CN113548644B - 一种甲醇重整制氢器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种甲醇重整制氢器，涉及甲醇制氢设备的领域，其包括反应器，反应器两端分别设置有进口和出口，反应器内填充有重整催化剂，反应器内均匀设置有若干个磁性加热棒，反应器外部绕设有电磁线圈，电磁线圈连接有电磁加热控制器，所述反应器内设置有导热架，导热架是由导热胶凝固而成，导热架呈圆柱形的网格状，且与反应器内壁抵接，磁性加热棒预埋粘接在导热架内，重整催化剂填充于导热架的空隙内。本申请具有有助于解决反应器受热不均匀的问题，加快启动速度，并避免反应设备结构复杂，同时便于对反应温度进行控制的效果。
Description
技术领域
本申请涉及甲醇制氢设备的领域，尤其是涉及一种甲醇重整制氢器。
背景技术
氢气燃烧的产物是水，不会对环境造成污染，是最理想的能源之一，因此制氢技术十分重要。甲醇重整制氢方式的氢回收率高，能量利用合理，且便于进行工业操作，在制氢过程中经常被采用。
甲醇重整制氢是吸热反应，反应时需要外部提供热量，通常较佳的反应温度为250～280℃左右。传统的甲醇重整制氢过程中，一般是通过直接点燃甲醇，通过甲醇的燃烧过程产生热量，甲醇汽化后进入反应器中与重整催化剂接触并裂解。但甲醇携带的热量有限，使得反应器入口处与反应器内部催化剂的温差较大，反应器内受热不均匀，且启动速度慢。
一些甲醇制氢过程中也会采用加热导热油并使导热油加热催化剂的方式，但通过设备结构较为复杂，且温度难以控制；也有通过燃烧火焰直接对反应器进行加热的方式，但这种方式也会导致反应器内受热不均匀。
发明内容
为了有助于解决反应器受热不均匀的问题，加快启动速度，并避免反应设备结构复杂，同时便于对反应温度进行控制，本申请提供一种甲醇重整制氢器。
本申请提供的一种甲醇重整制氢器，采用如下的技术方案：
一种甲醇重整制氢器，包括反应器，反应器两端分别设置有进口和出口，反应器内填充有重整催化剂，反应器内均匀设置有若干个磁性加热棒，反应器外部绕设有电磁线圈，电磁线圈连接有电磁加热控制器。
通过采用上述技术方案，电磁加热控制器控制高频电流流过电磁线圈，并产生交变磁场，反应器内的磁性加热棒在交变磁场作用下内部产生热能，并对反应器内的重整催化剂进行加热，均匀分布于反应器内的磁性加热棒能够有效提高对重整催化剂加热过程的均匀性；由于磁性加热棒在交变磁场作用下自身发热，即对重整催化剂直接加热，有效加快了启动速度。采用电磁加热方式对反应器内进行加热，不仅使反应设备结构简单，且能够通过电磁加热控制器对磁性加热棒的温度进行控制，进而便于对反应温度进行控制。
可选的，所述反应器内设置有导热架，导热架是由导热胶凝固而成，导热架呈圆柱形的网格状，且与反应器内壁抵接，磁性加热棒预埋粘接在导热架内，重整催化剂填充于导热架的空隙内。
通过采用上述技术方案，将网格状的导热架放置在反应器内，由于导热架是由导热胶凝固而成，因此具有较高的热传导率，磁性加热棒预埋粘接在导热架内，使得磁性加热棒的热量能够直接传导至导热架上，并通过导热架传导至填充于导热架空隙内的重整催化剂上，从而有效提高了反应器内重整催化剂的受热均匀性，并进一步加快了启动速度。导热胶具有良好的抗老化抗腐蚀性能，且化学性能稳定，不易对甲醇的裂解过程产生影响。
可选的，所述反应器内还填充有导热颗粒，导热颗粒是由导热胶凝固而成，导热颗粒的尺寸与重整催化剂的尺寸完全相同，且与重整催化剂均匀混合。
