CN115106035B - 一种用于氨分解的微通道反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于氨分解的微通道反应器，包括反应器壳体、壳盖和换热反应微管，反应器壳体上设置有热介质进口、热介质出口、氨气进料口和氨气分解出料口，壳内换热反应微管的两端分别为第一管板和第二管板，两管板将反应器壳体内划分为第一管箱、换热反应腔和第二管箱，换热反应微管均匀布置在换热反应腔内，并在换热反应微管内加装有用于氨气分解的催化剂，氨气进料口和氨气分解出料口均设置在第一管箱上，并与第一管箱内导通；换热反应腔内还设有回流管，回流管的一端穿越第二管板与第二管箱导通，其另一端穿过第一管板并伸出第一管箱后与氨气分解出料口连通。本发明同时具有换热和氨分解功能，优化了结构，具有成本低、结构紧凑、体积小、换热反应效率高、启动速度快、壳盖可拆卸以及清洁维护方便的优势。
Description
技术领域
本发明涉及氨分解技术领域，具体涉及一种用于氨分解的微通道反应器。
背景技术
反应器是化工、冶金、医药、电力、热能等涉及两种流体进行热量交换的各个行业中重要的工业生产设备。在氨氢燃料电池系统中反应器作为提供氢气来源的核心设备，反应器在运行过程中主要是气相换热，传统的反应器存在结构体积大，流速低，换热系数低，且漏热损失大的问题，反应器长时间使用之后内部清洁度降低也会导致换热率的下降。
发明内容
为解决现有技术中气相换热效率低，以及长时间使用之后反应器清洁度下降导致的换热率下降的问题，本发明提供了一种用于氨分解的微通道反应器。
本发明采用如下技术方案：
一种用于氨分解的微通道反应器，包括反应器壳体、换热反应微管、氨气进料口、氨气分解出料口、热介质进口和热介质出口，所述反应器壳体的两端分别设有第一管板和第二管板，所述的第一管板和第二管板将所述反应器壳体分割为位于两侧的第一管箱和第二管箱，以及位于中间的换热反应腔，所述换热反应微管内加装有用于氨气分解的催化剂，多个所述换热反应微管均匀布置在所述换热反应腔内，其两端分别穿过所述的第一管板和第二管板与所述的第一管箱和第二管箱导通，所述的氨气进料口和氨气分解出料口均设置在所述第一管箱上，且所述氨气进料口与所述第一管箱内导通；所述换热反应腔内还设有回流管，所述回流管的一端穿越所述第二管板与所述第二管箱导通，其另一端穿过所述第一管板并伸出所述第一管箱后与所述氨气分解出料口连通；所述的热介质进口和热介质出口分别与所述反应换热腔导通。
所述催化剂在所述换热反应微管内沿其长度方向上通长设置。
优选地，所述换热反应微管内沿其长度方向上间隔设有多个表面设有网格状微孔的催化剂挡板，且所述微孔的尺寸小于所述催化剂粒径，所述催化剂填充在相邻两个所述催化剂挡板之间。
位于所述反应器壳体一端的所述第二管板外侧形成一壳盖结构，所述壳盖与所述第二管板之间形成所述第二管箱。
所述壳盖与所述反应器壳体之间可拆卸固定连接。
所述的热介质进口和热介质出口分别设置在靠近所述换热反应腔两端的壳壁上，且所述热介质进口远离所述氨气进料口设置。
所述换热反应微管沿所述换热反应腔内周向均匀布置，所述回流管设置在所述换热反应腔的中间位置，且其两端分别穿过所述的第一管板和第二管板的中心。
所述氨气进料口设置于所述第一管箱的周向上，且与所述换热反应微管长度方向垂直设置。
所述换热管为小管径、薄壁耐高温不锈钢管。
优选地，所述换热管为外径6mm、壁厚1.5mm的310s不锈钢管。
所述回流管内也可设置用于氨气分解的催化剂。
本发明技术方案，具有如下优点：
A、本发明用于氨分解的微通道反应器，同时具有换热和氨分解功能，将换热器和反应器合二为一，优化了结构。氨气进料口和氨气分解出料口为同侧设置，换热分解后的氨气在第二管箱内通过中心回流管到达氨气分解出料口，增加了氨气在反应器内部的停留时间，使氨气换热分解更加充分，提升了换热率。
