CN110357037B - 尾气加热式甲醇制氢重整器 - Google Patents
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Abstract
本发明为甲醇制氢重整器，包括主壳体、催化剂仓和预热管道；催化剂仓一端伸入主壳体内，主壳体与催化剂仓之间的空腔分为原料液腔与预热腔；预热管道沿催化剂仓外壁轴向环绕并位于预热腔内；预热管道的一端与原料液腔连通，另一端与催化剂仓的内部连通；还包括热尾气分散装置；热尾气分散装置包括数个分支管、热尾气进气管和分气盒；分气盒与分支管均位于主壳体内的催化剂仓内；热尾气进气管一端位于主壳体外，另一端伸入催化剂仓内与分气盒连接；分支管的进气端与分气盒连接，出气端与预热腔连通。本发明热尾气通过分气盒均匀分散至数个分支管内使催化剂仓受热均匀，预热腔内的尾气使得预热管道受热均匀。
Description
技术领域
本发明涉及甲醇重整制氢装置，具体涉及为尾气加热式甲醇制氢重整器。
背景技术
随着各国对环境保护、技术进步和能源安全重视程度的加深，大量消耗化石能源的内燃机在公路交通领域的应用正逐渐被采用其他能源的各类动力系统所取代，新能源汽车行业迎来发展良机。发动机在运行过程中产生大量废热并通过尾气排出，造成大量能量的损失，甲醇重整制氢反应需要吸收大量热量。因此，可以充分利用尾气中的热量，将甲醇与水重整产生氢气和二氧化碳混合气，统称为重整气。
目前公开的各种余热回收重整器是利用发动机排出的热尾气的热量将醇类重整为氢气等可燃气体，并通入发动机中燃烧，产生的尾气同时携带大量热量。随着研究的不断深入，目前余热回收重整器的结构包括板框式、列管式和其他形式。目前使用较多的是套管式结构。套管式结构是利用双管以及更多管通入对应的醇类与热尾气，通过管壁进行传递热量，达到余热回收和重整反应生产重整气的目的。
公开号为CN 103708418B的中国专利公开了一种利用汽车尾气余热进行甲醇重整制氢的装置，该专利中反应主体内外壳间加有绝热陶瓷棉，在反应主体下盖板上先层叠多层甲醇水蒸发层，再交替层叠重整反应层和燃烧反应层。虽然该专利能够减少汽车尾气余热的能量浪费，但是反应装置内受热不均匀问题，影响催化剂活性，同时该专利中的甲醇水溶液不能较好的预热。
目前公开的各种余热回收重整器在实际使用中也均存在预热效率低、预热不均匀，重整室受热不均匀，温差较大的问题，影响催化剂活性，导致催化剂不能处于最佳温度，重整反应效率不够高，同时影响催化剂寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前余热回收重整器预热效率低、预热不均匀、重整室受热不均匀问题以及重整室温差较大的问题，提供了一种尾气加热式甲醇制氢重整器。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
尾气加热式甲醇制氢重整器，包括主壳体、催化剂仓和预热管道；催化剂仓一端伸入主壳体内，主壳体与催化剂仓之间的空腔分为原料液腔与预热腔；预热管道沿催化剂仓外壁轴向环绕并位于预热腔内；预热管道的一端与原料液腔连通，另一端与催化剂仓的内部连通；还包括热尾气分散装置；热尾气分散装置包括数个分支管、热尾气进气管和分气盒；分气盒与分支管均位于催化剂仓内；热尾气进气管一端与尾气连通并位于主壳体外，另一端伸入催化剂仓内与分气盒连接；分支管的进气端与分气盒连接，出气端与预热腔连通；尾气依次通过热尾气进气管、分气盒、分支管进入预热腔内；原料液腔内的甲醇水混合物通过预热管道进入催化剂仓内；热尾气进气管内的尾气通过分气盒均匀分散至数个分支管内，以使催化剂仓受热均匀；预热腔内的尾气使预热管道受热均匀。
进一步地，热尾气进气管位于分气盒的端面中心，分支管在分气盒端面上以进气管为中心环状排列成数圈。
进一步地，催化剂仓一端设有第一挡板，热尾气进气管穿过第一挡板与分气盒连接；分支管出气端位于第一挡板内并与预热腔连通；热尾气进气管与分支管均与第一挡板密封连接。
