CN111871336A - 一种低碳烷烃重整反应装置及合成气设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于催化重整设备技术领域，公开了一种低碳烷烃重整反应装置及合成气设备，该反应装置包括立式容器、进料部和燃烧器，立式容器包括筒体和内套筒，内套筒设置于筒体内，内套筒的内部空间为加热通道，内套筒与筒体之间的空间为合成通道，合成通道内设置有催化剂区，筒体的侧壁上开设有出口，进料部开设有进料腔，进料腔连通于加热通道，进料腔具有连通于外部的进料口，燃烧器设置于进料部，其通过进料腔延伸至加热通道内，用于燃烧加热通道内的部分原料气以加热另一部分原料气，原料气能够依次流经加热通道和合成通道进入催化剂区进行反应，催化剂区反应产生的气体能够从出口流出。该反应装置不需要外供热量，能够提高能量的利用率。
Description
技术领域
本发明属于催化重整设备技术领域，尤其涉及一种低碳烷烃重整反应装置及合成气设备。
背景技术
低碳烷烃重整是制备合成气的重要途径，主要包括水蒸气重整、自热重整、二氧化碳重整以及三者之间的组合重整。重整反应装置包括自热式转化炉和换热式转化炉。
自热式转化炉是在转化炉内部通过燃烧部分原料烃直接为重整反应提供热量，达到自热转化。该种转化炉不需要外供热量，但是热量耗散较多，使得能量利用率低；换热式转化炉是通过外供燃料燃烧，通过间壁式传热为重整反应提供热量。该种转化炉能量利用率高，但需要外供热量。
因此，亟需一种低碳烷烃重整反应装置及合成气设备解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种低碳烷烃重整反应装置及合成气设备，兼具自热式转化炉和换热式转化炉的优点，不仅不需要外供热量，还能够提高能量的利用率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种低碳烷烃重整反应装置，包括：
立式容器，包括筒体和内套筒，所述内套筒设置于所述筒体内，所述内套筒的内部空间为加热通道，所述内套筒与所述筒体之间的空间为合成通道，所述合成通道内设置有催化剂区，所述筒体的侧壁上开设有出口；
进料部，设置于所述立式容器的顶部，所述进料部开设有进料腔，所述进料腔连通于所述加热通道，所述进料腔具有连通于外部的进料口，所述进料口用于将原料气供应到所述加热通道中；
燃烧器，设置于所述进料部的顶部，所述燃烧器通过所述进料腔延伸至所述加热通道内，用于燃烧所述加热通道内的部分所述原料气以加热另一部分所述原料气，所述原料气能够依次流经所述加热通道和所述合成通道进入所述催化剂区进行反应，所述催化剂区内反应产生的气体能够从所述出口流出。
作为优选，所述筒体的底部开设有配气入口，所述配气入口用于将水蒸气或二氧化碳供应到所述筒体内。
作为优选，所述配气入口朝向所述筒体内部的一侧设置有气体分布器。
作为优选，所述内套筒的顶端连接于所述筒体，底端悬空于所述筒体内。
作为优选，所述燃烧器包括壳体、点火器和燃烧喷嘴，所述点火器和所述燃烧喷嘴均设置于所述壳体，所述壳体开设有助燃气入口，所述助燃气入口连通于所述燃烧喷嘴，所述燃烧喷嘴穿设于所述进料腔和所述加热通道内。
作为优选，所述内套筒和所述筒体之间连接有多个连接件。
作为优选，所述出口设置于所述筒体的顶端，且与所述催化剂区之间具有间隔。
作为优选，所述内套筒的筒壁的内侧或外侧设置有传热结构。
作为优选，所述立式容器还包括套体，所述套体套设于所述筒体外，所述套体和所述筒体之间填充有保温介质。
一种合成气设备，包括大型容器，还包括多个上述低碳烷烃重整反应装置，多个所述低碳烷烃重整反应装置均匀地设置于所述大型容器内，所述大型容器内的空隙内填充有保温介质。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种低碳烷烃重整反应装置，燃烧器能够燃烧加热通道内的部分原料气以加热另一部分原料气，从而使得另一部分原料气在进入催化剂区之前达到适宜的反应温度，而且加热通道内的热量能够通过内套筒的筒壁传递至隔壁的合成通道内的催化剂区，使得未燃烧的原料气达到充分的反应，该种设置既属于自热转化，不需要外供热量，又能够通过间壁式传热为反应提供热量。本发明提出的低碳烷烃重整反应装置，兼具自热式转化炉和换热式转化炉的优点，不仅不需要外供热量，还能够提高能量的利用率。
本发明提供了一种合成气设备，多个低碳烷烃重整反应装置均匀地设置于大型容器内，多个低碳烷烃重整反应装置能够用于制备大量的合成气，且大型容器内填充有保温介质，以防止低碳烷烃重整反应装置内的热量散失，从而提高热量的利用率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的低碳烷烃重整反应装置的剖视图；
图2是本发明实施例提供的低碳烷烃重整反应装置的俯视图；
