部固连，所述导流板（32）下端固连于引流板（31）上表面上。
4.根据权利要求1所述的一种管式反应器，其特征在于：所述固定筒（23）内设有限流板（33），所述限流板（33）上均匀设有多个条形开口（34），所述条形开口（34）和位置和引流板（31）相对应。
5.根据权利要求1所述的一种管式反应器，其特征在于：所述管式反应器还包括有驱动固定筒（23）转动的驱动机构，所述驱动机构包括两个分别设于所述固定筒（23）两端的固定杆（41）、固连于所述固定杆（41）上的驱动轴（42）、驱动件（43）、用于连接所述驱动件（43）和驱动轴（42）的连接组件及限位组件。
6.根据权利要求5所述的一种管式反应器，其特征在于：所述限位组件包括设于所述固定筒（23）外壁上的挡板（44）、设于所述反应管(2)内壁上的限位板（45）及均匀设于所述限位板（45）上的多个弹性件（46）。
7.根据权利要求6所述的一种管式反应器，其特征在于：所述连接组件包括开设于所述驱动轴（42）内的圆孔（47）、设于所述圆孔（47）内壁的驱动凸块（48）及固连于所述驱动件（43）输出端上的传动轴（49）及开设于所述传动轴（49）上供驱动凸块插入的凹槽（491）。
8.一种氢气提纯系统，包括氢气制取装置、氢气提纯装置及氢气收集装置，其特征在于：所述氢气提纯装置为上述权利要求1-7中任一项所述的管式反应器。
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