进一步地，主壳体一端与催化剂仓侧壁密封连接，热尾气进气管穿过主壳体的另一端并与主壳体的另一端密封连接；催化剂仓另一端设有重整气出气管，催化剂仓内的重整气经重整气出口管流出。
进一步地，主壳体侧壁设有热尾气出口，热尾气出口与预热腔连通；主壳体侧壁设有甲醇水混合物入口，甲醇水混合物入口与原料液腔连通。
进一步地，主壳体与催化剂仓之间设有环状的第二挡板，通过第二挡板将主壳体与催化剂仓之间的空腔分为原料液腔与预热腔；第二挡板位于热尾气出口与甲醇水混合物入口之间。
进一步地，第二挡板设有第一连接管，原料液腔通过第一连接管与预热管道的一端连接；催化剂仓侧壁设有第二连接管，催化剂仓通过第二连接管与预热管道的另一端连接。
进一步地，预热管道为单螺旋管或多螺旋管状。
进一步地，主壳体、催化剂仓、热尾气进气管、分支管的轴向方向均相同。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
一、本发明将尾气由分气盒均匀分散至数个分支管内，热尾气能够均匀的对催化剂仓内的甲醇水蒸气加热，提供重整反应所需的热量，能够充分保证催化剂仓受热均匀，温差小，使得催化剂处于最佳温度，重整反应效率高；分支管内的尾气与分支管外的甲醇水蒸气进行高效换热；从分支管内流出的尾气进入预热腔内，对预热管道均匀加热，提高预热腔对预热管道的预热效率；预热管道沿催化剂仓外壁轴向环绕，能够增加预热管道内甲醇水混合物的受热面积，预热效率好，预热管道内的甲醇水混合物与预热管道外的尾气进行热量交换，预热效率高；
二、本发明中甲醇水混合物的预热，重整反应的进行均位于主壳体内，因此，本发明结构简单、紧凑。
附图说明
图1为本发明尾气加热式甲醇制氢重整器外部结构示意图；
图2为本发明尾气加热式甲醇制氢重整器内部结构示意图；
图3为本发明尾气加热式甲醇制氢重整器内部结构分解图；
图4为分气盒结构图。
图中：1主壳体、101甲醇水混合物入口、102热尾气出口、2催化剂仓、201重整气出气管、202第一挡板、3预热管道、4热尾气分散装置、401分支管、402热尾气进气管、403分气盒、5第二挡板、6原料液腔、7预热腔、8第一连接管、9第二连接管。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
尾气加热式甲醇制氢重整器，包括主壳体1、催化剂仓2、预热管道3和热尾气分散装置4。催化剂仓2一端伸入主壳体1内，主壳体1与催化剂仓2之间的空腔分为原料液腔6与预热腔7。由于影响催化剂活性的温度限制，需要在进入催化剂仓2前将甲醇水混合物加热为高温的过热甲醇水蒸气。预热管道3沿催化剂仓2外壁轴向环绕并位于预热腔7内，本实施例将甲醇水混合物通入预热管道3内进行预热。预热管道3的一端与原料液腔6连通，另一端与催化剂仓2的内部连通。热尾气分散装置4包括数个分支管401、热尾气进气管402和分气盒403。分气盒403与分支管401均位于催化剂仓2内。热尾气进气管402一端与热尾气连通并位于主壳体1外，另一端伸入催化剂仓2内与分气盒403连接。分支管401的进气端与分气盒403连接，出气端与预热腔7连通。
热尾气依次通过热尾气进气管402、分气盒403、分支管401进入预热腔7内。原料液腔6内的甲醇水混合物通过预热管道3进入催化剂仓2内并位于分支管401外。热尾气进气管402、分气盒403、分支管401与预热腔7组成热尾气的流通路线。热尾气最后由主壳体1壁面设置的热尾气出口102排出。原料液腔6、预热管道3、催化剂仓2组成甲醇水的流通路线，甲醇水溶液在预热管道3内加热形成甲醇水蒸气，甲醇水蒸气在催化剂仓2内重整生成的重整气，重整气由催化剂仓2开口端排出。
