CN216837138U - 甲醇水重整制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲醇水重整制氢装置，包括一组平行排布的重整管，所述重整管的两端分别为进气端和出气端，所述重整管内填充有催化剂；所有所述重整管的进气端连接有同一进气分配管组，该进气分配管组设置有醇汽进气接头，所有所述重整管的出气端连接有同一出气汇集管组，该出气汇集管组设置有混合气出气接头；重整管外壁包覆有加热模块。本实用新型的有益效果是：采用多根填装有催化剂的重整管代替单独腔体的重整器，并在每根重整管外壁设置加热模块，有利于更精细化地调节和控制重整管的温度，保证甲醇裂解反应效率，有利于提高小型/微型化的甲醇制氢系统的工作效率。

Description

甲醇水重整制氢装置

技术领域

本实用新型涉及甲醇水制氢技术领域，具体涉及甲醇水重整制氢装置。

背景技术

甲醇是一种清洁、可再生燃料，并且易于工业上大规模制备。但甲醇自身热值不高，在一些场景下不满足使用要求，例如作为动力系统的燃料。甲醇与水重整制备氢气是一种提高燃料热值的途径，由于氢气热值远高于甲醇，能够满足动力系统对燃料热值的要求。但为动力系统供能时，氢气必须以高压状态储存，对储氢容器的材料要求高；另一方面，氢气泄漏或者碰撞导致储氢容器出现损坏时，容易爆炸导致严重事故。因此，根据使用场景以甲醇水为原料即时制氢是一种极具前景的能源利用方式。甲醇水重整制氢的技术步骤大致分为汽化、催化裂解和氢气分离等几个步骤，目前已经有一些试验性项目开展这项研究，但整个样机系统体积庞大、启动慢、效率低，远不能满足使用要求。在需要小型机器的场合，必须合理布置整个系统的结构，同时应当优化各个部件的结构设计，才能满足使用要求。甲醇水重整制氢装置是整个系统的核心部件之一，除催化剂性能影响外，醇汽在重整装置内部的流动空速、路径和分布方式极大地影响裂解催化效率。现有的甲醇水重整制氢装置一般在相对较大的反应腔内填充催化剂，通过设置隔板等方式规划弯曲流道，以尽可能增加醇汽在反应腔内的流动距离，提高醇汽与催化剂的接触率。但由于甲醇裂解需要在200～300℃条件下进行，一体式的反应腔不便于精确控制反应温度，因此限制了甲醇催化裂解效率。而且传统甲醇制氢是以立式结构为主，体积大，重量大。重整装置的结构有待优化。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种甲醇水重整制氢装置。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种甲醇水重整制氢装置，其关键在于，包括一组平行排布的重整管，所述重整管的两端分别为进气端和出气端，所述重整管内填充有催化剂；

所有所述重整管的进气端连接有同一进气分配管组，该进气分配管组设置有醇汽进气接头，所有所述重整管的出气端连接有同一出气汇集管组，该出气汇集管组设置有混合气出气接头；

所述重整管外壁包覆有加热模块。

本实用新型的有益效果是：采用多根填装有催化剂的重整管代替单独腔体的重整器，并在每根重整管外壁设置加热模块，有利于更精细化地控制重整管的温度，保证甲醇裂解反应效率，有利于提高小型/微型化的甲醇制氢系统的工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，图中未示出压力测量模块；

图2为醇汽进气接头、混合气出气接头与重整管的布设位置示意图，图中还示出压力测量模块；

图3为重整进气支管与重整管之间的连接结构示意图；

图4为第二温度测量模块的安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

如图1和2所示，一种甲醇水重整制氢装置，包括一组平行排布的重整管130，所述重整管130的两端分别为进气端和出气端，所述重整管130内填充有催化剂。所有所述重整管130的进气端连接有同一进气分配管组，该进气分配管组设置有醇汽进气接头111，所有所述重整管130的出气端连接有同一出气汇集管组，该出气汇集管组设置有混合气出气接头151。所述重整管 130外壁包覆有加热模块160。

所述进气分配管组包括重整进气主管110和重整进气支管120，所述重整进气支管120沿着所述重整管130的排布方向设置，并分别连接所有所述重整管130的进气端。所述重整进气支管120的中部与所述重整进气主管110 的一端连接，所述重整进气主管110的另一端连接有所述醇汽进气接头111。

所述出气汇集管组包括混合气支管140、混合气主管150，所述混合气主管150沿着所述重整管130的排布方向设置，并分别与各个所述重整管130 的出气端之间通过一根所述混合气支管140连接，所述混合气主管150的中部连接有所述混合气出气接头151。

