CN110065929B - 制氢转化炉 - Google Patents

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    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel

Abstract

本发明涉及制氢技术领域，公开了一种制氢转化炉，所述制氢转化炉包括辐射室(10)，所述辐射室(10)内设置有燃烧器(11)和具有入料口和出料口的辐射炉管(12)，所述制氢转化炉还包括第一导通管(13)和第二导通管(14)，所述第一导通管(13)和所述第二导通管(14)中的一者与所述辐射炉管(12)的入料口相连通以将原料导入，另一者与所述辐射炉管(12)的出料口相连通以将产物导出，其中，在与所述出料口相连通的导通管上设置有能够吸收所述产物的热量的第一蓄热机构(20)。该制氢转化炉能够降低产物在排出口的温度，由此减少了制氢转化炉的蒸汽的向外输出量。

Description

制氢转化炉
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，具体地涉及一种制氢转化炉。
背景技术
制氢转化炉是以烃类物质为原料并采用蒸汽转化法生产氢气的设备。蒸汽转化过程是伴有传热、传质、动量传递以及复杂化学反应的综合过程，要求传热与反应相适应。制氢转化炉的炉型很多，目前国内制氢主要选用的是顶烧炉和侧烧炉。
烃类原料气被输送到制氢转化炉的辐射室的炉管中被炉膛火焰和烟气加热发生转化反应生成富氢高温转化气，之后，富氢高温转化气被排出，然后富氢高温转化气进入蒸汽发生器，产生饱和蒸汽后进入中变反应器。
随着制氢转化炉的不断大型化，原料气空速也不断的被提高，同时富氢高温转化气在排出口的温度也在不断的提高。然而，富氢高温转化气在排出口的温度过高，相应的便会在蒸汽发生器内的产生大量的蒸汽，这样蒸汽量极易超出制氢转化炉所需要的蒸汽量的最大负荷，由此不仅造成了过多的能耗，而且也会影响制氢转化炉的安全运行。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的制氢转化炉中的产物在排出口的蒸汽量过高的问题，提供一种制氢转化炉，该制氢转化炉能够降低产物在排出口的温度，由此减少了制氢转化炉的蒸汽的向外输出量。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种制氢转化炉，所述制氢转化炉包括辐射室，所述辐射室内设置有燃烧器和具有入料口和出料口的辐射炉管，所述制氢转化炉还包括第一导通管和第二导通管，所述第一导通管和所述第二导通管中的一者与所述辐射炉管的入料口相连通以将原料导入，另一者与所述辐射炉管的出料口相连通以将产物导出，其中，在与所述出料口相连通的导通管上设置有能够吸收所述产物的热量的第一蓄热机构。
优选地，所述第一蓄热机构包括设置于相应的所述导通管内的第一蓄热体。
优选地，所述制氢转化炉包括设置于与所述入料口相连通的导通管上的能够向所述原料释放热量的第二蓄热机构。
优选地，所述第二蓄热机构包括设置于相应的所述导通管内的第二蓄热体。
优选地，所述第二蓄热体和所述第一蓄热体的结构相同，包括蓄热本体以及间隔设置于所述蓄热本体上的能够使得物料通过的多个通道。
优选地，所述制氢转化炉包括能够使得所述第一导通管与所述入料口相连通或者使得所述第二导通管与所述入料口相连通的换向机构。
优选地，所述换向机构包括分别连接于所述第一导通管和所述辐射炉管的入料口的第一换向阀以及分别连接于所述第二导通管和所述辐射炉管的出料口的第二换向阀，所述换向机构还包括分别连接所述第一换向阀和所述第二换向阀的第一连接管和第二连接管；在所述第一换向阀和所述第二换向阀的作用下，由所述第一导通管导入的原料导入所述辐射室并进入所述辐射管中且生成的产物由所述第二导通管导出，或者由所述第二导通管导入的原料经过所述第二连接管后进入所述辐射管中且生成的产物经过所述第一连接管后由所述第一导通管导出。