热尾气通过热尾气进气管402进入催化剂仓2，热尾气进气管402内的热尾气通过分气盒403均匀分散至数个分支管401内以使催化剂仓2受热均匀，以便均匀的对催化剂仓2内的甲醇水蒸气加热，提供重整反应所需的热量，充分保证催化剂仓2受热均匀，温差小，使得催化剂处于最佳温度，重整反应效率高。分支管401内的热尾气与分支管401外的甲醇水蒸气进行高效换热。预热腔7内的热尾气使得预热管道3受热均匀，提高预热腔7对预热管道3的预热效率。预热管道3沿催化剂仓2外壁轴向环绕，能够增加预热管道内甲醇水混合物的受热面积，预热效率好。预热管道3内的甲醇水混合物与预热管道3外的热尾气进行热量交换，预热效率高。本实施例中甲醇水混合物的预热，重整反应的进行均位于主壳体内，因此，本实施例结构简单、紧凑。
分气盒403优选设置为扁圆筒形，分气盒403均匀将通入的热尾气分散至分支管401，从而均匀对催化剂仓2进行加热。热尾气进气管402位于分气盒403的端面中心，分支管401在分气盒403端面上以进气管为中心环状排列成数圈。分气盒403一端面中心设有第一圆孔，热尾气进气管402的另一端位于圆孔内与分气盒403内部连通，同时热尾气进气管402与分气盒403端面密封连接。该端面还设有数个第二圆孔，分支管401的进气端位于第二圆孔内与分气盒403内部连通，同时分支管401与分气盒403端面密封连接。热尾气进气管402与分支管401优选设置为直管状。
催化剂仓2为圆筒状。催化剂仓2一端设有第一挡板202，热尾气进气管402的另一端穿过第一挡板202与分气盒403连接。分支管401出气端位于第一挡板202内并与预热腔7连通。热尾气进气管402与分支管401均与第一挡板202密封连接。
主壳体为圆筒状。主壳体1一端可以与催化剂仓2的另一端平齐，催化剂仓2的另一端也可以位于主壳体1外。为保证原料液腔6的密封性能，主壳体1一端与催化剂仓2侧壁密封连接。主壳体1的另一端开设有圆孔，热尾气进气管402穿过圆孔并与主壳体1的另一端密封连接。催化剂仓2的另一端与主壳体1一端相邻并设有重整气出气管201，催化剂仓2内的重整气经重整气出口管201流出，重整气出气管201设有用以控制其通断的电动阀门。主壳体1侧壁设有热尾气出口102，热尾气出口102与预热腔7连通。主壳体1侧壁设有甲醇水混合物入口101，甲醇水混合物入口101与原料液腔6连通。
主壳体1与催化剂仓2之间设有环状的第二挡板5，通过第二挡板5将主壳体1与催化剂仓2之间的空腔分为原料液腔6与预热腔7。第二挡板5位于热尾气出口102与甲醇水混合物入口101之间。第二挡板5能够将热尾气阻隔在预热腔7内，同时防止甲醇水混合物进入预热腔7内。
为便于原料液腔6与预热管道3连通，第二挡板5设有第一连接管8，原料液腔6通过第一连接管8与预热管道3的一端连接。为便于催化剂仓2与预热管道3连通连通，催化剂仓2侧壁设有第二连接管9，催化剂仓2通过第二连接管9与预热管道3的另一端连接。预热管道3为单螺旋管或多螺旋管状，具有单位体积内布管少、容积大的特点。主壳体1、催化剂仓2、热尾气进气管402、分支管401的轴向方向均相同。
本实施例在具体实施时，首先，甲醇水混合物由甲醇水混合物入口101进入主壳体1与催化剂仓2之间的原料液腔6内；继而，甲醇水混合物通过第一连接管8进入预热管道3内，位于预热管道3内的甲醇水混合物与预热管道3外的热尾气进行热量交换，通过预热腔7使甲醇水混合物加热为高温的过热甲醇水蒸气；之后，高温的过热甲醇水蒸气通过第二连接管9进入催化剂仓2内并位于分支管401外，分支管401内的热尾气均匀的对分支管401外的甲醇水蒸气加热，提供重整反应所需的热量；最后，重整气由重整气出气管201流出。热尾气首先由热尾气进气管402进入分气盒403，并经分气盒403均匀分散至数个分支管401内，分支管401内的热尾气与分支管401外的过热甲醇水蒸气进行第一次换热；其次，第一次换热结束后，热尾气由分支管401进入预热腔7内与预热管道3内的甲醇水溶液进行第二次换热；最后，第二次换热换热完成后的尾气经热尾气出口102排出。
以上对发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：