为控制整个装置的空间占位，本实施例中，如图3，所述重整进气支管 120贯穿所有所述重整管130，所述重整进气支管120的管壁与各个所述重整管130管壁密封，如焊接连接。重整进气支管120位于各个所述重整管130 内的管壁上分别开设有进气孔121，该进气孔121将所述重整进气支管120的管腔与所述重整管130的管腔连通。所述重整进气支管120位于各个所述重整管130内的管壁上分别包覆有支管隔离网罩122，所述支管隔离罩122用于防止催化剂进入所述进气孔121。

如图2，为使整个装置更为紧凑，所有重整管130呈卧式排布，所有所述重整管130的管心线位于同一水平平面内，在该水平平面两侧分别设置有所述醇汽进气接头111和混合气出气接头151，所述醇汽进气接头111的进气端朝下，所述混合气出气接头151的出气端朝上。

醇汽进气接头111用于连接汽化器，在汽化器内的醇水汽化后密度变小，向上流动，因此醇汽进气接头111的朝向便于醇汽顺利进入。而裂解后的混合气内含有大量氢气，混合气的密度进一步减小，因此将混合气出气接头151 的出气端朝上，便于混合气顺利排出。

所有所述重整管130按照其与所述重整进气主管110的距离分为至少两个加热管组，位于所述重整进气主管110两侧且与其距离相等的任意两根所述重整管130位于同一所述加热管组，每个所述加热管组内各重整管130外壁的加热模块160同步工作。这样设计的原因在于，由于醇汽在距离重整进气主管110距离远的重整管130内流动的总距离更大，因而温度更容易降低，而醇汽在距离重整进气主管110距离近的重整管130内流动的总距离小，温度更容易得到保持。这种温度变化的差异，使得对不同的重整管130分别进行加热成为必须，方便灵活并准确控制各个重整管130内气体温度，保证裂解效率。

本实施例中，所述加热模块160为绝缘电热丝，电热丝缠绕在重整管130 外壁。同一加热管组内的电热丝连接到同一加热控制系统，根据需要控制其同步加热或停止加热。

例如，本实施例总共有10根重整管130，位于重整进气主管110两侧分别有5根，其中靠近重整进气主管110并分居于其两侧的共四根为一个加热管组，远离重整进气主管110并分居于其两侧的共六根为另一个加热管组。

所述重整管130的进气端扣盖有后盖131。所述重整管130的出气端密封扣盖有前盖132，该前盖132连接所述混合气支管140，所述混合气支管140 与所述重整管130共管心线设置，所述混合气支管140连接在所述前盖132 的中心，所述前盖132内侧面设置有重整器隔网133，该重整器隔网133遮挡所述混合气支管140的相应端部。

如图2，为监测重整装置的运行状态，在靠近所述醇汽进气接头111处设置有第一温度测量模块170和压力测量模块180。在所述重整管130的出气端设置有第二温度测量模块190。本实施例中，每个所述重整管130的出气端分别设置有第二温度测量模块190。第二温度测量模块190测得的温度反馈给加热控制系统，以便于根据运行需要控制电热丝工作或断电。

所述第一温度测量模块170和第二温度测量模块190结构相同。以第二温度测量模块190为例，如图4，包括温度传感器安装管191，该温度传感器安装管191的一端与所述重整进气主管110固定连接，并且二者管腔连通。所述温度传感器安装管191的自由端端面上设置有密封垫圈192。所述温度传感器安装管191上设置有温度传感器195，该温度传感器195的感应头伸入所述温度传感器安装管191内，该温度传感器195上固定套设有定位环193，该定位环193抵靠所述密封垫圈192，所述温度传感器195上还套设有锁紧螺母 194，该锁紧螺母194的一端一体成型有环形端板，该环形端板抵靠所述定位环193，所述锁紧螺母194与所述温度传感器安装管191的自由端外壁螺纹连接，以使所述定位环193将所述密封垫圈192抵紧在所述温度传感器安装管 191的自由端端面上并密封。

第一温度测量模块170安装于重整进气主管110上。

所述压力测量模块180包括取压管181，该取压管181的取压端与所述重整进气主管110连通，该取压管181的取压端与所述醇汽进气接头111正对并分居于所述重整进气主管110的管心线两侧。取压管181的自由端设置有压力传感器总成182。这样，便于醇汽进气接头111处的压力直接传导至压力传感器总成182。