B、本发明中氨气进料口设置在第一管箱的侧面，与反应器内部的换热反应微管垂直，同介质进口管路和内部换热管平行的换热器相比较，本发明避免了氨气进入反应器内部后沿中心主要管路快速流动导致的换热时长缩短的不足，保证了每根内部换热反应微管的氨气流速大致相当。
C、本发明的一端设有壳盖，壳盖与第二管板之间形成第二管箱，且壳盖与反应器壳体采用螺栓可拆卸固定连接，方便反应器长期使用后进行内部清洁，有效的解决了长期使用后的反应器清洁问题，可以有效的增加反应器的使用寿命，保证反应器换热效率和分解效率稳定。
D、本发明中热介质进口远离氨气进料口，与氨气流动方向相反，形成错流，进一步增加了换热率。
E、本发明中换热反应微管内径小于3mm,远小于现有工业换热管直径，属于微通道，催化加加装在微通道管道内，热媒流体通过微通道给催化剂加热，实现氨分解的供热需求。另外，换热反应微管采用小外径，薄壁厚的310s耐高温不锈钢管，有效解决了在进行壁面传热过程中的热损失，提升了反应器的换热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明适用于氨分解的微通道反应器整体结构示意图；
图2为本发明内部换热反应微管分布示意图；
图3为催化剂在换热反应微管内填充结构示意图。
图中标识如下：
1-反应器壳体，11-第一管板，12-第二管板；2-换热反应微管，21-催化剂，22-催化剂挡板；3-氨气进料口；4-氨气分解出料口；5-热介质进口；6-热介质出口；7-回流管；8-壳盖；9-石墨垫片；10-螺栓；20-法兰；
a-第一管箱；b-换热反应腔；c-第二管箱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
如图1-图3示，本发明提供了一种用于氨分解的微通道反应器，包括反应器壳体1、换热反应微管2、氨气进料口3、氨气分解出料口4、热介质进口5和热介质出口6，反应器壳体1的两端分别设有第一管板11和第二管板12，第一管板11和第二管板12将反应器壳体1分割为位于两侧的第一管箱a和第二管箱c，以及位于中间的换热反应腔b，换热反应微管2内加装有用于氨气分解的催化剂21，多个换热反应微管2均匀布置在换热反应腔b内，其两端分别穿过第一管板11和第二管板12与第一管箱a和第二管箱c导通，氨气进料口3和氨气分解出料口4均设置在第一管箱a上，且氨气进料口3与第一管箱a内导通。换热反应腔b内还设有回流管7，回流管7的一端穿越第二管板12与第二管箱c导通，其另一端穿过第一管板11并伸出第一管箱a后与氨气分解出料口4连通。热介质进口5和热介质出口6分别与反应换热腔b导通。本发明同时具有换热和氨分解功能，将换热器和反应器合二为一，优化了结构。氨气进料口和氨气分解出料口为同侧设置，换热分解后的氨气在第二管箱内通过中心回流管到达氨气分解出料口，增加了氨气在反应器内部的停留时间，使氨气换热分解更加充分，提升了换热率。
进一步地，换热反应微管2内沿其长度方向上间隔设有多个表面设有网格状微孔的催化剂挡板22，且微孔的尺寸小于催化剂21粒径，催化剂21填充在相邻两个催化剂挡板22之间，氨气通过催化剂挡板22上的微孔和催化剂颗粒间的空隙穿过换热反应微管2，并在换热反应微管2内换热和进行氨分解。
位于换热壳体1一端的第二管板12外侧形成一壳盖8结构，壳盖8与反应器壳体1之间采用螺栓10可拆卸固定连接，方便反应器长期使用后进行内部清洁，有效的解决了长期使用后的反应器清洁问题，可以有效的增加反应器的使用寿命，保证反应器换热效率和分解效率稳定。壳盖8与第二管板12间加有石墨垫片9，保证反应器的气密性。壳盖8与第二管板12之间形成第二管箱c。
热介质进口5和热介质出口6分别设置在靠近换热反应腔b两端的壳壁上，且热介质进口5远离氨气进料口设置，热介质流动方向与氨气流动方向相反，形成错流，进一步增加了换热率。换热反应微管2沿换热反应腔b内周向均匀布置，回流管7设置在换热反应腔b的中间位置，且其两端分别穿过第一管板11和第二管板12的中心。氨气进料口3设置于第一管箱a的周向上，且与换热反应微管2长度方向垂直设置，同介质进口管路和内部换热管平行的换热器相比较，本发明避免了氨气进入反应器内部后沿中心主要管路快速流动导致的换热时长缩短的不足，保证了每根内部换热反应微管的氨气流速大致相当。
