CN115138300A - 一种催化重整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种催化重整装置，属于工业生产技术领域，该催化重整装置包括壳体、填充管道、翅片、分流片和整流片，壳体侧面设有与重整腔连通的热空气进气装置和热空气出气装置，多个填充管道设置在重整腔内，多个翅片填充在重整腔内，采用该结构，通过热空气进气装置和热空气出气装置使热空气能够均匀通过重整腔，热量通过翅片均匀传递给各填充管道内的催化剂，分流片和整流片保证了反应气体能够均匀通过各填充管道，使各填充管道内的催化剂反应效率大致相同，反应效率更高，填充的翅片导热均匀并使整体结构更紧凑，提高了装置的承压能力，最大限度保证催化剂在颠簸状态下，不容易在物理碰撞下粉化，从而延长催化剂的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于工业生产技术领域，特别涉及一种催化重整装置。
背景技术
目前的催化反应装置主要采用管式反应器、板式反应器、板翅式反应器以及微通道反应器，管式反应器缺点是换热能力较差对强吸热反应不太适用，容易造成管内中心处的催化剂温度不够；板式反应器和板翅式反应器的缺点是：1、存在较大温差，催化剂的效率不能完全发挥，2、金属壁载催化剂是一个技术难点，成本较高，3、承受压力能力弱，最多能承受10Bar的压力，在车载制氢时钯膜吸附分离粗氢时所需压力较高(17Bar)无法达到要求，4、用在移动制氢环境，受到移动颠簸，催化剂易造成粉化，催化剂寿命无法保证；微通道反应器的缺点则是系统的能量损耗较大，由于通道较小造成对反应物的纯度要求特别高和微通道内的催化剂覆盖技术也没有很好解决，并且加工技术很高造成设计制造成本加高。
因此，一种供热均匀、能承受更大压力、反应效率更高的催化重整装置亟待出现。
发明内容
本发明提供一种催化重整装置，用于解决现有技术中的普通催化重整装置供热不匀、承压小、反应效率低的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种催化重整装置，包括壳体、填充管道、翅片、分流片和整流片，所述壳体通过分流片和整流片隔分为进气腔、重整腔和出气腔，所述壳体一端设有连通进气腔的反应气体入口且另一端设有连通出气腔的反应气体出口，所述壳体侧面设有与重整腔连通的热空气进气装置和热空气出气装置，多个所述填充管道设置在所述重整腔内，所述填充管道内填充有催化剂，所述填充管道的两端穿接在所述分流片和整流片上并分别连通进气腔和出气腔，多个所述翅片填充在所述重整腔内。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述热空气进气装置包括中空的进气盖壳，所述进气盖壳固定在所述壳体上，所述进气盖壳设有热空气入口，所述重整腔的腔壁设有多个热空气分入口，所述进气盖壳通过热空气分入口连通所述重整腔。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述热空气出气装置包括中空的出气盖壳，所述出气盖壳固定在所述壳体上，所述出气盖壳设有热空气出口，所述重整腔的腔壁设有多个热空气分出口，所述出气盖壳通过热空气分出口连通所述重整腔。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述热空气进气装置和热空气出气装置分设于所述壳体的两侧。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，多个所述填充管道呈矩形阵列穿接在所述分流片和整流片上。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述填充管道的截面形状为矩形，多个所述填充通道重叠成一组，多组所述填充通道并列且间隔设置在所述重整腔内，多个所述翅片填满所述填充通道之间的间隔。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，还包括换热器，所述换热器设有热空气进气口、反应液体入口、蒸汽出口和尾气出口，所述热空气出口与热空气进气口连通，所述蒸汽出口与反应气体入口连通。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述催化剂为铜锌铝催化剂。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述翅片为金属铜片或金属铝片。
