CN213943062U - 一种用于氨气裂解制氢氮气的反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤化工和石油化工领域，涉及一种用于氨气裂解制氢氮气的反应器，其特征在于它包括反应器入口、反应器出口、中心管、热电偶套管、反应管、加热恒温系统、蛇形盘管和外壳体；所述中心管和热电偶套管插入反应管内，热电偶插入热电偶套管内，反应管外部装配加热恒温系统及蛇形盘管；所述蛇形盘管的出口连接中心管并通过反应管连接反应器出口，蛇形盘管的进口连接反应器入口。本实用新型反应器结构清晰，布局合理，操作方便，具有较好的稳定性；原料气的空速控制范围大，准确度高，有利于催化剂活性检验数据的准确性和氢氮气产量的提高。

Description

一种用于氨气裂解制氢氮气的反应器

技术领域

本实用新型属于煤化工和石油化工领域，涉及一种氨裂解催化剂的反应器。该反应器主要应用于氨裂解催化剂的活性检验和氨气裂解制氢氮气的生产。

背景技术

氢气是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。

近年来，由于精细化工蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料、清洁汽车等迅速发展，对纯氢需要量急速增加。

对没有氢源方便获得的地区，如果采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢，需要庞大的投资，而且只适用于规模大的用户。

对于中小用户可采用电解水制氢气，但能耗大，且氢气纯度也不够理想。

因此许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造，改用液氨裂解制氢这种新的工艺路线。该工艺可得到高纯度的氢气，且与电解法制氢相比，生产成本可下降很多，装置自动化程度高，设备无腐蚀，运行周期长等优点，因此在工业生产中被广泛使用。

发明内容

本实用新型的目的主要是为氨裂解催化剂活性检验及氢氮气生产，提供的一种小型氨裂解催化剂活性检验及氢氮气生产的反应器。

本实用新型的技术解决方案：用于氨气裂解制氢氮气的反应器，其特征在于它包括反应器入口、反应器出口、中心管、热电偶套管、反应管、加热恒温系统、蛇形盘管和外壳体；所述中心管和热电偶套管插入反应管内，热电偶插入热电偶套管内，反应管外部装配加热恒温系统及蛇形盘管；所述蛇形盘管的出口连接中心管并通过反应管连接反应器出口，蛇形盘管的进口连接反应器入口。

一般地，所述热电偶、加热恒温系统联接温控系统。

所述加热恒温系统包括蓄热绝缘体、电加热体和保温层；所述电加热体镶嵌在蓄热绝缘体的沟槽内，蛇形盘管盘装在蓄热绝缘体上，蓄热绝缘体与外壳体之间填充保温层。

所述电加热体为电炉丝，蓄热绝缘体包括刚玉和陶瓷，电炉丝通过刚玉管镶嵌在陶瓷的沟槽内。

所述保温层为珍珠膨胀粉。

所述外壳体为不锈钢筒体。

所述蛇形盘管联接玻璃转子流量计。

所述反应管采用聚四氟乙烯垫片与螺栓紧固的密封形式。

所述反应管上下两端填充氧化硅磁球，中部装填氨裂解催化剂，氧化硅磁球通过带有孔洞的筛板与催化剂隔开。

本实用新型用于氨气裂解制氢氮气的反应器，通过模拟氨气裂解制氢氮气工艺流程，控制氨裂解反应器的反应温度、压力、空速等检验条件，从而得到氨裂解催化剂活性检验数据和氢氮气产品。

本实用新型一种优选的技术方案，通过将电炉丝嵌入陶瓷蓄热体上的沟槽内，科学的解决了电炉丝的绝缘问题。反应器内蛇形盘管较好地解决了原料气的预热，有利于氨气充分裂解完全。反应管采用316材质，延展性、耐热性均较好，使用寿命长，原料气通过催化剂床层时不易出现分布不均匀的问题。

本实用新型可以利用DCS温控系统进行程序控温，具有程序升、控温，灵敏度高且温度易于控制、恒温时稳定性好的优点。催化剂填装方便，床层阻力较小，床层内气体的流动接近于平推流，因此原料气控制空速的范围较大。

本实用新型的优点：

⑴ 反应器结构清晰，布局合理，操作方便，具有较好的稳定性；

⑵ 管线连接全部采用不锈钢管，密封性能好。温度采用DCS系统进行精准控制，可实现控制温度±0.5℃；

⑶ 原料气的空速控制范围大，准确度高，有利于催化剂活性检验数据的准确性和氢氮气产量的提高；

⑷ 反应管采用不锈钢材质，传热好，更有利于反应管内轴向温度平衡。

附图说明

图1为本实用新型实施例反应器剖面结构示意图。

图2为本实用新型实施例反应器的俯视结构示意图。

图中，1—反应器出口；2—反应器入口；3—电炉丝；4—催化剂；5—外壳体；6—蛇形盘管；7—热电偶套管；8—中心管；9—绝缘瓷管；10—蓄热瓷管；11—反应管；12—蛇管支撑。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明。

