CN114100524A - 甲醇制氢反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及甲醇制氢设备技术领域，公开了一种甲醇制氢反应器，甲醇制氢反应器包括外管、内管、进料管、产气管、盲板和法兰盘，其中内管与外管分别固定于盲板的同一侧，且内管嵌套在外管内，外管和内管之间形成夹层空间；内管与外管的另一端连通；法兰盘连接在外管一端，用于密封外管开口；盲板设有进料口和输气口；进料口与夹层空间连通，进料管一端连接到进料口；输气口与内管连通，产气管一端连接到输气口。本发明甲醇制氢反应器中内管、外管的双层结构设置，使得原料的进料口位于甲醇制氢反应器上端，解决了催化剂残渣颗粒堵塞进料管的问题，极大地降低了甲醇制氢反应器维护成本。

Description

甲醇制氢反应器

技术领域

本发明涉及甲醇制氢设备领域，尤其涉及一种甲醇制氢反应器。

背景技术

甲醇制氢反应器的种类和装置繁多，其反应催化剂的装填方式也由于反应器的不同具有多样化。目前，非工业化的甲醇制氢反应器基本结构是下进料上产气，即甲醇原料从反应器底部进入催化剂床体，经催化反应后，氢气产物从反应器的顶部逸出，且反应器多为单管结构。现有的这种反应器的结构，该种反应器常常需要在下端进料管口处设置滤网，以防止催化剂残渣颗粒堵塞进料管口。但反应器滤网长时间工作后，催化剂残渣推挤严重，仍然会堵塞进料管，因此需要对反应器进行定期维护；从下端直接进料，进料路径短，甲醇原料在进料管内预热不充分，催化反应的反应物转化率不高；反应器寿命短，需要不定期的更换过滤网和进料管，维护成本高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种甲醇制氢反应器，旨在解决反应催化剂残渣易堵塞进料管口、反应器寿命短的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种甲醇制氢反应器，所述甲醇制氢反应器包括反应体、进料管、产气管、盲板和法兰盘，其特征在于，所述反应体包括外管和内管，所述内管管径小于所述外管管径；

所述内管的一端和所述外管的一端分别固定在所述盲板的同一侧，以使所述内管嵌套在所述外管内并与所述外管形成环状夹层空间，且所述内管与所述外管连通；

所述盲板上设有进料口和输气口；所述进料口与所述夹层空间连通，所述进料管一端穿过所述进料口、另一端开口位于所述夹层空间上端；所述输气口与所述内管连通，所述产气管一端穿过所述输气口、另一端开口位于所述内管上端。

可选的，在一实施例中，所述甲醇制氢反应器还包括温度监测装置，所述温度监测装置穿透所述盲板插入到所述内管中，用于监测所述内管中催化剂的环境温度。

可选的，在一实施例中，所述进料管绕所述内管外壁呈螺旋状，所述进料管另一端的开口靠近所述盲板。

可选的，在一实施例中，所述输气口在所述内管内呈螺旋状，所述产气管另一端的开口处靠近所述盲板。

可选的，在一实施例中，所述甲醇制氢反应器还包括有过滤支架，所述过滤支架置于所述内管管口和所述法兰盘之间。

可选的，在一实施例中，所述过滤支架包括平台和支撑腿，所述过滤支架上具有通孔，用于保证反应原料流经所述过滤支架进入到所述内管中。

可选的，在一实施例中，所述外管和所述法兰盘由螺钉连接固定。

可选的，在一实施例中，所述外管和所述内管同轴设置。

可选的，在一实施例中，所述外管和所述内管焊接在所述盲板上。

可选的，在一实施例中，所述温度监测装置为热电偶。

本发明提供的技术方案中，本申请反应器通过连通的内、外管的双管结构，使得甲醇制氢的进料口处于反应器的上方，无需在进料管口处设置过滤网，解决了催化剂残渣颗粒堵塞进料管口的问题，上端进料、上端产气的结构使得反应器不需要频繁更换滤网和进料管，极大地降低了甲醇制氢反应器维护成本。并且进料管采用螺旋结构，极大延长了进料的路径长度，使甲醇原料预热更充分；内管、外管的设置使得进入到所述外管内的甲醇先进入所述夹层空间后再进入到所述内管内，延长了甲醇制氢原料与催化剂的接触时间，一定程度上可以提高催化反应的反应物转化率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明甲醇制氢反应器的一个实施例的中心剖面示意图；

