CN205061885U - 二氧化碳转化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工设备技术领域，特别是涉及二氧化碳转化装置，包括：腔室，腔室内均匀设置有多个两端穿设腔室的反应管；反应管内设置有催化剂层和支撑板；反应管两端分别连接有出气收集管和原料输入件；原料输入件包括：原料气分配区和原料气进口，原料输入件用于在原料气由原料气进口进入原料气分配区后，在原料气分配区进行混合，混合后进入反应管，在反应管内反生反应，反应后生成的气体由出气收集管收集；腔室于出气收集管一端设置有燃烧件，燃烧件由燃料气入口和燃烧喷嘴组成，燃烧喷嘴靠近燃料气入口设置。上述二氧化碳转化装置，通过燃烧件由可燃燃料气燃烧提供热量以提供反应管的反应温度，安全快捷。

Description

二氧化碳转化装置

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，特别是涉及一种二氧化碳转化装置。

背景技术

传统的技术上，一氧化碳和含一氧化碳的合成气一直是有机化工和精细化工的基本原料，如数千万吨级的甲醇生产、数百万吨级的羰基合成醋酸、醋酐、万吨级的乙二醇生产等、数百万吨的燃油生产等。在全世界，一氧化碳的来源主要是有天然气制气和煤制气生产得到。随着我国政府的的产业调整、环保和清洁能源的实施，国家大力支持天然气最为民用燃料适用，利用天然气制备一氧化碳的新建项目已经渐渐受到国家限制。因此，最近些年，煤制气技术已经成为合成一氧化碳或合成气的主要技术路线。但是，我国虽然是煤炭大国，但是煤毕竟是一种有限资源，同时在煤制气装置中，会产生大量的伴生的对环境有害的副产物，处理这些有害物也将浪费更多的资源。有效利用煤炭资源，已经关乎国家经济发展和环境保护的重要事情。

此外，由于我国许多行业大量使用煤源，导致中国排放的二氧化碳已经居全世界首位。温室效应带来的危害以及环境保护的责任已经要求国家在发展中必须节能减排。二氧化碳的利用技术的开发已经成为全世界研究热门。如二氧化碳制甲烷技术的开发、二氧化碳制备聚碳酸酯等。

由于氢气是一种人类未来世界可能依赖更大的能源，因为它可以来源于地球上最多的物质——水，取之不尽。目前我国许多行业、企业副产大量含有氢气的副产尾气，如钢铁企业的焦炉气、多晶硅的复产气、苯乙烯生产尾气、氯碱行业生产中副产氢气、炼油厂尾气等，这些富含氢气的尾气，每年在我国的产生量达到1600亿M3。虽然经过膜分离技术和变压吸附分离技术有效地分离出了氢气再利用，但是应用有限，只有30%的量得到高效利用，大多数是作为燃料使用了。而且氢气是易燃易爆的危险化学品，不易长途运输，最好就近利用，由于这些限制，使得许多企业只有将多余的副含氢气放空或燃烧用作蒸汽用，使得其有效价值没有得到体现，据计算氢气作为化学品的原料利用的价值是其作为燃料制蒸汽的价值的10～20倍。

假如能将二氧化碳加以利用，让其与富含氢气的尾气合成一氧化碳，这样既减少二氧化碳的排放，又可使富含氢气的副产尾气尽量用于化工原料使用，可以一定程度上减少天然气制气和煤制气中的天然气或煤的耗量。因此可以说这个技术一旦应用，将是除天然气或煤制气技术之外的一条新的造气技术，无论在节能减排和减少投资降低成本上都是有利的。

现在市场上中，国内很少有关于二氧化碳加氢合成一氧化碳的工业化装置以及设备的文献技术报道。

发明专利200510027918.6公开了的技术是用二氧化碳在无氧的环境下用焦炭作还原剂反应合成一氧化碳，其使用的反应器为固定床反应器，采用煤炭在反应床内自行燃烧的方式，不是列管式反应器结构，具体的反应器结构没有论述。

发明专利200810046409.1公开了的技术是二氧化碳和氢气合成甲醇的工艺方法，由于其合成温度低于300℃，采用的反应器并不需要燃料燃烧或高温换热。因此，其反应器不能适宜二氧化碳加氢合成一氧化碳用。

然而，焦炉气合成一氧化碳的转化器，使用温度在850～1000℃，采用的形式是原料气通入后，直接有通入的氧气或富氧与作为原料气的焦炉气燃烧提供物料热量，但是这种燃烧方式是在反应床内进行的。而且如果烧嘴出现变形、堵塞、损坏等情况，容易出现氧气燃烧不完全，由于焦炉气内含有大量的氢气，容易出现爆炸。实际上在国内就出现过该类反应器由于烧嘴的原因爆炸。