图3是本发明实施例提供的合成气设备的俯视图。
图中：
2、进料部；3、燃烧器；4、气体分布器；5、大型容器；
11、筒体；12、内套筒；13、催化剂区；14、套体；21、进料口；31、燃烧喷嘴；
111、出口；112、配气入口；121、加热通道；321、助燃气入口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“安装”应做广义理解，例如，可以是安装连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种低碳烷烃重整反应装置，其包括立式容器、进料部2和燃烧器3，立式容器包括筒体11和内套筒12，内套筒12设置于筒体11内，内套筒12的内部空间为加热通道121，内套筒12与筒体11之间的空间为合成通道，合成通道内设置有催化剂区13，筒体11的侧壁上开设有出口111；进料部2设置于立式容器的顶部，进料部2开设有进料腔，进料腔连通于加热通道121，进料腔具有连通于外部的进料口21，进料口21用于将原料气供应到加热通道121中；燃烧器3设置于进料部2的顶部，燃烧器3通过进料腔延伸至加热通道121内，用于燃烧加热通道121内的部分原料气以加热另一部分原料气，原料气能够依次流经加热通道121和合成通道进入催化剂区13进行反应，催化剂区13内反应产生的气体能够从出口111流出。
本实施例提供的低碳烷烃重整反应装置，适用于低碳烷烃的重整，低碳烷烃包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，本实施例中的原料气为上述气体中的一种或多种，该低碳烷烃重整反应装置能够用于低碳烷烃的自热重整和二氧化碳重整，自热重整时，原料气通过进料口21进入立式容器，以进行加热反应；二氧化碳重整时，二氧化碳能够一并通过进料口21进入立式容器，以进行反应重整。燃烧器3能够燃烧加热通道121内的部分原料气以加热另一部分原料气，从而使得另一部分原料气在进入催化剂区13之前达到适宜的反应温度，而且加热通道121内的热量能够通过内套筒12的筒壁传递至隔壁的合成通道内的催化剂区13，使得未燃烧的原料气达到充分的反应，该种设置既属于自热转化，不需要外供热量来加热原料气，又能够通过间壁式传热为反应提供热量。本实施例提出的低碳烷烃重整反应装置，兼具自热式转化炉和换热式转化炉的优点，不仅不需要外供热量，还能够提高能量的利用率。
具体地，筒体11的底部开设有配气入口112，配气入口112用于将水蒸气或二氧化碳供应到筒体11内。配气入口112的设置不仅能够提高二氧化碳重整的反应效果，而且还能够用于水蒸气重整。
可选地，配气入口112朝向筒体11内部的一侧设置有气体分布器4。用于将水蒸气或二氧化碳均匀地进入筒体11内，以达到更好的反应效果。气体分布器4为现有器件，其结构和原理可参见现有技术。
具体地，内套筒12的顶端连接于筒体11，底端悬空于筒体11内。内套筒12的底端与筒体11的底部具有一定的间隔，加热通道121内的部分原料气燃烧时，使得内套筒12的温度升高，内套筒12受热膨胀，其底端竖直向下延伸，间隔的设置不仅使得气体能够从加热通道121流入合成通道内，还使得内套筒12具有足够的伸长空间。
可选地，内套筒12和筒体11之间连接有多个连接件。连接件可以为连接杆或者连接板，用于牢固地固定内套筒12。
具体地，燃烧器3包括壳体、点火器和燃烧喷嘴31，点火器和燃烧喷嘴31均设置于壳体，壳体开设有助燃气入口321，助燃气入口321连通于燃烧喷嘴31，燃烧喷嘴31穿设于进料腔和加热通道121内。助燃气入口321和燃烧喷嘴31用于将氧气或空气供应到加热通道121内，然后通过点火器将部分原料气在助燃气的作用下点燃，燃烧产生的热量用以加热另一部分未燃烧的原料气。如图1所示，燃烧喷嘴31向下延伸，在加热通道121内，燃烧喷嘴31的底端与进料部2的顶端之间的空间为预热段，燃烧喷嘴31的底端以下至内套筒12的底端为加热段，原料气从进料口21进入，在预热段阶段温度较低，在流入加热段后与助燃气混合，然后利用点火器点燃，从而使得加热段内的温度较高，实现原料气的加热及对催化剂区13的传热。点火器的具体结构可参考现有技术，在此不再赘述。本实施例中的燃烧喷嘴31可以是单喷嘴、双喷嘴、多喷嘴或套筒式喷嘴。
更具体地，出口111设置于筒体11的顶端，且与催化剂区13之间具有间隔。在合成通道内的出口111与催化剂区13之间的空间为冷却区，从催化剂区13反应后产生的合成气流经冷却区再从出口111流出，由于冷却区在水平方向上对应加热通道121内的预热段，冷却区的热气流与预热段内的冷原料气进行换热，在该重整反应装置内部实现了合成气热量的回收和原料气的预热。
可选地，内套筒12的筒壁的内侧或外侧设置有传热结构。传热结构可以为翅片，也可以在筒壁上设置凸起，以增大散热面积，起到强化导热的作用，有利于催化剂区13吸热反应的进行和冷却区热量的回收。
