CN114057162A - 一种制氢器用多层套管反应器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氢能源技术领域，尤其涉及一种制氢器用多层套管反应器结构，包括内管、外管、第一加热体、第二加热体、进液口和出气口，内管设置于外管内，第一加热体设置于内管与外管形成的容置空间内，第二加热体设置于内管内，内管与外管形成的容置空间内装填有催化剂层，进液口和出气口设置于反应器结构的同一端部，相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：本发明包括内管和外管，并在内管内放入第二加热体，同时在内管和外管之间放入第一加热体，可以实现内部加热，如此即可实现少的热损失，同时可以节省体积，提升效率。本发明中，进液口和出气口位于反应器的同一个端部，因此可以减小整个反应器的体积，而且能够避免堵塞。

Description

一种制氢器用多层套管反应器结构
技术领域
本发明属于氢能源技术领域，尤其涉及一种制氢器用多层套管反应器结构。
背景技术
氢气是一种重要的工业产品，广泛应用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药等领域。近年来，氢气还被尝试用于汽车领域，例如，氢气被用在氢能源汽车的氢电堆中；再如，氢气还被用在汽车发动机的积碳清除工艺中，通过加氢提高燃烧效率，从而将积碳烧掉。此外，氢气还被用在粮食、蔬菜、水果等食品的保鲜领域，氢气的使用可以锁水、减少新陈代谢并能耗掉氧气，从而起到延长食品保质期、保障食品质量的作用。
氢气的制备方法有很多种，如电解水制氢工艺、煤制气分离制氢工艺和甲醇制氢工艺等，其中甲醇制氢工艺因其成本较低、生产方便、安全等优点成为目前主流的制氢工艺。该工艺的主要过程为：将液态的甲醇从加液口加入制氢系统中，甲醇与水蒸汽混合物在催化剂的作用下完成转化反应，生成氢气和二氧化碳。
甲醇制氢工艺一般需要用到反应器，反应器中装载有催化剂，同时可进行加热。甲醇从加液口加入后，在一定温度下和催化剂的作用下完成转化反应，生成的气体再从出气口排出。反应器在一定空间内需保证较长的反应路径，要解决内部温度差异大等问题（尤其当催化剂导热性差时），常见反应器内部采用蛇形管或阶梯状焊接结构方式，但这种方式仍然无法达到满意的效果，同时还会导致催化剂装卸困难等问题。此外，现有技术中的反应器，进液口和出气口位于反应器的不同端部，从而导致整个反应器体积大，而且容易发生堵塞。
有鉴于此，本发明旨在提供一种制氢器用多层套管反应器结构，其采用多层套管结构，包括内管和外管，并在内管内放入加热体，以及在内管和外管之间放入加热体，以实现内部加热，如此即可实现少的热损失，同时可以节省体积，提升效率。同时，进液口和出气口位于反应器的同一个端部，因此可以减小整个反应器的体积，而且能够避免堵塞。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种制氢器用多层套管反应器结构，其采用多层套管结构，包括内管和外管，并在内管内放入加热管，以及在内管和外管之间放入加热管，以实现内部加热，如此即可实现少的热损失，同时可以节省体积，提升效率。同时，进液口和出气口位于反应器的同一个端部，因此可以减小整个反应器的体积，而且能够避免堵塞。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种制氢器用多层套管反应器结构，包括内管、外管、第一加热体、第二加热体、进液口和出气口，所述内管设置于所述外管内，所述第一加热体设置于所述内管与所述外管形成的容置空间内，所述第二加热体设置于所述内管内，所述内管与所述外管形成的容置空间内装填有催化剂层，所述进液口和所述出气口设置于所述反应器结构的同一端部。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述反应器结构还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器插设于所述内管与所述外管形成的容置空间内，所述第二温度传感器插设于所述内管内。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述第一温度传感器插设于催化剂层内。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述第一温度传感器通过设置于所述外管端部的第一卡套接头实现固定，所述第二温度传感器通过设置于所述内管端部的第二卡套接头实现固定。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述第一加热体的底部连接第一支撑板，所述第二加热体的底部连接第二支撑板，所述第一加热体的顶部和所述第二加热体的顶部连接固定板。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述固定板通过固定板支撑件固定于所述外管的端部。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述催化剂层的底部由底部网孔板承托。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述底部网孔板与所述外管的底部之间通过支撑架连接。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述进液口与所述催化剂层连接。
作为本发明制氢器用多层套管反应器结构的一种改进，所述出气口与所述催化剂层连接，并且所述催化剂层与所述出气口之间还设置有出气口网孔板。
相对于现有技术，本发明包括内管、外管、第一加热体、第二加热体、进液口和出气口，所述内管设置于所述外管内，所述第一加热体设置于所述内管与所述外管形成的容置空间内，所述第二加热体设置于所述内管内，所述内管与所述外管形成的容置空间内装填有催化剂层，所述进液口和所述出气口设置于所述反应器结构的同一端部，至少具有如下优点：