通过采用上述技术方案，导热架凝固而成的导热颗粒具有较高的热传导率，将导热颗粒与重整催化剂在反应器内混合均匀，能够使靠近磁性加热棒的重整催化剂的热量也能够通过导热颗粒有效传导至距离磁性加热棒较远的重整催化剂上，进一步提高了对反应器内重整催化剂加热过程的均匀程度。使导热颗粒的尺寸与重整催化剂的尺寸完全相同，能够避免反应器内重整催化剂的孔隙大小发生改变，进而避免甲醇汽化后通过反应器内的速度发生改变。
可选的，所述磁性加热棒内部中空，磁性加热棒沿反应器轴线方向设置，且若干个磁性加热棒沿反应器周向均匀分布。
通过采用上述技术方案，甲醇制氢过程中需要对温度进行控制，不仅需要加热过程启动速度快，也需要快速冷却。将磁性加热棒设置为内部中空结构，能够有效减少磁性加热棒内部储存的热量，避免磁性加热棒因温度惯性过大冷却较慢。将磁性加热棒沿着反应器的轴线方向设置，能够确保反应器内靠近入口处和靠近出口处的温度保持一致，确保反应器内轴线方向上热量分布均匀。
可选的，所述磁性加热棒内部中空，且两端均呈开口状，磁性加热棒沿反应器轴线方向设置，若干个磁性加热棒由内而外依次套设，且若干个磁性加热棒的直径由内而外依次增大。
通过采用上述技术方案，将若干个直径依次增大的磁性加热棒由内而外依次套设，能够使磁性加热棒内壁和外壁均与重整催化剂接触，增大对重整催化剂的加热面积，并且能够使反应器内圆周方向上热量分布更加均匀。
可选的，所述磁性加热棒呈螺旋状，且沿着反应器的轴线方向设置，若干个磁性加热棒沿反应器周向均匀分布。
通过采用上述技术方案，将磁性加热棒设置为螺旋状，不仅能够有效增大磁性加热棒与重整催化剂的接触面积，也能使磁性加热棒沿着反应器周向对重整催化剂的加热过程更加均匀。
可选的，所述磁性加热棒呈螺旋状，且沿着反应器的轴线方向设置，若干个磁性加热棒由内而外依次套设，且若干个磁性加热棒所在的圆周直径由内而外依次增大。
通过采用上述技术方案，将若干个直径依次增大的螺旋状的磁性加热棒依次套设，不仅使反应器周向上重整催化剂的受热更加均匀，也进一步提高了磁性加热棒对反应器径向上的重整催化剂加热作用的均匀程度。
可选的，所述反应器为304不锈钢材质制成。
通过采用上述技术方案，反应器内温度过高会导致重整催化剂失效，因此避免采用磁性材质制成反应器，以防止反应器自身在电磁线圈交变磁场作用下发热。304不锈钢材质的反应器自身并不具有磁性，且具有良好的耐氧化耐腐蚀性能，避免对甲醇的制氢过程发生影响。
可选的，所述磁性加热棒表面包覆有陶瓷层。
通过采用上述技术方案，在磁性加热棒表面设置陶瓷层，陶瓷层具有良好的耐高温耐氧化性能，避免磁性加热棒与重整催化剂接触，对磁性加热棒起到隔绝作用，进而防止磁性加热棒影响催化效果。
可选的，所述反应器外部套设有保温层，保温层位于电磁线圈内。
通过采用上述技术方案，在反应器外部设置保温层，对反应器与电磁线圈之间起到隔离作用，不仅能够减少反应器内热量流失，提高加热效果，也能够避免电磁线圈受热，使电磁线圈的使用寿命得以保障。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
通过设置电磁线圈和电磁加热控制器，并在反应器内均匀设置若干个磁性加热棒，使磁性加热棒在交变磁场作用下对重整催化剂均匀加热，加快启动速度，反应设备结构简单，且便于对反应温度进行控制；
通过设置导热架，能够使磁性加热棒的热量通过导热架均匀传导至重整催化剂上，提高了反应器内重整催化剂的受热均匀性；
通过在重整催化剂内均匀混合导热颗粒，进一步提高了对反应器内重整催化剂加热过程的均匀程度，加快启动速度；
通过将磁性加热棒设置为内部中空结构，能够有效减少磁性加热棒内部储存的热量，避免磁性加热棒因温度惯性过大而降低冷却速度。