图2为本发明甲醇制氢反应器的一个实施例的盲板俯视图。

附图说明：

1、外管；2、内管；3、进料管；4、产气管；5、盲板；6、法兰盘；7、夹层空间；8、进料口；9、输气口；10、温度监测装置。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，或是两个元件内部的连通。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参照图1，

本发明提供了一种甲醇制氢反应器的实施例，所述甲醇制氢反应器包括反应体、进料管3、产气管4、盲板5和法兰盘6，其中所述反应体包括外管1和内管2，所述内管2管径小于所述外管1管径；

所述内管2的一端和所述外管1的一端分别固定在所述盲板5的同一侧，实施例中所述外管1和所述内管2同轴被焊接在所述盲板5上，在其他实施例中也可以为其他的固定连接方式，如螺纹连接、粘结剂粘连、一体化构建等方式，即能确保所述外管1和所述内管2能够与所述盲板5牢固地连接即可；上述内管2、外管1的结构，使得所述内管2嵌套在所述外管1内并与所述外管1形成环状夹层空间7，且所述内管2与所述外管1连通，本实施例中所述内管2的长度小于所述外管1的长度，从而实现所述内管2与所述外管1的连通。

所述外管1另一端连接所述法兰盘6，所述法兰盘6用于封闭所述外管1；本实施例中所述的甲醇制氢反应器作为甲醇制氢中催化转化步骤中的设备，原料混合气在反应器提供的反应条件下完成化学反应，获得主要含有氢气和二氧化碳的转化气。上述盲板5和法兰盘6起到封闭反应器的作用，以使反应原料混合气能被保存在反应器内部，使其与反应器中的催化剂充分反应。同时所述盲板5也具有为所述外管1和所述内管2的固定提供固定支撑的作用，所述盲板5一般为圆形板状物，根据化学反应条件的要求，选用符合要求的材质制备获得。由于甲醇制氢反应需要用到固体催化剂，这些固体催化剂需要填满所述内管2和所述外管1。但长时间反应后，催化剂在一定程度上会产生钝化，为了使得甲醇制氢反应的高效进行，需要定期对催化剂进行更换、活化处理，因此反应器需要在保证密封性良好的基础上便于拆卸。本实施例中将所述法兰盘6和所述外管1由螺钉连接固定，从而实现了反应器拆卸的便捷性；所述外管1非盲板5固定一端端口处向侧面延展，为螺钉在所述外管1的固定提供支撑，便于所述法兰盘6与所述外管1的螺钉连接固定。

所述盲板5上设有进料口8和输气口9；所述进料口8与所述夹层空间7连通，所述进料管3一端穿过所述进料口8、另一端开口位于所述夹层空间7上端；所述输气口9与所述内管2连通，所述产气管4一端穿过所述输气口9、另一端开口位于所述内管2上端。经过预先处理后的原料混合气通过所述进料管3被运送到反应器中；反应器中经化学反应生成的转化气通过所述产气管4被从反应器中运送到外界，在其他设备中对所述转化气进行处理。

在一实施例中，所述甲醇制氢反应器还包括温度监测装置10，所述温度监测装置10穿透所述盲板5插入到所述内管2中，用于监测所述内管2中催化剂的环境温度。所述温度监测装置10一般选用热电偶，其中热电偶穿过所述产气管4的内侧，插入到内管2中部的催化剂测温点，用于测量该处的温度。

在一实施例中，所述进料管3绕所述内管2外壁呈螺旋状，所述进料管3另一端的开口靠近所述盲板5。螺旋结构明显增加了进料管3的长度，保证甲醇的换热充分，因此螺旋的进料管3明显提高了进料的换热效率，减少了催化剂床层的热量损失，企业甲醇制氢的经济效益得到提高。进料管3出口靠近盲板5，增加了反应原料气与催化剂的接触路径，增加了反应时间，有利于催化反应的充分进行。

在一实施例中，所述产气管4在所述内管2内呈螺旋状，所述产气管4另一端的开口处靠近所述盲板5。同理产气管4的螺旋出口也在靠近盲板5侧，甲醇蒸汽充分反应后方可进入到产气管4管口。由于产气管4盘曲多圈，因此螺旋的产气管4能够将高温气体的热量又回收到反应器内部，降低反应器的能耗，降低生产成本。所述产气管4的入口靠近所述盲板5，原料气需要经过更长的路径才能到达盲板5下方即原料气具有较长的反应时间，所以从所述产气管4收集的转化气为充分反应后的混合气，一定程度上转化气的浓度更高，提高了原料的转化率。

