CN201662066U - 一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器，涉及一种催化燃烧器，目的是提供一种利用制氢所生尾气作为热源、道生油作为热载体的催化燃烧器，包括两端封闭而接有多个进出管口的反应器筒体，所述反应器筒体内设置有内部直管，内部直管的周边布置有反应列管，反应列管内设置有催化剂，反应列管和内部直管的两端都开口；反应器筒体的筒壁上，位于反应列管和内部直管的两端之间，分别设置有道生油进口和道生油出口；反应器筒体的一端，位于反应列管和内部直管的外侧，设置有尾气进口和空气进口；反应器筒体的另一端，位于反应列管和内部直管的外侧，设置有高温烟气出口。

Description

一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种催化燃烧器，特别涉及一种利用制氢工艺中尾气作为热源的催化燃烧器。

背景技术

甲醇水蒸气重整制氢装置是在一定温度、压力的条件下，以甲醇和脱盐水为原料，借助甲醇水蒸气重整反应器内催化剂的作用，促使原料与水蒸气在转化炉管内部进行转化反应，制取合成氨原料气(即氢气)。

在目前广泛使用的工艺中，原料甲醇和脱盐水先按一定比例配制，在加压条件下，分别经过预热、气化、过热等步骤，过热后的原料混合气在转化器内进行气相催化转化反应，得到转化气，其中H₂含量为75％(V/V)，其余为CO、CO₂、H₂O等。转化气通过变压吸附工段，得到符合产品纯度要求的产品氢气，剩余为尾气，尾气中H₂含量为40％(V/V)，其余为CO(5％，V/V)、CO₂(55％，V/V)等，尾气放空。

甲醇水蒸气重整制氢反应为吸热反应，整个装置需要外加热源，现有的甲醇水蒸气重整制氢装置广泛采用导热油系统作为热源，导热油作为热载体，一般导热油加热到290℃后进入甲醇水蒸气转化系统，为系统提供热量后，导热油的温度下降到约270℃，回到导热油炉，形成一个封闭的导热油循环加热系统。导热油系统多采用明火加热装置(如燃煤或燃油、气等)，导热油一般采用矿物油(型号为WD-320)，这种矿物油容易结碳，2-3年必须清洗整个导热油系统所有管线和设备，增加了成本；此外，根据国家有关规定，明火装置与氢气装置的安全距离不得小于15m，而导热油系统本身占地面积较大，这就使整个甲醇水蒸气重整制氢装置占地面积大；另外，尾气中可燃组分没有得到有效的利用，造成资源浪费。

催化燃烧是借助催化剂在较低温度下，实现对有机物的完全氧化，因此能耗少、操作简单、安全、净化效率高，在有机废气特别是回收价值不大的有机废气的净化领域有着广泛的使用。但是由于尾气中H₂的特殊性质，如何使尾气与空气混合后，混合气中的H₂浓度降到爆炸极限以下成为尾气催化燃烧技术发展的“瓶颈”。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用制氢所生尾气作为热源、道生油作为热载体的催化燃烧器，一方面可以使尾气再利用，另一方面可以使尾气燃烧过程中H₂的浓度降低到爆炸极限以下，提高安全性，具有降低装置占地、减低成本、减小资源浪费的优点。

本实用新型的目的可以通过下述技术方案来实现：

一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器，包括两端封闭而接有多个进出管口的反应器筒体，所述反应器筒体内设置有内部直管，内部直管的周边布置有反应列管，反应列管内设置有催化剂，反应列管和内部直管的两端都开口；反应器筒体的筒壁上，位于反应列管和内部直管的两端之间，分别设置有道生油进口和道生油出口；反应器筒体的一端，位于反应列管和内部直管的外侧，设置有尾气进口和空气进口；反应器筒体的另一端，位于反应列管和内部直管的外侧，设置有高温烟气出口。