优选地，所述换向机构包括分别连接于所述第一导通管和所述第二导通管的第三换向阀以及分别连接于所述第三换向阀的入料管道和排料管道。
优选地，所述第三换向阀、所述第一换向阀和所述第二换向阀的结构相同，均包括具有腔室的阀体和设置于所述腔室内的呈管状的阀芯，所述阀体的壁上开设有沿周向均匀分布的四个开口，所述阀芯能够围绕所述阀体的中心轴线旋转以使得相对的两个所述开口能够通过所述阀芯相连通。
优选地，所述辐射炉管为多个，所述燃烧器多个，多个所述辐射炉管和多个所述燃烧器沿垂直于所述辐射室的高度方向交替分布。
优选地，所述制氢转化炉包括与所述辐射室相连通第一换热器，所述第一换热器具有分别供所述辐射室中的烟气进出的进烟口和出烟口以及分别供空气进出的进气口和出气口，其中，所述出气口与所述燃烧器相连通。
在上述技术方案，通过在与所述出料口相连通的导通管例如在第二导通管上设置第一蓄热机构，从而能够吸取由相应的导通管导出的产物的热量以对所述产物进行降温例如所述产物的温度可由原来的800-915℃降低至600-700℃，产物释放的热量能够存储在第一蓄热机构中以使得产物释放的热量被回收利用例如可被进入制氢转化炉的原料所吸收，由此相应的减少了燃料消耗量，降低了辐射室热负荷；同时产物温度降低可减少位于制氢转化炉下游的蒸汽发生器的蒸汽量，从而减少了所述制氢转化炉的蒸汽的向外输出量，使得制氢转化炉能够安全运行。
附图说明
图1是本发明优选实施方式的制氢转化炉处于一种工作状态时的结构示意图；
图2是本发明优选实施方式的制氢转化炉处于另一种工作状态时的结构示意图；
图3是本发明优选实施方式的制氢转化炉中的换向阀的剖面结构示意图。
附图标记说明
10-辐射室；11-燃烧器；12-辐射炉管；13-第一导通管；14-第二导通管；150-第一换热器；151-第二换热器；152-第三换热器；153-第四换热器；17-换向机构；170-第三换向阀；171-第一换向阀；172-第二换向阀；173-腔室；174-阀体；175-阀芯；176-开口；177-入料管道；178-排料管道；18-第一连接管；19-第二连接管；20-第一蓄热机构；200-第一蓄热体；21-第二蓄热机构；210-第二蓄热体；30-烟囱；40-引风机；50-鼓风机。
具体实施方式
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合附图中所示的方位和实际应用中的方位理解，“内、外”是指部件轮廓的内、外。
本发明提供了一种制氢转化炉，所述制氢转化炉包括辐射室10，辐射室10内设置有燃烧器11和具有入料口和出料口的辐射炉管12，所述制氢转化炉还包括第一导通管13和第二导通管14，第一导通管13和第二导通管14中的一者与辐射炉管12的入料口相连通以将原料导入，另一者与辐射炉管12的出料口相连通以将产物导出，其中，在与所述出料口相连通的导通管上设置有能够吸收所述产物的热量的第一蓄热机构20。通过在与所述出料口相连通的导通管例如在第二导通管14上设置第一蓄热机构20，从而能够吸取由相应的导通管导出的产物的热量以对所述产物进行降温例如所述产物的温度可由原来的800-915℃降低至600-700℃，产物释放的热量能够存储在第一蓄热机构中以使得产物释放的热量被回收利用例如可被进入制氢转化炉的原料所吸收，由此相应的减少了燃料消耗量，降低了辐射室热负荷；同时产物温度降低可减少位于制氢转化炉下游的蒸汽发生器的蒸汽量，从而减少了所述制氢转化炉的蒸汽的向外输出量。需要说明的是，所述产物将在辐射炉管12中产生，所述产物的主要成分为H2、CO2、CO、N2和少量的残余甲烷，所述原料的主要成分为至少90％的甲烷和水蒸气以及很少量的乙烷、丙烷等物质。可以理解的是，燃烧器11能够为辐射炉管12提高热量以使得导入的原料在辐射炉管12内生成产物。其中，对燃烧器11和辐射炉管12的设置数量以及设置方式并没有特别的限制，可根据实际进行选择。优选地，如图1和图2中所示，可设置多个辐射炉管12和多个燃烧器11，具体地，可在辐射室10的顶部设置燃烧器11和辐射炉管12，其中，多个辐射炉管12和多个燃烧器11沿垂直于辐射室10的高度方向交替分布，这样，能够有效提高所述制氢转化炉的产量，使得所述制氢转化炉易于大型化。另外，可以理解的是，第一蓄热机构20能够吸收热量也能够释放热量。