换热反应微管2为小管径薄壁耐高温不锈钢管，内径小于3mm,远小于现有工业换热管直径，属于微通道，催化加加装在微通道管道内，热媒流体通过微通道给催化剂加热，实现氨分解的供热需求。比如，换热反应微管2选用外径6mm、壁厚1.5mm的310s不锈钢管，有效解决了在进行壁面传热过程中的热损失，提升了反应器的换热效率。
另外，回流管7内也可设置用于氨气分解的催化剂21，进一步增加了氨气在反应器内部的催化停留时间，使氨气换热分解更加充分。氨气进料口3、氨气分解出料口4、热介质进口5和热介质出口6管上均设有法兰11，通过法兰配合螺栓与外部接管连接，操作方便。
本发明未述及之处适用于现有技术。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种用于氨分解的微通道反应器，其特征在于，包括反应器壳体（1）、换热反应微管（2）、氨气进料口（3）、氨气分解出料口（4）、热介质进口（5）和热介质出口（6），所述反应器壳体（1）的两端分别设有第一管板（11）和第二管板（12），所述的第一管板（11）和第二管板（12）将所述反应器壳体（1）分割为位于两侧的第一管箱（a）和第二管箱（c），以及位于中间的换热反应腔（b），所述换热反应微管（2）内加装有用于氨气分解的催化剂（21），多个所述换热反应微管（2）均匀布置在所述换热反应腔（b）内，其两端分别穿过所述的第一管板（11）和第二管板（12）与所述的第一管箱（a）和第二管箱（c）导通，所述的氨气进料口（3）和氨气分解出料口（4）均设置在所述第一管箱（a）上，且所述氨气进料口（3）与所述第一管箱（a）内导通；所述换热反应腔（b）内还设有回流管（7），所述回流管（7）的一端穿越所述第二管板（12）与所述第二管箱（c）导通，其另一端穿过所述第一管板（11）并伸出所述第一管箱（a）后与所述氨气分解出料口（4）连通；所述的热介质进口（5）和热介质出口（6）分别与所述换热反应腔（b）导通；
所述换热反应微管（2）内沿其长度方向上间隔设有多个表面设有网格状微孔的催化剂挡板（22），且所述微孔的尺寸小于所述催化剂（21）粒径，所述催化剂（21）填充在相邻两个所述催化剂挡板（22）之间；
所述的热介质进口（5）和热介质出口（6）分别设置在靠近所述换热反应腔（b）两端的壳壁上，且所述热介质进口（5）远离所述氨气进料口（3）设置；
所述氨气进料口（3）设置于所述第一管箱（a）的周向上，且与所述换热反应微管（2）长度方向垂直设置；
所述换热反应微管（2）为外径6mm、壁厚1.5mm的310s不锈钢管。
2.根据权利要求1所述的用于氨分解的微通道反应器，其特征在于，位于所述反应器壳体（1）一端的所述第二管板（12）外侧形成一壳盖（8）结构，所述壳盖（8）与所述第二管板（12）之间形成所述第二管箱（c）。
3.根据权利要求2所述的用于氨分解的微通道反应器，其特征在于，所述壳盖（8）与所述反应器壳体（1）之间可拆卸固定连接。
4.根据权利要求1所述的用于氨分解的微通道反应器，其特征在于，所述换热反应微管（2）沿所述换热反应腔（b）内周向均匀布置，所述回流管（7）设置在所述换热反应腔（b）的中间位置，且其两端分别穿过所述的第一管板（11）和第二管板（12）的中心。
5.根据权利要求1所述的用于氨分解的微通道反应器，所述回流管（7）内设置用于氨气分解的催化剂（21）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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