第一，本发明包括内管和外管，并在内管内放入第二加热体，同时在内管和外管之间放入第一加热体，可以实现内部加热，如此即可实现少的热损失，同时可以节省体积，提升效率。即，本发明在管式反应器整体外形结构不变的情况下，通过增加内部套管结构，解决了反应器反应路径过短的问题，同时内环的材料的增加使得反应器导热量加大，床层温度更加均匀，同时极大的缩短了反应器冷机启动时间，改善了反应器装填分区状态，同时不锈钢等金属及各种合金焊接简单，装卸催化剂方便。
第二，本发明中，进液口和出气口位于反应器的同一个端部，因此可以减小整个反应器的体积，而且能够避免堵塞。即，本发明的反应器为同端进液、出气，可根据反应情况对反应器原料输入端和产物输出端进行对调调整。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……) 仅用于解释某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围内。
如图1所示，本发明提供了一种制氢器用多层套管反应器结构，包括内管1、外管2、第一加热体3、第二加热体4、进液口5和出气口6，内管1设置于外管2内，形成套管结构，第一加热体3设置于内管1与外管2形成的容置空间内，第二加热体4设置于内管1内，内管1与外管2形成的容置空间内装填有催化剂层7，优选的，第一加热体3位于两层催化剂层7形成的容置腔内，如此可以实现更好的热量利用，进液口5和出气口6设置于反应器结构的同一端部，而且通过内外加热的方式，即可实现少的热损失，同时可以节省体积，提升效率。优选的，进液口5和出气口6设置于反应器结构的顶端。
反应器结构还包括第一温度传感器8和第二温度传感器9，第一温度传感器8插设于内管1与外管2形成的容置空间内，第二温度传感器9插设于内管1内，进一步的，第一温度传感器8插设于催化剂层7内，以更准确的反应真实温度。
第一温度传感器8通过设置于外管2端部的第一卡套接头10实现固定，第二温度传感器9通过设置于内管1端部的第二卡套接头11实现固定。
第一加热体3的底部连接第一支撑板12，第二加热体4的底部连接第二支撑板13，第一加热体3的顶部和第二加热体4的顶部连接固定板14，固定板14通过固定板支撑件15固定于外管2的端部，以实现加热体的固定。
催化剂层7的底部由底部网孔板16承托，底部网孔板16与外管2的底部之间通过支撑架17连接。
进液口5与催化剂层7连接。出气口6与催化剂层7连接，并且催化剂层7与出气口6之间还设置有出气口网孔板18，以防止将催化剂带入产气中。
使用时，甲醇从进液口5进入到催化剂层7中，在第一加热体3和第二加热体4的加热下气化，然后在催化剂的催化作用下，甲醇发生转化反应，由于整个反应器反应路径长、温度均匀且催化剂加载量大，因此，整个反应可以高效地进行，且产物纯度有保障，生成的气体穿过催化剂后从出气口6排出。
本发明至少具有如下优点：
第一，本发明包括内管1和外管2，并在内管1内放入第二加热体14，同时在内管1和外管2之间放入第一加热体3，可以实现内部加热，如此即可实现少的热损失，同时可以节省体积，提升效率。即，本发明在管式反应器整体外形结构不变的情况下，通过增加内部套管结构，解决了反应器反应路径过短的问题，同时内环的材料的增加使得反应器导热量加大，床层温度更加均匀，同时极大的缩短了反应器冷机启动时间，改善了反应器装填分区状态，同时不锈钢等金属及各种合金焊接简单，装卸催化剂方便。
第二，本发明中，进液口5和出气口6位于反应器的同一个端部，因此可以减小整个反应器的体积，而且能够避免堵塞。即，本发明的反应器为同端进液、出气，可根据反应情况对反应器原料输入端和产物输出端进行对调调整。
虽然本发明重点阐述的是在甲醇制氢反应器结构中的使用；但是本发明可适用于各类化工类多相催化剂反应器，反应器的材质可以为铝，也可以是不锈钢等其他金属以及非金属材质。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：包括内管、外管、第一加热体、第二加热体、进液口和出气口，所述内管设置于所述外管内，所述第一加热体设置于所述内管与所述外管形成的容置空间内，所述第二加热体设置于所述内管内，所述内管与所述外管形成的容置空间内装填有催化剂层，所述进液口和所述出气口设置于所述反应器结构的同一端部。
2.根据权利要求1所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述反应器结构还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器插设于所述内管与所述外管形成的容置空间内，所述第二温度传感器插设于所述内管内。
3.根据权利要求2所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述第一温度传感器插设于催化剂层内。
4.根据权利要求2或3所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述第一温度传感器通过设置于所述外管端部的第一卡套接头实现固定，所述第二温度传感器通过设置于所述内管端部的第二卡套接头实现固定。
5.根据权利要求1所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述第一加热体的底部连接第一支撑板，所述第二加热体的底部连接第二支撑板，所述第一加热体的顶部和所述第二加热体的顶部连接固定板。
6.根据权利要求5所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述固定板通过固定板支撑件固定于所述外管的端部。
7.根据权利要求1所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述催化剂层的底部由底部网孔板承托。
8.根据权利要求7所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述底部网孔板与所述外管的底部之间通过支撑架连接。
9.根据权利要求1所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述进液口与所述催化剂层连接。
10.根据权利要求1所述的制氢器用多层套管反应器结构，其特征在于：所述出气口与所述催化剂层连接，并且所述催化剂层与所述出气口之间还设置有出气口网孔板。
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