在一实施例中，所述甲醇制氢反应器还包括有过滤支架(未示出)，所述过滤支架包括平台和支撑腿，所述过滤支架上具有通孔，并被置于所述内管2管口和所述法兰盘6之间。所述过滤支架上的通孔便于反应气通过所述夹层空间7后经所述内管2的下部管口进入到内管2的内部。催化作用下生成的转化气在内管2的上端富集，从产气管4中被输送到反应器外。

参考图2，在一实施例中，所述盲板5划分为外圈和内圈，其中所述内圈与所述内管2位置对应；所述外圈为所述盲板上非内圈部分。实施例中所述进料口8设置在所述外圈位置，所述输气口9设置在盲板5的内圈位置，并且所述热电偶也设置在所述内圈位置。在实施例的盲板俯视图中所述进料口8、所述输气口9、所述热电偶在一条直线上。所述进料口8、所述输气口9、所述热电偶装配孔都具有与反应器外部进行物质交换的连接零部件或者信息显示零部件，将三者放在一条直线上不仅有利于反应器外表面的有序美观，且能很容易进行所述进料口8、所述输气口9和所述热电偶接口的区分确认。

本申请盲板5作为反应器的上端，在进行催化反应前，需要先将反应器倒置，向所述夹层空间7和所述内管2内填装催化剂，待催化剂填充完成后在所述内管2的管口处放入一过滤支架，且在过滤支架和法兰盘6的空腔内再次填满催化剂，将所述外管1与所述法兰盘6用螺栓固定密封，以使得整个反应器的下端被封闭。经过上述操作，所述甲醇制氢反应器组装完成，然后就可以将反应器立式固定，准备开始进行催化反应。

甲醇氢化反应原料气从盲板5即反应器顶端的进料管3进入所述夹层空间7中，随着原料的流入，在气体的压力作用下，甲醇氢化反应原料气充满所述夹层空间7后，穿过具有通孔结构的过滤支架然后进入到内管2内部，由于所述夹层空间7和所述内管2内部都填充了催化剂，反应的原料气发生催化反应生成转化气，反应产生的转化气会在内管2的顶部(即盲板5)下方富集并从产气管4中输出到反应器外。本发明采用内管2、外管1双层结构，内管2和外管1连通的设计，从而将所述进料口8位置放置于反应器的上端，很好地解决了催化剂残渣颗粒容易堵塞位于反应器下端进料口的问题，降低了反应器的日常维护成本，也降低了反应器的安装复杂度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种甲醇制氢反应器，所述甲醇制氢反应器包括反应体、进料管、产气管、盲板和法兰盘，其特征在于，所述反应体包括外管和内管，所述内管管径小于所述外管管径；

所述内管的一端和所述外管的一端分别固定在所述盲板的同一侧，以使所述内管嵌套在所述外管内并与所述外管形成环状夹层空间，且所述内管与所述外管连通；

所述外管另一端连接所述法兰盘，所述法兰盘用于封闭所述外管；

所述盲板上设有进料口和输气口；所述进料口与所述夹层空间连通，所述进料管一端穿过所述进料口、另一端开口位于所述夹层空间上端；所述输气口与所述内管连通，所述产气管一端穿过所述输气口、另一端开口位于所述内管上端。

2.根据权利要求1所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述甲醇制氢反应器还包括温度监测装置，所述温度监测装置穿透所述盲板插入到所述内管中，用于监测所述内管中催化剂的环境温度。

3.根据权利要求1所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述进料管绕所述内管外壁呈螺旋状，所述进料管另一端的开口靠近所述盲板。

4.根据权利要求1所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述产气管在所述内管中呈螺旋状，所述产气管另一端的开口靠近所述盲板。

5.根据权利要求1所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述甲醇制氢反应器还包括有过滤支架，所述过滤支架置于所述内管管口和所述法兰盘之间。

6.根据权利要求5所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述过滤支架包括平台和支撑腿，所述过滤支架上具有通孔，用于保证反应原料流经所述过滤支架进入到所述内管中。

7.根据权利要求1所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述外管和所述法兰盘由螺钉连接固定。

8.根据权利要求1所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述外管和所述内管同轴设置。

9.根据权利要求1所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述外管和所述内管焊接在所述盲板上。

10.根据权利要求2所述的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述温度监测装置为热电偶。

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