CN216260662U - 一种螺旋板式甲醇重整制氢反应器及反应组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种螺旋板式甲醇重整制氢反应器，该反应器包括筒体，及位于所述筒体内且与所述筒体的轴向方向一致设置的管体；所述筒体与所述管体之间的空间设置有螺旋板，所述螺旋板将所述空间分割成彼此邻接的热媒腔和转化腔，所述热媒腔用于热媒流通，所述转化腔用于容置催化剂；所述管体与所述热媒腔相连通，所述热媒腔与所述转化腔不连通。此外，本实用新型还提供了一种反应器组件，它由多个反应器叠加而成。本实用新型公开的反应器，其单位体积催化剂填充量是传统反应器的两倍，提高了反应器单位体积催化剂的利用效率，使得该反应器设备尺寸较小，进而降低了设备占地以及设备投资成本。

Description

一种螺旋板式甲醇重整制氢反应器及反应组件

技术领域

本实用新型涉及新能源化工技术领域，具体涉及一种螺旋板式甲醇重整制氢反应器及反应系组件。

背景技术

为减少化工生产中的能耗和降低成本，以替代被称为“电老虎”的“电解水制氢”的工艺，业内目前常利用先进的甲醇蒸汽重整──变压吸附技术制取纯氢和富含CO₂的混合气体，经过进一步的后处理，可同时得到氢气和二氧化碳气。

现有技术中，工业使用甲醇制氢技术主要采用固定床列管反应器，采用有机热载体导热油进行加热，导热油走壳程，制氢催化剂放置于管程，该种反应器结构简单，催化剂易于装卸，适用于大型制氢装置。但不足的是，单位体积的催化剂填充少，反应器体积大，而制氢装置目前要求撬装化且减小反应器尺寸，并提高单位体积催化剂填充量。因此，有必要针对上述反应器需求的小型化对现有反应器作出改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是开发一种小型化的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，籍以解决背景技术中所提及的技术问题。

本实用新型通过如下的技术方案实现：

一种螺旋板式甲醇重整制氢反应器，包括：

筒体，及位于所述筒体内且与所述筒体的轴向方向一致设置的管体；

所述筒体与所述管体之间的空间设置有螺旋板，所述螺旋板将所述空间分割成彼此邻接的热媒腔和转化腔，所述热媒腔用于热媒流通，所述转化腔用于容置催化剂；

所述管体与所述热媒腔相连通，所述热媒腔与所述转化腔不连通。

在本申请公开的一个实施例中，所述管体基本位于所述筒体的中心线处。

在本申请公开的一个实施例中，所述筒体的筒壁上设置有热媒进管；

所述热媒进管与所述热媒腔相连通，通过所述热媒进管进入的热媒流经热媒腔后，最终汇流至所述管体。

在本申请公开的一个实施例中，所述筒体的下端具有热媒出管，所述热媒出管与所述管体相连通。

在本申请公开的一个实施例中，

所述筒体的上部设置有上封头，所述上封头上设置有原料进口；

所述筒体的下部设置有下封头，所述下封头上设置有转化气出口；

所述原料进口通过所述转化腔与所述转化气出口相连通，原料经所述原料进口进入到转化腔后与所述催化剂反应，反应生成的转化气经所述转化气出口排出。

在本申请公开的一个实施例中，所述热媒出管穿过所述下封头后与所述筒体外界相连通。

在本申请公开的一个实施例中，所述转化腔的板间距为10-40mm。

在本申请公开的一个实施例中，所述热媒腔的两螺旋板的板间距为6-20mm。

在本申请公开的一个实施例中，所述螺旋板为不锈钢板或者是碳钢板，螺旋板的板厚为4-8mm 。

上述实用新型内容公开了一种小型化的甲醇重整制氢反应器，该反应器内单位体积催化剂填充量是传统反应器的两倍，提高了反应器单位体积催化剂的利用效率，使得该反应器设备尺寸较小，进而降低了设备占地以及设备投资成本，满足了现有行业内撬装化的要求。