如图1和图2中所示，第一蓄热机构20可包括设置于相应的所述导通管内的第一蓄热体200，这样，当导出的产物由相应的所述导通管例如第二导通管14导出时所述产物可经过第一蓄热体200以被吸收热量，而当导出的产物由相应的所述导通管例如第一导通管13导出时所述产物可经过第一蓄热体200以被吸收热量。优选地，第一蓄热体200可包括蓄热本体以及间隔设置于所述蓄热本体上多个通道，其中，物料能够通过多个通道，例如当产物经过第一蓄热体200时，所述产物能够经过多个通道以被吸收热量。
为了降低能耗，如图1和图2中所示，所述制氢转化炉可包括设置于与所述入料口相连通的导通管上的能够向所述原料释放热量的第二蓄热机构21，这样，提高了所述原料进入辐射炉管12的温度例如可见所述原料的温度提高至转化反应要求的450-650℃，减少了用于燃烧器11的燃料的消耗量，使得辐射室10的热负荷减少例如可减少15-25％，同时提高了辐射炉管12中的产物的转化率以及生成的产物的产量。可以理解的是，第二蓄热机构21能够吸收热量也能够释放热量。由此，可以明白的是，第一蓄热机构20可设置在第一导通管13上，也可设置在第二导通管14上，同样的，第二蓄热机构21可设置在第一导通管13上，也可设置在第二导通管14上。
优选地，第二蓄热机构21可包括设置于相应的所述导通管内的第二蓄热体210，这样，当导入的原料由相应的所述导通管例如第二导通管14导入时第二蓄热体210可向所述原料释放热量，而当导入的原料由相应的所述导通管例如第一导通管13导入时第二蓄热体210可向所述原料释放热量。可以明白的是，第一蓄热体200可设置在第一导通管13上，也可设置在第二导通管14上，同样的，第二蓄热体210可设置在第一导通管13上，也可设置在第二导通管14上。
另外，第二蓄热体210可与第一蓄热体200的结构相同，即第二蓄热体210可包括蓄热本体以及间隔设置于所述蓄热本体上的能够使得物料通过的多个通道。例如当原料通过多个通道时，第二蓄热体210可向原料释放热量。
结合图1和图2中所示，所述制氢转化炉可包括换向机构17以能够使得第一导通管13与所述入料口相连通或者使得第二导通管14与所述入料口相连通，这样，可简单方便的实现原料由第一导通管13或者由第二导通管14导入。另外，当在导通管上既设置有第一蓄热机构20又设置有第二蓄热机构21时，由于前述提到的第一蓄热机构20和第二蓄热机构21均能够吸收和释放热量，因此可使得第一蓄热机构20和第二蓄热机构21的设置位置固定下来后被交替使用，提高了所述制氢转化炉的使用连贯性。例如，可将第一蓄热机构20设置在第一导通管13上，将第二蓄热机构21设置在第二导通管14上。首先所述制氢转化炉进入第一个周期，如图1中所示，原料由第一导通管13导入经过第一蓄热机构20时第一蓄热机构20向所述原料释放热量，在辐射炉管12中生成的产物由第二导通管14导出时，所述产物向第二蓄热机构21释放热量；紧接着所述制氢转化炉进入第二个周期，如图2中所示，原料由第二导通管14导入并经过第二蓄热机构21时吸收第二蓄热机构21在第一个周期中所述储存的热量，在辐射炉管12中生成的产物由第一导通管13导出时，所述产物向第一蓄热机构20释放热量；如此，所述制氢转化炉可在上述第一个周期和第二个周期之间往复循环，第一蓄热机构20和第二蓄热机构21在循环的过程中能够连贯作业。