附图说明
图1是本申请实施例1的结构示意图；
图2是本申请实施例1的剖视图；
图3是本申请实施例1中导热架和磁性加热棒的结构示意图；
图4是本申请实施例2中导热架和磁性加热棒的结构示意图；
图5是本申请实施例3中导热架和磁性加热棒的结构示意图；
图6是本申请实施例4中导热架和磁性加热棒的结构示意图。
附图标记说明：1、电磁线圈；2、电磁加热控制器；3、保温层；4、反应器；41、进口；42、出口；5、导热架；6、磁性加热棒；61、陶瓷层；7、重整催化剂；8、导热颗粒。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种甲醇重整制氢器。
实施例1：
参照图1和图2，一种甲醇重整制氢器，包括反应器4，反应器4外部套设有保温层3，保温层3外部套设有电磁线圈1，电磁线圈1上连接有电磁加热控制器2，反应器4内填充有重整催化剂7，反应器4内设置有磁性加热棒6。
使用时，电磁加热控制器2产生高频交变电流，并流过电磁线圈1，使反应器4内的磁性加热棒6发热，并对重整催化剂7进行加热，甲醇汽化后和水蒸气流入反应器4内，并在重整催化剂7的作用下裂解，进而产生氢气，实现甲醇重整制氢过程。
参照图2，反应器4呈圆筒状，反应器4的一端设置有进口41，另一端设置有出口42，反应器4采用304不锈钢材质制成。保温层3和电磁线圈1均与反应器4同轴设置，保温层3与反应器4外壁固定连接，电磁线圈1与保温层3外壁固定连接。保温层3对反应器4与电磁线圈1之间起到隔离作用，避免反应器4内热量导致电磁线圈1温度过高。
参照图2和图3，反应器4内设置有导热架5，导热架5是由导热胶凝固而成，导热架5呈圆柱形的网格状，并与反应器4同轴设置，导热架5外壁与反应器4内壁抵接，导热架5的长度与反应器4内部的长度相等。磁性加热棒6预埋粘接在导热架5内，重整催化剂7填充于导热架5的空隙内。
使用时，磁性加热棒6发热后产生的热量会传导至导热架5上，再由导热架5传导至反应器4内各处的重整催化剂7上，从而有效提高了反应器4内重整催化剂7的受热均匀性，加快启动速度。
参照图2和图3，磁性加热棒6绕反应器4周向设置有若干个，磁性加热棒6沿着反应器4的轴线方向设置，且与反应器4的长度相等，磁性加热棒6截面呈圆形，且内部中空。磁性加热棒6的外表面包覆有陶瓷层61。使用时，若干个磁性加热棒6分别对反应器4内周向的不同位置进行加热，使热量在反应器4内的分布更加均匀。
参照图2，反应器4内还填充有导热颗粒8，导热颗粒8是由导热胶凝固而成，导热颗粒8的尺寸与重整催化剂7的尺寸完全相同，且按0.5∶1的比例与重整催化剂7均匀混合。磁性加热棒6产生的热量会通过导热颗粒8传导至距离磁性加热棒6较远的重整催化剂7上，从而进一步提高了反应器4内重整催化剂7的受热均匀性。
实施例1的实施原理为：使用时，电磁加热控制器2产生高频交变电流，并流过电磁线圈1，使反应器4内的磁性加热棒6发热，磁性加热棒6的热量会传导至导热架5上，再由导热架5传导至反应器4内各处的重整催化剂7上，同时磁性加热棒6产生的热量还会通过导热颗粒8传导至距离磁性加热棒6较远的重整催化剂7上，从而提高了反应器4内的重整催化剂7的受热均匀性，加快了启动速度，且反应设备结构简单，便于对反应温度进行控制。
实施例2：
参照图4，本实施例与实施例1的不同之处在于，磁性加热棒6呈圆筒状，且两端均呈开口状，磁性加热棒6与反应器4同轴设置，且与反应器4的长度相等，磁性加热棒6由内而外依次均匀套设有若干个，且若干个磁性加热棒6的直径由内而外依次增大。磁性加热棒6的内壁和外壁均包覆有陶瓷层61。