基于同样的发明构思，本实用新型进而还公开了基于上述反应器构建的反应组件。具体地：

一种螺旋板式甲醇重整制氢反应系统，包括多个螺旋板式甲醇重整制氢反应器，多个所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器沿着任意一个螺旋板式甲醇重整制氢反应器中的筒体的轴向方向叠加，也就是说，多个所述反应器的筒体、管体及转化腔连通。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型运用螺旋板式换热原理，提高了热媒与反应原料间的传热系数，减小了换热死角，提高了传热效率，热媒流速均匀，不存在列管式固定床壳程内流速不均匀现象，以此提高了转化腔内反应的均匀性；并且单位体积内催化剂利用率高，反应器内单位体积催化剂填充量是传统的反应器的两倍，设备尺寸小，降低设备占地以及设备投资成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本实用新型所示出的制氢反应器的结构示意图；

图2为本实用新型所示出的筒体内热媒腔和转化腔的结构示意图；

图3为本实用新型所示出的制氢反应组件的结构示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型创造的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型创造的不同结构。为了简化本实用新型创造的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型创造。此外，本实用新型创造可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型创造提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型的一个实施例公开了一种螺旋板式甲醇重整制氢反应器，它包括筒体1，筒体1中部设有管体8；筒体1的上端设有上封头2，筒体1的下端设有下封头3；上封头2上设有原料进口4，下封头3上设有转化气出口5。

筒体1内设有螺旋板，螺旋板将筒体1内部分隔成两个螺旋形的通道，两个螺旋形通道分别为热媒腔9和转化腔10。也就是说，螺旋板将筒体1与管体8之间的空间分割成彼此邻接的热媒腔9和转化腔10，热媒腔9用于热媒流通，转化腔10用于容置催化剂。参见图1和图2，可以看出，热媒腔9和转化腔10以彼此交替的形式从筒体1的内壁过渡到管体8外壁。

工作时，由于管体8与热媒腔9相连通，热媒腔9与转化腔10不连通，因此，加热的热媒在外循环动力下，由热媒进管6进入热媒腔9，热媒在热媒腔9内向中部的管体8方向螺旋流动，在流动过程中与转化腔10换热后最后进入管体8，最终排出到筒体1外。在具体的实施场景中，为了降低能耗，提高热媒介质的利用率，由管体8及热媒出管7排出的热媒通过其它加热机构加热后，可再次经热媒进管6进入热媒腔9内，这样可对热媒进行循环利用。

转化腔10大致呈与筒体1轴向方向一致的排布形式，转化腔10的上端与原料进口4相连通，下端与转化气出口5相连通，转化腔10内填充有甲醇重整催化剂，在具体的实施场景中，反应原料可为甲醇水溶液或甲醇，反应原料从原料进口4进入，在转化腔10内与催化剂反应后，经转化气出口5排出。也就是说，反应原料在转化腔10内沿筒体1轴向方向输送，在此过程中，反应原料与热媒换热发生重整/裂解反应，反应后的转化气经转化气出口5输出。

进一步地，为了提高了转化腔10内反应的均匀性，筒体1的上端设置了上封头2，下端设置下封头3，上封头2上设有原料进口4，下封头3上设有转化气出口5。工作时，转化腔10的上端通过上封头2与原料进口4相连通，下端通过下封头3与转化气出口5相连通，这样，反应原料从原料进口4进入到上封头2后以基本均布的形式进入到转化腔10内，在转化腔10内与催化剂反应后，汇聚到下封头3内，最后经转化气出口5排出。

当筒体1的下端设置有下封头3时，位于筒体1下端的热媒出管7可穿过下封头3与筒体1外界相连通，这样便于排出排出热媒。

上述反应过程中，反应器的使用压力为0.6-3.0MPa，使用温度为220-300℃。

在一个具体的实施场景中，根据反应器的反应效率、成本等因素综合考虑可设置如下的相关设计参数：

转化腔10内的板间距可设定为10-40mm，热媒腔9板间距为6-20mm，螺旋板为不锈钢或碳钢材质，螺旋板的板厚为4-8mm。

需要说明的是，上述实施例为了清楚地表达本技术方案的发明构思，以特定的布局形式阐述工作原理，对于本领域技术人员而言，上述特定的布局并非是本技术方案的特别限定，相反，本领域技术人员可以根据本技术方案发明构思理解上述的筒体1上的热媒进管6等技术特征。