实用新型内容

基于此，有必要针对如何解决现有的反应器因在反应床内燃烧加热容易发生爆炸的问题，提供一种二氧化碳转化装置。

一种二氧化碳转化装置，包括：腔室，所述腔室内均匀设置有多个两端穿设所述腔室的反应管；所述反应管内设置有催化剂层和支撑板，所述支撑板上的所述催化剂层用于填装催化剂；所述反应管两端分别连接有出气收集管和原料输入件；所述原料输入件包括：原料气分配区和原料气进口，所述原料输入件用于在原料气由原料气进口进入原料气分配区后，在所述原料气分配区进行混合，混合后进入所述反应管，在所述反应管内反生反应，反应后生成的气体由所述出气收集管收集；所述腔室于所述出气收集管一端设置有燃烧件，所述燃烧件由燃料气入口和燃烧喷嘴组成，所述燃烧喷嘴靠近所述燃料气入口设置。

在其中一个实施例中，所述燃烧喷嘴的数量为两个。

在其中一个实施例中，两个所述燃烧喷嘴距离所述反应管的距离为30-50mm。

在其中一个实施例中，两个所述燃烧喷嘴距离所述反应管的距离为40mm。

在其中一个实施例中，所述燃料气入口还设置有封盖，用于切断所述燃料气入口与所述腔室的连通。

在其中一个实施例中，所述腔室于所述燃烧喷嘴的附近区域开设有氮气入口和水蒸气入口。

在其中一个实施例中，所述腔室开设有排烟口和入烟口，所述入烟口用于连接外部的高热烟道气，所述排烟口用于排出利用后的烟气。

在其中一个实施例中，所述腔室内侧壁设置有热层。

在其中一个实施例中，所述反应管的直径在φ40-201mm。

在其中一个实施例中，所述反应管直径为201mm。

上述二氧化碳转化装置，通过燃烧件由可燃燃料气燃烧提供热量以提供反应管的反应温度，安全快捷。

反应管选用的耐高温不锈钢管，可耐温度900～1000℃，即使外加热温度局部达到750℃以上也不影响反应管的运行。

安装氮气或水蒸气管入口，可以及时处理危险，及时灭火降温。

本装置采用燃烧外加热，与反应床内燃烧技术相比，爆炸危险大大降低。

附图说明

图1为本实用新型的二氧化碳转化装置的结构示意图；

图2为图1所示实施例的剖视示意图；

图3为图1所示实施例的反应管的分布示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请一并参阅图1、图2和图3，二氧化碳转化装置，包括：腔室100，其高径比为6。所述腔室100内均匀设置有多个两端穿设所述腔室100的反应管110。例如，所述腔室100两端开设有多个安装口，用于安装所述反应管110。

例如，反应管110的直径为120mm。反应管100内设置有催化剂层111和支撑板112，催化剂填装在支撑板112上。反应管110两端分别连接有出气收集管130和原料输入件140。

例如，原料输入件140包括：原料气分配区141和原料气进口142。原料气由原料气进口142进入原料气分配区141后，在原料气分配区141进行混合，混合后进入反应管110，在反应管110内反生反应，反应后生成的气体由出气收集管130收集。

例如，出气收集管130还通过导气管连接外部收集设备，以便于将反应后生成的气体输出至外部收集设备。

例如，腔室100于所述出气收集管130一端设置有燃烧件，燃烧件由燃料气入口151和两个燃烧喷嘴152组成，所述燃烧喷嘴靠近所述燃料气入口设置。

例如，燃料气入口151还设置有封盖1511，用于切断燃料气入口151与腔室100的连通。

例如，多个反应管110均匀地设置在沿着靠近所述腔室100内壁10mm的区域。

为了保证反应管的温度均匀，例如，反应管内的原料气处理量在5000M³/h以下，并且，保证反应管直径在φ40-201mm。反应管直径在201mm内，能保证催化剂层111内的反应反需要的温度分布均匀，反应温度利于控制，控制原料气处理量在5000M³/h以下，以保证腔室100内的温度控制在500-800℃，如此，保证反应的正常进行，避免发生意外。

为了进一步控制反应温度，例如，两个燃烧喷嘴152距离反应管110的距离为30-50mm。例如，两个燃烧喷嘴152距离反应管110的距离为30mm。例如，两个燃烧喷嘴152距离反应管110的距离为50mm。例如，两个燃烧喷嘴152距离反应管110的距离为40mm。如此，保证催化剂层111内的反应反需要的温度分布均匀，反应温度利于控制。