本装置主要由下方供应的高温气体进行加热，因此重整管130采用卧式水平排布，有助于充分受热，提高加热效率。同时，考虑到高温气体加热的波动性、中心与边缘区域加热的不均匀性、醇汽流经不同重整管130时由于流动距离不同引起的温度差异，采用电热丝作为辅助加热，能够精细控制重整管130的温度。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于：包括一组平行排布的重整管(130)，所述重整管(130)的两端分别为进气端和出气端，所述重整管(130)内填充有催化剂；

所有所述重整管(130)的进气端连接有同一进气分配管组，该进气分配管组设置有醇汽进气接头(111)，所有所述重整管(130)的出气端连接有同一出气汇集管组，该出气汇集管组设置有混合气出气接头(151)；

所述重整管(130)外壁包覆有加热模块(160)。

2.根据权利要求1所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：所述进气分配管组包括重整进气主管(110)和重整进气支管(120)，所述重整进气支管(120)沿着所述重整管(130)的排布方向设置，并分别连接所有所述重整管(130)的进气端；

所述重整进气支管(120)的中部与所述重整进气主管(110)的一端连接，所述重整进气主管(110)的另一端连接有所述醇汽进气接头(111)；

所述出气汇集管组包括混合气支管(140)、混合气主管(150)，所述混合气主管(150)沿着所述重整管(130)的排布方向设置，并分别与各个所述重整管(130)的出气端之间通过一根所述混合气支管(140)连接，所述混合气主管(150)的中部连接有所述混合气出气接头(151)。

3.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：所述重整进气支管(120)贯穿所有所述重整管(130)，所述重整进气支管(120)的管壁与各个所述重整管(130)管壁密封，所述重整进气支管(120)位于各个所述重整管(130)内的管壁上分别开设有进气孔(121)，该进气孔(121)将所述重整进气支管(120)的管腔与所述重整管(130)的管腔连通；

所述重整进气支管(120)位于各个所述重整管(130)内的管壁上分别包覆有支管隔离网罩(122)。

4.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：所有所述重整管(130)的管心线位于同一水平平面内，在该水平平面两侧分别设置有所述醇汽进气接头(111)和混合气出气接头(151)，所述醇汽进气接头(111)的进气端朝下，所述混合气出气接头(151)的出气端朝上。

5.根据权利要求3所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：所有所述重整管(130)按照其与所述重整进气主管(110)的距离分为至少两个加热管组，位于所述重整进气主管(110)两侧且与其距离相等的任意两根所述重整管(130)位于同一所述加热管组，每个所述加热管组内各重整管(130)外壁的加热模块(160)同步工作。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：所述加热模块(160)为绝缘电热丝。

7.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：所述重整管(130)的进气端扣盖有后盖(131)；

所述重整管(130)的出气端密封扣盖有前盖(132)，该前盖(132)连接所述混合气支管(140)，所述混合气支管(140)与所述重整管(130)共管心线设置，所述混合气支管(140)连接在所述前盖(132)的中心，所述前盖(132)内侧面设置有重整器隔网(133)，该重整器隔网(133)遮挡所述混合气支管(140)的相应端部。

8.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：在靠近所述醇汽进气接头(111)处设置有第一温度测量模块(170)和压力测量模块(180)；

在所述重整管(130)的出气端设置有第二温度测量模块(190)。

9.根据权利要求8所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：所述第一温度测量模块(170)和第二温度测量模块(190)结构相同；

所述第二温度测量模块(190)包括温度传感器安装管(191)，该温度传感器安装管(191)的一端与所述重整进气主管(110)固定连接，并且二者管腔连通；

所述温度传感器安装管(191)的自由端端面上设置有密封垫圈(192)；

所述温度传感器安装管(191)上设置有温度传感器(195)，该温度传感器(195)的感应头伸入所述温度传感器安装管(191)内，该温度传感器(195)上固定套设有定位环(193)，该定位环(193)抵靠所述密封垫圈(192)，所述温度传感器(195)上还套设有锁紧螺母(194)，该锁紧螺母(194)的一端一体成型有环形端板，该环形端板抵靠所述定位环(193)，所述锁紧螺母(194)与所述温度传感器安装管(191)的自由端外壁螺纹连接，以使所述定位环(193)将所述密封垫圈(192)抵紧在所述温度传感器安装管(191)的自由端端面上并密封。

10.根据权利要求8所述的甲醇水重整制氢装置，其特征在于：所述压力测量模块(180)包括取压管(181)，该取压管(181)的取压端与所述重整进气主管(110)连通，该取压管(181)的取压端与所述醇汽进气接头(111)正对并分居于所述重整进气主管(110)的管心线两侧；

所述取压管(181)的自由端设置有压力传感器总成(182)。

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