本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供的催化重整装置包括壳体、填充管道、翅片、分流片和整流片，壳体通过分流片和整流片隔分为进气腔、重整腔和出气腔，壳体一端设有连通进气腔的反应气体入口且另一端设有连通出气腔的反应气体出口，壳体侧面设有与重整腔连通的热空气进气装置和热空气出气装置，多个填充管道设置在重整腔内，填充管道内填充有催化剂，填充管道的两端穿接在分流片和整流片上并分别连通进气腔和出气腔，多个翅片填充在重整腔内，采用该结构，通过热空气进气装置和热空气出气装置使热空气能够均匀通过重整腔，热量通过翅片均匀传递给各填充管道内的催化剂，分流片和整流片保证了反应气体能够均匀通过各填充管道，使各填充管道内的催化剂反应效率大致相同，反应效率更高，填充的翅片导热均匀并使整体结构更紧凑，提高了装置的承压能力，最大限度保证催化剂在颠簸状态下，不容易在物理碰撞下粉化，从而延长催化剂的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明中的催化重整装置的内部结构示意图；
图2是图1中A-A的视图；
图3是本发明中的催化重整装置用于甲醇重整制氢时的流程图。
图中：
1-壳体；11-进气腔；12-重整腔；13-出气腔；14-反应气体入口；15-反应气体出口；16-热空气分入口；17-热空气分出口；2-填充管道；3-翅片；4-分流片；5-整流片；6-进气盖壳；61-热空气入口；7-出气盖壳；71-热空气出口；8-换热器；81-热空气进气口；82-反应液体入口；83-蒸汽出口；84-尾气出口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
本实施例中，一种催化重整装置，如图1和图2所示，包括壳体1、填充管道2、翅片3、分流片4和整流片5，具体的，上述壳体1通过上述分流片4和整流片5隔分为进气腔11、重整腔12和出气腔13，上述重整腔12位于进气腔11与出气腔13之间，上述壳体1一端设有连通上述进气腔11的反应气体入口14且另一端设有连通上述出气腔13的反应气体出口15，上述壳体1侧面设有与上述重整腔12连通的热空气进气装置和热空气出气装置，热空气通过上述热空气进气装置进入上述重整腔12并由热空气出气装置排出，以提供催化反应所需的热量，多个上述填充管道2设置在上述重整腔12内，上述填充管道2内填充有催化剂，上述填充管道2的两端穿接在上述分流片4和整流片5上并分别连通上述进气腔11和出气腔13，多个翅片3填充在上述重整腔12内，上述翅片3为导热性良好的金属铜片或金属铝片。
采用该结构，通过上述热空气进气装置和热空气出气装置使热空气能够均匀通过上述重整腔12，热量通过上述翅片3均匀传递给各上述填充管道2内的催化剂，反应气体流经上述进气腔11、填充管道2和出气腔13，不直接与热空气混合接触，上述分流片4和整流片5保证了反应气体能够均匀通过各上述填充管道2，使各上述填充管道2内的催化剂反应效率大致相同，反应效率更高，填充的上述翅片3导热均匀并使整体结构更紧凑，提高了装置的承压能力，最大限度保证催化剂在颠簸状态下，不容易在物理碰撞下粉化，从而延长催化剂的使用寿命。
根据一个优选实施方式，如图1和图2所示，上述热空气进气装置包括中空的进气盖壳6，上述进气盖壳6通过密封焊接的方式固定在上述壳体1上，使上述进气盖壳6与壳体1之间形成进气空腔，上述进气盖壳6设有热空气入口61，上述热空气入口61连接通入高温热空气，上述重整腔12的腔壁设有多个热空气分入口16，多个上述热空气入口61呈多列排布且等间距设置，使热空气能够分散进入上述重整腔12。
使用时，上述进气盖壳6通过上述热空气分入口16连通上述重整腔12，热空气首先经上述热空气入口61进去到进气空腔内，进而由上述热空气分入口16分散进入到上述重整腔12内，使上述重整腔12内各位置的上述翅片3可以同时且均匀的与热空气接触，从而被均匀的加热，进而将热量均匀的传递给所有填充管道2内的催化剂，使每个上述填充管道2内各位置的催化剂同时升温且温度大致相同，保证了每个上述填充管道2内催化剂的反应效率保持一致。
进一步的，如图1和图2所示，上述热空气出气装置包括中空的出气盖壳7，上述出气盖壳7通过密封焊接的方式固定在上述壳体1上，使上述出气盖壳7与壳体1之间形成出气空腔，上述出气盖壳7设有热空气出口71，上述重整腔12的腔壁设有多个热空气分出口17，上述出气盖壳7通过所述热空气分出口17连通上述重整腔12，热空气在上述重整腔12内经过与上述翅片3换热后，经上述热空气分出口17均匀汇入到出气空腔内，并由上述热空气出口71排出，可以避免因降温后的热空气排出不畅而导致上述重整腔12内温度不均的情况发生。
作为优化，上述热空气进气装置和热空气出气装置分设于上述壳体1的两侧，从而使热空气可以填满整个上述重整腔12，充分的加热上述翅片3，提高了加热效率。
根据一个优选实施方式，如图2所示，多个上述填充管道2呈矩形阵列穿接在上述分流片4和整流片5上，上述填充管道2与分流片4和整流片5相接的位置通过焊接固定，从而使上述填充管道2与分流片4和整流片5在壳体1内形成结构强度更高、更稳定的框架结构，使上述填充管道2不易变形，可以承受更大的压强，从而满足在车载制氢时钯膜吸附分离粗氢时所需的压力。