包括主壳体(1)、催化剂仓(2)和预热管道(3)；催化剂仓(2)一端伸入主壳体(1)内，主壳体(1)与催化剂仓(2)之间的空腔分为原料液腔(6)与预热腔(7)；预热管道(3)沿催化剂仓(2)外壁轴向环绕并位于预热腔(7)内；预热管道(3)的一端与原料液腔(6)连通，另一端与催化剂仓(2)的内部连通；
还包括热尾气分散装置(4)；热尾气分散装置(4)包括数个分支管(401)、热尾气进气管(402)和分气盒(403)；分气盒(403)与分支管(401)均位于催化剂仓(2)内；热尾气进气管(402)一端与尾气连通并位于主壳体(1)外，另一端伸入催化剂仓(2)内与分气盒(403)连接；分支管(401)的进气端与分气盒(403)连接，出气端与预热腔(7)连通；
尾气依次通过热尾气进气管、分气盒(403)、分支管(401)进入预热腔(7)内；原料液腔(6)内的甲醇水混合物通过预热管道(3)进入催化剂仓(2)内；热尾气进气管(402)内的尾气通过分气盒(403)均匀分散至数个分支管(401)内，以使催化剂仓(2)受热均匀；预热腔(7)内的尾气使预热管道(3)受热均匀。
2.根据权利要求1所述的尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：热尾气进气管(402)位于分气盒(403)的端面中心，分支管(401)在分气盒(403)端面上以进气管为中心环状排列成数圈。
3.根据权利要求1所述的尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：催化剂仓(2)一端设有第一挡板(202)，热尾气进气管(402)穿过第一挡板(202)与分气盒(403)连接；分支管(401)出气端位于第一挡板(202)内并与预热腔(7)连通；热尾气进气管(402)与分支管(401)均与第一挡板(202)密封连接。
4.根据权利要求1所述的尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：主壳体(1)一端与催化剂仓(2)侧壁密封连接，热尾气进气管(402)穿过主壳体(1)的另一端并与主壳体(1)的另一端密封连接；催化剂仓(2)另一端设有重整气出气管(201)，催化剂仓(2)内的重整气经重整气出气管(201)流出。
5.根据权利要求4所述的尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：主壳体(1)侧壁设有热尾气出口(102)，热尾气出口(102)与预热腔(7)连通；主壳体(1)侧壁设有甲醇水混合物入口(101)，甲醇水混合物入口(101)与原料液腔(6)连通。
6.根据权利要求5所述的尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：主壳体(1)与催化剂仓(2)之间设有环状的第二挡板(5)，通过第二挡板(5)将主壳体(1)与催化剂仓(2)之间的空腔分为原料液腔(6)与预热腔(7)；第二挡板(5)位于热尾气出口(102)与甲醇水混合物入口(101)之间。
7.根据权利要求6所述的尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：第二挡板(5)设有第一连接管(8)，原料液腔(6)通过第一连接管(8)与预热管道(3)的一端连接；催化剂仓(2)侧壁设有第二连接管(9)，催化剂仓(2)通过第二连接管(9)与预热管道(3)的另一端连接。
8.根据权利要求1或7所述的尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：预热管道(3)为单螺旋管或多螺旋管状。
9.根据权利要求1～3任一项所述的尾气加热式甲醇制氢重整器，其特征在于：主壳体(1)、催化剂仓(2)、热尾气进气管(402)、分支管(401)的轴向方向均相同。
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