实施例

用于氨气裂解制氢氮气的反应器参考附图1和2，主要包括反应器入口2、反应器出口1、中心管8、热电偶套管7、反应管11、加热恒温系统、蛇形盘管6和外壳体5；中心管8和热电偶套管7插入反应管11内，热电偶插入热电偶套管7内，反应管11外部装配加热恒温系统及蛇形盘管6；蛇形盘管6的出口连接中心管8并通过反应管11连接反应器出口1，蛇形盘管6的进口连接反应器入口2。

实施例中，热电偶、加热恒温系统联接DCS温控系统；加热恒温系统包括蓄热瓷管10、电炉丝3、绝缘瓷管9和保温层；电炉丝3通过刚玉管镶嵌在蓄热瓷管10的沟槽内，外层为绝缘瓷管9，蛇形盘管6通过蛇管支撑12盘装在绝缘瓷管9上，蛇形盘管6联接玻璃转子流量计；绝缘瓷管9与外壳体5之间填充保温层。

实施例中，保温层为珍珠膨胀粉，外壳体为不锈钢筒体。

实施例的反应器使用温度为(0～750)℃、压力为常压；反应管是反应器的核心部件，其密封是采用聚四氟乙烯垫片的软密封形式，通过螺栓坚固进行密封连接。热电偶套管位于反应管中心部位，管内插入的热电偶既控温又测温。由电炉丝、刚玉蓄热和陶瓷管组成反应器加热系统，利用DCS温控系统进行程序控温。保温层位于陶瓷管和外壳体之间，填充的耐高温保温材料确保反应器温度稳定且减少外壳与环境的温差。

实施例中，反应管上下两端填充氧化硅磁球，中部位置装填氨裂解催化剂，氧化硅磁球通过带有孔洞的筛板与催化剂隔开，使得原料气气流均匀地进入到催化剂床层与之进行反应。催化剂填装方便，床层阻力较小，原料气空速控制的范围较大，氨气裂解完全。

反应器外壳为不锈钢材料，通过金属支架固定于混凝土地面上，反应器的密封形式采用凹凸法兰软密封结构，气密性较好，不易产生气体泄漏。

实施例反应器的裂解反应原理为：氨气在一定条件下，通过催化剂的作用，发生化学反应生成氢气和氮气。其化学反应方程式如： 2NH₃ ≒ 3H₂ + N₂。

用硫酸标准滴定溶液吸收氨气，测定出口气体中氢氮混合气体积并计算出氢气体积分数，以此表征催化剂活性。

由液氨钢瓶来的气体经缓冲罐平衡至一定压力后，经过热交换器对气体进行预热，通过流量调节阀控制氨气流量大小、玻璃转子流量计计量，进入反应器入口，再经过蛇形盘管，使得氨气在反应器内进一步加热，提高温度，同时反应器按预先设定好的程序段进行升温还原。进入反应管的氨气在一定温度和压力下进行反应。裂解产生的氢氮气则由反应器出口进入热交换器、净化系统、贮气罐，或进入分析系统催化剂的活性。

Claims (10)

1.一种用于氨气裂解制氢氮气的反应器，其特征在于它包括反应器入口、反应器出口、中心管、热电偶套管、反应管、加热恒温系统、蛇形盘管和外壳体；所述中心管和热电偶套管插入反应管内，热电偶插入热电偶套管内，反应管外部装配加热恒温系统及蛇形盘管；所述蛇形盘管的出口连接中心管并通过反应管连接反应器出口，蛇形盘管的进口连接反应器入口。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述热电偶、加热恒温系统联接温控系统。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述加热恒温系统包括蓄热绝缘体、电加热体和保温层；所述电加热体镶嵌在蓄热绝缘体的沟槽内，蛇形盘管盘装在蓄热绝缘体上，蓄热绝缘体与外壳体之间填充保温层。

4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于所述电加热体为电炉丝，蓄热绝缘体包括刚玉和陶瓷，电炉丝通过刚玉管镶嵌在陶瓷的沟槽内。

5.根据权利要求1或3所述的反应器，其特征在于保温层为珍珠膨胀粉。

6.根据权利要求1或3所述的反应器，其特征在于外壳体为不锈钢筒体。

7.根据权利要求1或3所述的反应器，其特征在于蛇形盘管联接玻璃转子流量计。

8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于反应器的密封形式采用凹凸法兰软密封结构。

9.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于反应管采用聚四氟乙烯垫片与螺栓紧固的密封形式。

10.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于反应管上下两端填充氧化硅磁球，中部装填氨裂解催化剂，氧化硅磁球通过带有孔洞的筛板与催化剂隔开。

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