进一步的，如图2所示，上述填充管道2的截面形状为矩形，多个矩形的上述填充通道可以重叠成一组，重叠起来的上述填充通道之间可以起到有效的支撑作用，重叠的高度与上述重整腔12的高度匹配，多组上述填充通道并列且间隔设置在上述重整腔12内，多个上述翅片3填满上述填充通道之间的间隔，使得上述填充管道2和翅片3将上述重整腔12完全填充，从而能够最大限度的保证上述填充通道在颠簸状态下，其内部的催化剂不容易在物理碰撞下粉化，从而延长催化剂的使用寿命，在制氢工艺中，上述催化剂为铜锌铝催化剂。
根据一个优选实施方式，如图3所示，还包括换热器8，上述换热器8设有热空气进气口81、反应液体入口82、蒸汽出口83和尾气出口84，上述热空气出口71与热空气进气口81连通，上述蒸汽出口83与反应气体入口14连通，使用时，热空气在上述重整腔12内换热后经上述热空气出口71和热空气进气口81通入到换热器8内，其余热继续加热上述换热器8内的反应液体，使反应液体蒸发生成反应气体并经上述蒸汽出口83和反应气体入口14通入到上述壳体1的进气腔11内，进而与上述填充管道2内的催化剂进行催化反应，从而提高了热空气的利用率，节能降耗。
本装置运用于甲醇重整制氢时，如图3所示，首先使用无焰燃烧空气产生330℃热空气并由上述热空气进气装置通入到上述重整腔12中，从而对上述重整腔12内的翅片3、填充管道2以及其内的催化剂进行加热，并通过上述热空气出气装置排出250℃左右的热空气，250℃的热空气再由上述热空气进气口81通入到上述换热器8中对其进行加热，同时甲醇水喷射到上述换热器8中，甲醇水在上述换热器8中吸收热量变为220℃甲醇蒸汽。甲醇蒸汽再由上述蒸汽出口83和反应气体入口14通入到上述重整腔12内填充管道2中，与催化剂发生催化反应生成粗氢，粗氢再由上述反应气体出口15排出后进入变压吸附装置中，粗氢在变压吸附装置通过钯膜吸附生成纯氢。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种催化重整装置，其特征在于：包括壳体(1)、填充管道(2)、翅片(3)、分流片(4)和整流片(5)，所述壳体(1)通过分流片(4)和整流片(5)隔分为进气腔(11)、重整腔(12)和出气腔(13)，所述壳体(1)一端设有连通进气腔(11)的反应气体入口(14)且另一端设有连通出气腔(13)的反应气体出口(15)，所述壳体(1)侧面设有与重整腔(12)连通的热空气进气装置和热空气出气装置，多个所述填充管道(2)设置在所述重整腔(12)内，所述填充管道(2)内填充有催化剂，所述填充管道(2)的两端穿接在所述分流片(4)和整流片(5)上并分别连通进气腔(11)和出气腔(13)，多个所述翅片(3)填充在所述重整腔(12)内。
2.根据权利要求1所述的一种催化重整装置，其特征在于：所述热空气进气装置包括中空的进气盖壳(6)，所述进气盖壳(6)固定在所述壳体(1)上，所述进气盖壳(6)设有热空气入口(61)，所述重整腔(12)的腔壁设有多个热空气分入口(16)，所述进气盖壳(6)通过热空气分入口(16)连通所述重整腔(12)。
3.根据权利要求2所述的一种催化重整装置，其特征在于：所述热空气出气装置包括中空的出气盖壳(7)，所述出气盖壳(7)固定在所述壳体(1)上，所述出气盖壳(7)设有热空气出口(71)，所述重整腔(12)的腔壁设有多个热空气分出口(17)，所述出气盖壳(7)通过热空气分出口(17)连通所述重整腔(12)。
4.根据权利要求3所述的一种催化重整装置，其特征在于：所述热空气进气装置和热空气出气装置分设于所述壳体(1)的两侧。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种催化重整装置，其特征在于：多个所述填充管道(2)呈矩形阵列穿接在所述分流片(4)和整流片(5)上。
6.根据权利要求5所述的一种催化重整装置，其特征在于：所述填充管道(2)的截面形状为矩形，多个所述填充通道重叠成一组，多组所述填充通道并列且间隔设置在所述重整腔(12)内，多个所述翅片(3)填满所述填充通道之间的间隔。
7.根据权利要求6所述的一种催化重整装置，其特征在于：还包括换热器(8)，所述换热器(8)设有热空气进气口(81)、反应液体入口(82)、蒸汽出口(83)和尾气出口(84)，所述热空气出口(71)与热空气进气口(81)连通，所述蒸汽出口(83)与反应气体入口(14)连通。
8.根据权利要求1所述的一种催化重整装置，其特征在于：所述催化剂为铜锌铝催化剂。
9.根据权利要求1所述的一种催化重整装置，其特征在于：所述翅片(3)为金属铜片或金属铝片。
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