所述反应器筒体设置有尾气进口的一端，位于反应列管和内部直管的外侧，设置有甲醇进口。

所述反应器筒体直立，尾气进口、空气进口设置在反应器筒体的上端。

所述高温烟气出口设置在反应器筒体的下端。

所述反应器筒体的下端设置有下封头，在反应列管和内部直管的下端口与下封头之间形成封闭空间，高温烟气出口开设在该封闭空间的侧壁上。

所述封闭空间内设置有风机叶片，该风机叶片通过伸出于封闭空间的转轴与电机连接。

所述反应器筒体的上端设置有上封头，在反应列管和内部直管的上端口与上封头之间形成封闭空间，上封头上设置有与反应器筒体内部相通的内套管和套装于内套管外的外套管，尾气进口和甲醇进口设置于外套管上，空气进口设置在内套管上。

所述道生油进口设置在反应器筒体的上部；道生油出口设置在反应器筒体的下部。

所述反应列管的总外表面积与内部直管的外表面积之和满足如下条件：达到道生油换热所需的换热面积。

本实用新型采用上述结构，尾气、空气和气化甲醇的混合气在催化剂作用下发生燃烧反应，产生的烟气自上而下地通过催化剂层，并在内部直管内自下而上、在反应列管内自上而下形成封闭循环，不断产生的烟气可以降低混合气中H₂的尝试，使其浓度低于爆炸极限，而催化燃烧反应放出的热量被道生油带走，最终使催化燃烧器内部热场趋于稳定，并使道生油温度达到甲醇水蒸气重整制氢反应对热载体温度的要求。

可见，采用上述结构的本实用新型，可以使制氢工艺中的尾气得到再利用，还可以降低混合气中的H₂浓度，实现安全工作；并可以循环加热作为热载体的道生油，具有降低装置占地、减低成本、减小资源浪费的优点。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型截面结构示意图：

图中标号：1是电机，2是转轴，3是下封头，4是高温烟气出口，5是下管板，6是反应器筒体，7是反应列管，8是内部直管，9是道生油出口，10是上管板，11是上封头，12是尾气进口，13是空气进口，14是甲醇进口，15是外套管，16是内套管，17是催化剂，18是道生油入口，19为风机叶片。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器包括反应器筒体6，其两端分别通过上封头11和下封头3封闭，在反应器筒体6的筒壁上、上封头11上和下封头3上设置有多个进出管口。

上封头11上设置有与反应器筒体6的内部相通的内套管16和套装于内套管16外的外套管15，内套管16的外端设置与之相通的空气进口13，外套管15的侧壁上设置有与之相通的尾气进口12和甲醇进口14，其中甲醇进口14的增设，是为了保证尾气催化燃烧放出的热量满足整个甲醇水蒸气重整制氢反应对热量的需要程度，增加少部分甲醇从甲醇进口14进入催化燃烧器内部，如果上述热量足以满足需要，则甲醇进口14可以省略。

下封头3的侧壁上开设有高温烟气出口4。

上封头11和下封头3之间的反应器筒体6内，设置有内部直管8和布置在内部直管8周边的若干反应列管7，如图2所示，反应列管7分布在内部直管8和反应器筒体6之间的环状间隙内，以“正三角形”形式排布。

内部直管8和反应列管7的上端皆为开口，并被上管板10固定连接，上管板10的周边与反应器筒体6的内壁固定连接。

内部直管8和反应列管7的下端皆为开口，并被下管板5固定连接，下管板5的周边与反应器筒体6的内壁固定连接。

反应列管7内设置有催化燃烧用的催化剂17。

上管板10与下管板5之间的反应器筒体6上设置有与筒体内部连通的有道生油进口18和道生油出口9，其中道生油进口18设置在反应器筒体6下部，道生油出口9设置在反应器筒体6上部。

内套管16和外套管15与反应器筒体6相通的端口位于上封头11与上管板10之间的封闭空间。

下封头3与下管板5之间的封闭空间内，设置有风机叶片19，该风机叶片19通过伸出于封闭空间的转轴2与电机1连接。

反应列管7内催化剂的装填量满足催化燃烧反应要求；反应列管7的总外表面积与内部直管8的外表面积之和满足与道生油换热的换热面积，与高温烟气换热后的道生油温度达到甲醇水蒸气重整制氢反应对热载体温度的要求。