如图1和图2中所示，换向机构17可包括分别连接于第一导通管13和辐射炉管12的入料口的第一换向阀171以及分别连接于第二导通管14和辐射炉管12的出料口的第二换向阀172，另外，换向机构17还可包括分别连接第一换向阀171和第二换向阀172的第一连接管18和第二连接管19。由此，在第一换向阀171和第二换向阀172的作用下，如图1中所示，由第一导通管13导入的原料可被导入辐射室10并进入辐射管12中且生成的产物由第二导通管14导出，或者如图2中所示，由第二导通管14导入的原料经过第二连接管19后进入辐射管12中且生成的产物经过第一连接管18后由第一导通管13导出。由此通过设置了上述结构简单的换向机构17，从而实现了原料可从第一导通管13被导入也可由第二导通管14被导入。
另外，换向机构17可包括分别连接于第一导通管13和第二导通管14的第三换向阀170以及分别连接于第三换向阀170的入料管道177和排料管道178，这样，使得原料的导入和产物的导出均极为便利，此外，在第三换向阀170的作用下，可仅设置一个入料管道177和一个排料管道178即可，由此使得整个管路结构更加简单也更便于作业。可以理解的是，在第三换向阀170的作用下，入料管道177可将原料导入到第一导通管13中，也可导入到第二导通管14中，同样的，在第三换向阀170的作用下，产物可由第一导通管13导入到排料管道178中，也可由第二导通管14导入到排料管道178中。
在换向机构17中，第三换向阀170、第一换向阀171和第二换向阀172的结构优选为相同。以第一换向阀171为例，如图3中所示，第一换向阀171可包括具有腔室173的阀体174和设置于腔室173内的呈管状的阀芯175，阀体174的壁上可开设有沿周向分布的四个开口176，四个开口176可沿阀体174的壁的周向均匀分布以便于操作，其中，阀芯175能够围绕阀体174的中心轴线旋转以使得相对的两个开口176能够通过阀芯175相连通。例如，当阀芯175旋转至轴线R2-R2所在的位置时，从图3所示的方位看，可使得位于阀体174的左边和顶部的开口176相连通以及位于阀体174的右边和底部的开口176相连通；当阀芯175旋转至轴线R1-R1所在的位置时，从图3所示的方位看，可使得位于阀体174的左边和底部的开口176相连通以及位于阀体174的右边和顶部的开口176相连通；当阀芯175旋转至竖直位置时，从图3所示的方位看，可使得位于阀体174的底部和顶部的开口176相连通；当阀芯175旋转至水平位置时，从图3所示的方位看，可使得位于阀体174的左边和右边的开口176相连通。
如图1中所示，所述制氢转化炉可包括与辐射室10相连通第一换热器150以实现对由鼓风机50鼓入的空气预热例如可将空气预热至200-300℃，由此减少燃烧器11的燃料的消耗量，同时还能够利用由辐射室10产生的烟气的余热。其中，第一换热器150具有分别供辐射室10中的烟气进出的进烟口和出烟口以及分别供空气进出的进气口和出气口，其中，所述出气口与燃烧器11相连通。另外，由出烟口排放的的烟气可经过引风机40的作用被导入烟囱30中。
另外，在辐射室10和第一换热器150之间可设置依次连接于辐射室10的第二换热器151、第三换热器152和第四换热器153。其中，第二换热器151和第四换热器153相连通，由第四换热器153产生的蒸汽进入第二换热器151中产生过热蒸汽以被所述制氢转化炉或者其他设备利用；第三换热器152和第一换热器150相连通以使得在第一换热器150中被预热的空气再次进入到第三换热器152中被再次加热例如可将空气加热至400-550℃后导入到燃烧器11中。其中，在第二换热器151、第三换热器152和第四换热器153中，均具有分别供加热介质进出的进口和出口，同时具有分别供被加热介质进出的进入口和排出口，此处，在所有加热器中，所述加热介质均为由辐射室10排出的烟气，由此充分利用了烟气的余热。