为了避免在反应过程中腔室温度过高损坏反应管，例如，燃烧喷嘴附近开设有氮气入口153和水蒸气入口154。在燃烧喷嘴附近安装水蒸气和氮气入口，可以在腔体出现危险时迅速通入氮气灭火，然后通入水蒸气降温装置。如此，避免在反应过程中腔室温度过高损坏反应管，甚至损坏整个装置。

在其实实施例中，也可以不使用燃烧件，并同样可以达到反应管110的反应温度。例如，腔室100开设有排烟口143和入烟口144。入烟口144用于连接外部的高热烟道气。排烟口143用于排出利用后的烟气。

为了保证反应的正常进行，例如，腔室100内侧壁设置有热层，例如，耐热层采用耐高温材料制成。并且，耐高温材料平铺三层形成耐热层。如此，保证了腔室100的耐火高温。

反应原理：

二氧化碳加氢合成一氧化碳技术，其化学反应式为：CO2+H2=CO+H2O。

二氧化碳加氢合成一氧化碳的反应是吸热反应，要得到理想的二氧化碳转化率和一氧化碳选择率，一般其反应温度要在550℃以上，最好是600℃以上。当温度低于550℃时，转化率会显著降低。因此，反应需要高温热量。本转化装置设计为在以下二种情况下均可适用：

第一种情况是利用外供燃料和空气在腔室内燃烧给反应管提供热量。所使用的燃料包括天然气、燃煤气、焦炉气、氢气、石油液化气、以及富含可染物质的燃料气等。助燃剂，直接抽取环境中的空气，靠空气风门调节。腔室内设有点火器、燃烧喷嘴。燃料燃烧后，产生的热量通过辐射段给填装有催化剂的多个反应管供热。

第二种情况是依靠高热烟道气直接与反应列管换热，不需动用燃烧喷嘴的功能。本实用新型主要是应用于有天然气、燃煤气、焦炉气、氢气、石油液化气、以及富含可燃物质的燃料气的企业。还可适用于具有温度大于700℃以上的高热烟道气的企业，如钢铁厂、水泥厂等，依靠高温烟道气直接与反应管换热，可以节约部分燃料。

工作过程：

在使用燃料气燃烧时，关闭高热烟道气入口。在使用高热烟道气换热时，关闭封盖，燃烧喷嘴闲用。在靠近燃烧喷嘴附近安装有氮气或蒸汽入口，以防当转化器内出现危险时，通入氮气或水蒸气迅速灭火降温。在对流段上部安装有原料气入口，二氧化碳和氢气预先混合后进入。原料气进口安装有管式换热，用于原料气的预热，预热后的原料气经过安装于原料分配区的气体分配管才进入安装于腔室的反应管。而反应后的转化气又经过出气收集管排除。优选的，反应管是耐高温不锈钢管，使用温度900-1000℃。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种二氧化碳转化装置，其特征在于，

包括：腔室，所述腔室内均匀设置有多个两端穿设所述腔室的反应管；

所述反应管内设置有催化剂层和支撑板，所述支撑板上的所述催化剂层用于填装催化剂；

所述反应管两端分别连接有出气收集管和原料输入件；

所述原料输入件包括：原料气分配区和原料气进口，所述原料输入件用于在原料气由原料气进口进入原料气分配区后，在所述原料气分配区进行混合，混合后进入所述反应管，在所述反应管内反生反应，反应后生成的气体由所述出气收集管收集；

所述腔室于所述出气收集管一端设置有燃烧件，所述燃烧件由燃料气入口和燃烧喷嘴组成，所述燃烧喷嘴靠近所述燃料气入口设置。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，所述燃烧喷嘴的数量为两个。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，两个所述燃烧喷嘴距离所述反应管的距离为30-50mm。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，两个所述燃烧喷嘴距离所述反应管的距离为40mm。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，所述燃料气入口还设置有封盖，用于切断所述燃料气入口与所述腔室的连通。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，所述腔室于所述燃烧喷嘴的附近区域开设有氮气入口和水蒸气入口。

7.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，所述腔室开设有排烟口和入烟口，所述入烟口用于连接外部的高热烟道气，所述排烟口用于排出利用后的烟气。

8.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，所述腔室内侧壁设置有热层。

9.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，所述反应管的直径在φ40-201mm。

10.根据权利要求1所述的二氧化碳转化装置，其特征在于，所述反应管直径为201mm。