比如：本技术方案描述的热媒进管6位于筒体1的上部，热媒出管7位于筒体1的下端，这样描述的技术方案为：热媒从筒体1上端进入筒体1内，从下端排出到筒体1外，可以理解的是，本技术方案并非一定需要热媒从筒体1的上端进入、下端排出，同样可以由下端进入，上端排出。其他的原料进口4和转化气出口描述的方案同理，本领域技术人员可以对本技术方案作出变形，但均视为本实用新型的保护范围下的技术方案。

由上述公开的技术方案可知，本实用新型运用螺旋板式换热原理，提高热媒与反应原料间的传热系数，不仅减小了换热死角，而且提高了传热效率。此外，热媒流速均匀，不存在列管式固定床壳程内流速不均匀现象，以此提高转化腔内反应的均匀性，并且单位体积内催化剂利用率高，反应器内单位体积催化剂填充量是传统的反应器的两倍，设备尺寸小，降低设备占地以及设备投资成本。

实施例2

如图3所示，在本实施例中，将两个实施例1中的反应器串联成反应组，反应组中两筒体1、转化腔10及管体8连通，两筒体1之间的热媒腔9不直接连通。相应地，反应组的上部筒体1的顶部设置上封头2，反应组下部筒体1的底部设有下封头3，并且，由于两筒体1的管体8连通，上部筒体1的热媒出管7及下部筒体1的热媒进管6不再设置，下部筒体1的热媒出管7设于下部筒体1的底部侧壁。

反应组内反应原料的流动仍然是沿筒体1的轴向由上封头2进入并由下封头3输出，热媒由上部筒体1的热媒进管6进入，热媒在上部筒体1的热媒腔9中向内侧的管体8流动，热媒由管体8进入下部筒体1的热媒腔9中，热媒在下部筒体1的热媒腔9中向外侧流动并由热媒出管7输出。

本实施例以2个反应器的组合说明反应组的工作原理，同理，本技术方案的发明构思也可以设置多个反应器。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于，包括：

筒体，及位于所述筒体内且与所述筒体的轴向方向一致设置的管体；

所述筒体与所述管体之间的空间设置有螺旋板，所述螺旋板将所述空间分割成彼此邻接的热媒腔和转化腔，所述热媒腔用于热媒流通，所述转化腔用于容置催化剂；

所述管体与所述热媒腔相连通，所述热媒腔与所述转化腔不连通。

2.根据权利要求1所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于，所述管体基本位于所述筒体的中心线处。

3.根据权利要求1所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于：

所述筒体的筒壁上设置有热媒进管；

所述热媒进管与所述热媒腔相连通，通过所述热媒进管进入的热媒流经热媒腔后，最终汇流至所述管体。

4.根据权利要求3所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于，所述筒体的下端具有热媒出管，所述热媒出管与所述管体相连通。

5.根据权利要求1所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于：

所述筒体的上部设置有上封头，所述上封头上设置有原料进口；

所述筒体的下部设置有下封头，所述下封头上设置有转化气出口；

所述原料进口通过所述转化腔与所述转化气出口相连通，原料经所述原料进口进入到转化腔后与所述催化剂反应，反应生成的转化气经所述转化气出口排出。

6.根据权利要求5所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于，所述热媒出管穿过所述下封头后与所述筒体外界相连通。

7.根据权利要求1所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于，所述转化腔的板间距为10-40mm。

8.根据权利要求1所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于，所述热媒腔的两螺旋板的板间距为6-20mm。

9.根据权利要求1所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器，其特征在于，所述螺旋板的板厚为4-8mm。

10.一种螺旋板式甲醇重整制氢反应组件，其特征在于，该反应组件包括：

多个如权利要求1-9任意一项所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器；

多个所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器沿着任意一个所述的螺旋板式甲醇重整制氢反应器中的筒体的轴向方向叠加。

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