另外，为了保护所述制氢转化炉，可在所述制氢转化炉的顶部设置雨棚。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种制氢转化炉，其特征在于，所述制氢转化炉包括辐射室(10)，所述辐射室(10)内设置有燃烧器(11)和具有入料口和出料口的辐射炉管(12)，所述制氢转化炉还包括第一导通管(13)和第二导通管(14)，所述第一导通管(13)和所述第二导通管(14)中的一者与所述辐射炉管(12)的入料口相连通以将原料导入，另一者与所述辐射炉管(12)的出料口相连通以将产物导出，其中，在与所述出料口相连通的导通管上设置有能够吸收所述产物的热量的第一蓄热机构(20)；
所述制氢转化炉包括能够使得所述第一导通管(13)与所述入料口相连通或者使得所述第二导通管(14)与所述入料口相连通的换向机构(17)；
所述制氢转化炉包括设置于与所述入料口相连通的导通管上的能够向所述原料释放热量的第二蓄热机构(21)。
2.根据权利要求1所述的制氢转化炉，其特征在于，所述第一蓄热机构(20)包括设置于相应的所述导通管内的第一蓄热体(200)。
3.根据权利要求1所述的制氢转化炉，其特征在于，所述第二蓄热机构(21)包括设置于相应的所述导通管内的第二蓄热体(210)。
4.根据权利要求3所述的制氢转化炉，其特征在于，所述第二蓄热体(210)和所述第一蓄热体(200)的结构相同，包括蓄热本体以及间隔设置于所述蓄热本体上的能够使得物料通过的多个通道。
5.根据权利要求1所述的制氢转化炉，其特征在于，所述换向机构(17)包括分别连接于所述第一导通管(13)和所述辐射炉管(12)的入料口的第一换向阀(171)以及分别连接于所述第二导通管(14)和所述辐射炉管(12)的出料口的第二换向阀(172)，所述换向机构(17)还包括分别连接所述第一换向阀(171)和所述第二换向阀(172)的第一连接管(18)和第二连接管(19)；在所述第一换向阀(171)和所述第二换向阀(172)的作用下，由所述第一导通管(13)导入的原料导入所述辐射室(10)并进入所述辐射管(12)中且生成的产物由所述第二导通管(14)导出，或者由所述第二导通管(14)导入的原料经过所述第二连接管(19)后进入所述辐射管(12)中且生成的产物经过所述第一连接管(18)后由所述第一导通管(13)导出。
6.根据权利要求5所述的制氢转化炉，其特征在于，所述换向机构(17)包括分别连接于所述第一导通管(13)和所述第二导通管(14)的第三换向阀(170)以及分别连接于所述第三换向阀(170)的入料管道(177)和排料管道(178)。
7.根据权利要求6所述的制氢转化炉，其特征在于，所述第三换向阀(170)、所述第一换向阀(171)和所述第二换向阀(172)的结构相同，均包括具有腔室(173)的阀体(174)和设置于所述腔室(173)内的呈管状的阀芯(175)，所述阀体(174)的壁上开设有沿周向均匀分布的四个开口(176)，所述阀芯(175)能够围绕所述阀体(174)的中心轴线旋转以使得相对的两个所述开口(176)能够通过所述阀芯(175)相连通。
8.根据权利要求1所述的制氢转化炉，其特征在于，所述辐射炉管(12)为多个，所述燃烧器(11)多个，多个所述辐射炉管(12)和多个所述燃烧器(11)沿垂直于所述辐射室(10)的高度方向交替分布。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的制氢转化炉，其特征在于，所述制氢转化炉包括与所述辐射室(10)相连通第一换热器(150)，所述第一换热器(150)具有分别供所述辐射室(10)中的烟气进出的进烟口和出烟口以及分别供空气进出的进气口和出气口，其中，所述出气口与所述燃烧器(11)相连通。
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