实施例3：
参照图5，本实施例与实施例1的不同之处在于，磁性加热棒6呈螺旋状，且沿着反应器4的轴线方向设置，磁性加热棒6与反应器4同轴设置，且磁性加热棒6的长度反应器4的长度相等，磁性加热棒6沿反应器4周向均匀设置有若干个。磁性加热棒6外表面包覆有陶瓷层61。
实施例4：
参照图6，本实施例与实施例1的不同之处在于磁性加热棒6呈螺旋状，且沿着反应器4的轴线方向设置，磁性加热棒6与反应器4同轴设置，且磁性加热棒6的长度反应器4的长度相等，磁性加热棒6由内而外依次均匀套设有若干个，且若干个磁性加热棒6所在的圆周的直径由内而外依次增大。磁性加热棒6外表面包覆有陶瓷层61。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种甲醇重整制氢器，其特征在于：包括反应器(4)，反应器(4)两端分别设置有进口(41)和出口(42)，反应器(4)内填充有重整催化剂(7)，反应器(4)内均匀设置有若干个磁性加热棒(6)，反应器(4)外部绕设有电磁线圈(1)，电磁线圈(1)连接有电磁加热控制器(2)；
所述反应器(4)内还填充有导热颗粒(8)，导热颗粒(8)是由导热胶凝固而成，导热颗粒(8)的尺寸与重整催化剂(7)的尺寸完全相同，且与重整催化剂(7)均匀混合。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢器，其特征在于：所述反应器(4)内设置有导热架(5)，导热架(5)是由导热胶凝固而成，导热架(5)呈圆柱形的网格状，且与反应器(4)内壁抵接，磁性加热棒(6)预埋粘接在导热架(5)内，重整催化剂(7)填充于导热架(5)的空隙内。
3.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢器，其特征在于：所述磁性加热棒(6)内部中空，磁性加热棒(6)沿反应器(4)轴线方向设置，且若干个磁性加热棒(6)沿反应器(4)周向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢器，其特征在于：所述磁性加热棒(6)内部中空，且两端均呈开口状，磁性加热棒(6)沿反应器(4)轴线方向设置，若干个磁性加热棒(6)由内而外依次套设，且若干个磁性加热棒(6)的直径由内而外依次增大。
5.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢器，其特征在于：所述磁性加热棒(6)呈螺旋状，且沿着反应器(4)的轴线方向设置，若干个磁性加热棒(6)沿反应器(4)周向均匀分布。
6.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢器，其特征在于：所述磁性加热棒(6)呈螺旋状，且沿着反应器(4)的轴线方向设置，若干个磁性加热棒(6)由内而外依次套设，且若干个磁性加热棒(6)所在的圆周直径由内而外依次增大。
7.根据权利要求4-6任一项所述的一种甲醇重整制氢器，其特征在于：所述反应器(4)为304不锈钢材质制成。
8.根据权利要求4-6任一项所述的一种甲醇重整制氢器，其特征在于：所述磁性加热棒(6)表面包覆有陶瓷层(61)。
9.根据权利要求4-6任一项所述的一种甲醇重整制氢器，其特征在于：所述反应器(4)外部套设有保温层(3)，保温层(3)位于电磁线圈(1)内。
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