本实施例对道生油加热，使其作为热载体给制氢工艺供热，道生油为联苯混合物，是由73.5％的二苯醚和26.5％的联苯混合而成，是一种优良的热载体，具有加热均匀、能正确调节温度、输送和操作方便简单，且不易结碳等特点。使用道生油作为热载体，不仅能满足甲醇水蒸气重整反应所需，而且降低了导热油系统清洗的成本。

本实施例的工作过程如下：

被预热的空气(约240℃)通过空气进口13从内套管16进入反应器筒体6内，预热后的尾气(约260℃)通过尾气进口12从外套管15进入反应器筒体6内，考虑到尾气催化燃烧放出的热量满足整个甲醇水蒸气重整制氢反应对热量的需要程度，增加少部分气化甲醇从为甲醇进口14进入反应器筒体6内。空气以一定温度通过内套管16，形成负压，将尾气和预先被气化的甲醇“吸”进反应器筒体6内。

进入反应列管7中的原料气(尾气、空气、气化甲醇)混合气在催化剂17的作用下发生催化燃烧反应，产生的烟气自上而下地通过反应列管7中的催化剂床层，烟气与通过内部直管8的原料混合气在反应器筒体6底部风机叶片19产生的气流作用下，在反应器筒体6内产生自下而上、从内部直管8到反应列管7的封闭循环，在这个过程中，原料气不断地在反应列管7中发生催化燃烧反应，不断产生的烟气降低了混合气中H₂的浓度，使H₂的浓度低于4％，处于爆炸极限以下，而催化燃烧反应放出的热量被“源源不断”地进入反应器筒体6内、位于内部直管8和反应列管7之间的道生油带走，最终是反应器筒体6内部热场分布趋于稳定，而与道生油换热后的高温烟气通过底部的高温烟气出口4排出催化燃烧器。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器,包括两端封闭而接有多个进出管口的反应器筒体(6),其特征在于,所述反应器筒体(6)内设置有内部直管(8),内部直管(8)的周边布置有反应列管(7),反应列管(7)内设置有催化剂(17), 反应列管(7)和内部直管(8)的两端都开口；反应器筒体（6）的筒壁上，位于反应列管(7)和内部直管(8)的两端之间，分别设置有道生油进口（18）和道生油出口（9）；反应器筒体（6）的一端，位于反应列管(7)和内部直管(8)的外侧，设置有尾气进口（12）和空气进口（13）；反应器筒体（6）的另一端，位于反应列管(7)和内部直管(8)的外侧，设置有高温烟气出口（4）。

2.如权利要求1所述一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器,其特征在于，所述反应器筒体（6）设置有尾气进口（12）的一端，位于反应列管(7)和内部直管(8)的外侧，设置有甲醇进口（14）。

3.如权利要求1或2所述一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器,其特征在于，所述反应器筒体（6）直立，尾气进口（12）、空气进口（13）设置在反应器筒体（6）的上端。

4.如权利要求3所述一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器,其特征在于，所述高温烟气出口（4）设置在反应器筒体（6）的下端。

5.如权利要求4所述一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器,其特征在于，所述反应器筒体（6）的下端设置有下封头（3），在反应列管(7)和内部直管(8)的下端口与下封头（3）之间形成封闭空间，高温烟气出口（4）开设在该封闭空间的侧壁上。

6.如权利要求5所述一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器,其特征在于，所述封闭空间内设置有风机叶片（19），该风机叶片（19）通过伸出于封闭空间的转轴（2）与电机（1）连接。

7.如权利要求6所述一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器,其特征在于，所述反应器筒体（6）的上端设置有上封头（11），在反应列管(7)和内部直管(8)的上端口与上封头（11）之间形成封闭空间，上封头（11）上设置有与反应器筒体（6）内部相通的内套管（16）和套装于内套管（16）外的外套管（15），尾气进口（12）和甲醇进口（14）设置于外套管（15）上，空气进口（13）设置在内套管（16）上。

8.如权利要求7所述一种利用制氢所生尾气作为热源的催化燃烧器,其特征在于，所述道生油进口（18）设置在反应器筒体（6）的上部；道生油出口（9）设置在反应器筒体（6）的下部。

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