可选地，内套筒12的材质选用耐高温金属，并在加热段对应的内套筒12的内表面上涂刷耐烧涂层，用于防止在高温下金属粉化。
筒体11的外部设置保温层，以防止内部的热量散失，保温层采用绝热保温材料，绝热保温材料可选择耐高温的无机保温材料、有机保温材料或者两者的结合。保温层的厚度可由专业技术人员根据绝热材料导热系数和热量损失要求计算。在本实施例中，立式容器还包括套体14，套体14套设于筒体11外，套体14和筒体11之间填充有保温介质。保温介质可以为保温材料、水等介质，也可以将套体14和筒体11之间设置为真空，以达到保温的目的，防止热量散失，进一步提高该反应器的热量利用率。
如图3所示，本实施例还提供了一种合成气设备，其包括大型容器5和多个上述低碳烷烃重整反应装置，多个低碳烷烃重整反应装置均匀地设置于大型容器5内，大型容器5内的空隙内填充有保温介质。多个低碳烷烃重整反应装置能够用于制备大量的合成气，且大型容器5内填充有保温介质，以防止低碳烷烃重整反应装置内的热量散失，从而提高热量的利用率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，包括：
立式容器，包括筒体(11)和内套筒(12)，所述内套筒(12)设置于所述筒体(11)内，所述内套筒(12)的内部空间为加热通道(121)，所述内套筒(12)与所述筒体(11)之间的空间为合成通道，所述合成通道内设置有催化剂区(13)，所述筒体(11)的侧壁上开设有出口(111)；
进料部(2)，设置于所述立式容器的顶部，所述进料部(2)开设有进料腔，所述进料腔连通于所述加热通道(121)，所述进料腔具有连通于外部的进料口(21)，所述进料口(21)用于将原料气供应到所述加热通道(121)中；
燃烧器(3)，设置于所述进料部(2)的顶部，所述燃烧器(3)通过所述进料腔延伸至所述加热通道(121)内，用于燃烧所述加热通道(121)内的部分所述原料气以加热另一部分所述原料气，所述原料气能够依次流经所述加热通道(121)和所述合成通道进入所述催化剂区(13)进行反应，所述催化剂区(13)内反应产生的气体能够从所述出口(111)流出。
2.根据权利要求1所述的低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，所述筒体(11)的底部开设有配气入口(112)，所述配气入口(112)用于将水蒸气或二氧化碳供应到所述筒体(11)内。
3.根据权利要求2所述的低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，所述配气入口(112)朝向所述筒体(11)内部的一侧设置有气体分布器(4)。
4.根据权利要求1所述的低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，所述内套筒(12)的顶端连接于所述筒体(11)，底端悬空于所述筒体(11)内。
5.根据权利要求1所述的低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，所述燃烧器(3)包括壳体、点火器和燃烧喷嘴(31)，所述点火器和所述燃烧喷嘴(31)均设置于所述壳体，所述壳体开设有助燃气入口(321)，所述助燃气入口(321)连通于所述燃烧喷嘴(31)，所述燃烧喷嘴(31)穿设于所述进料腔和所述加热通道(121)内。
6.根据权利要求1所述的低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，所述内套筒(12)和所述筒体(11)之间连接有多个连接件。
7.根据权利要求1所述的低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，所述出口(111)设置于所述筒体(11)的顶端，且与所述催化剂区(13)之间具有间隔。
8.根据权利要求1所述的低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，所述内套筒(12)的筒壁的内侧或外侧设置有传热结构。
9.根据权利要求1所述的低碳烷烃重整反应装置，其特征在于，所述立式容器还包括套体(14)，所述套体(14)套设于所述筒体(11)外，所述套体(14)和所述筒体(11)之间填充有保温介质。
10.一种合成气设备，包括大型容器(5)，其特征在于，还包括多个如权利要求1-9任一项所述的低碳烷烃重整反应装置，多个所述低碳烷烃重整反应装置均匀地设置于所述大型容器(5)内，所述大型容器(5)内的空隙内填充有保温介质。
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