CN220003991U - 一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，由外向内依次包括外壳、炉管和加热电阻；炉管内布置催化剂；重整反应器轴线上靠近入口端处设置有等离子加热器；等离子加热器下设置有喷嘴，从两个不同方向为炉体通入反应物，通入的辅助反应物为炉内提供反应活性基团，使得主反应更加快速反应；炉内采用电加热的方式，在炉体内添加一层节能材料实现更高的生产效率；可避免局部高温等问题，促进反应转化率更高，促进反应速率的提升，减少积碳量，减少反应过程中能耗损失，实现高效的富氢合成气的制取。

Description

一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器

技术领域

本实用新型属于电气化甲烷重整制氢技术领域，具体涉及一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器。

背景技术

随着能源消耗的加剧，碳排放量过大对地球环境造成的已经造成了不可逆损失，为了尽量减小对环境的破坏，寻找新的替代能源已经成为当前的一个重要任务。氢作为现今最具有发展潜力的一种能源，来源广泛，几乎不产生污染，转化效率高，应用前景广泛。利用天然气制取氢气，相比于其他方式技术有成本低、效率高、技术成熟等优势，可以在一定程度上缓解我国能源危机，进一步促进我国能源利用结构的转变。

但是，现有的制氢反应过程中使用部分天然气燃烧提供反应吸热，造成额外碳排放的同时带来大量的排烟热损失。同时，燃烧加热难以保证各炉管受热均匀，会发生局部过热导致积碳等问题，甚至影响设备寿命，为设备安全运行带来隐患。

现有用于污染物的除去的等离子体反应器可以使反应物转化为活性基团，提升反应速率，但目前仍未有等离子体辅助加热的甲烷蒸汽重整相关技术提出，该专利中利用等离子体加热部分反应物可提高反应器中的反应速率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，用于解决现常能源利用率低，以及反应过程中炉体积碳量多的技术问题。

本实用新型采用以下技术方案：

一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，包括炉管，炉管的一端设置有等离子加热器，等离子加热器与炉管连接，能够电离得到天然气和水的等离子体，炉管内反应气体的流动方向与炉管的轴线方向平行，炉管内设置有加热电阻，炉管与加热电阻之间设置有催化剂。

具体的，等离子加热器包括内部开有中空腔体的阴极，腔体的下端设置有喷嘴，腔体内设置有阳极，阳极和阴极之间形成环形输送管道。

进一步的，阴极的上端一侧设置有接电座。

进一步的，阴极的上端一侧设置有气体入口。

具体的，炉管的一端通过入口连接入口管路，另一端通过出口连接出口管路，等离子加热器位于靠近入口的一端。

进一步的，入口处设置有接线柱，接线柱的一端连接加热电阻，另一端与外部电源相接。

具体的，加热电阻采用肋片方式布置。

具体的，等离子加热器沿炉管的轴线环绕设置，或采用纵向方式设置。

具体的，炉管的外侧设置有外壳。

进一步的，外壳与炉管之间设置有保温层。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

1、引入等离子加热器，正负离子作用下提高电热重整反应器中反应速率，进一步减小重整反应器体积，反应物吸热主要来源于电阻加热降低了等离子加热器规模与成本。

2、设有加热电阻，使整个炉内受热均匀，减小了因受热不均产生的大量积碳，同时为反应的进行提供了合适的温度，促进反应正向进行，保证反映的转化率。

综上所述，本实用新型能够避免局部高温的问题，促进反应转化率更高，提升反应速率，减少积碳量，以及反应过程中的能耗损失，实现高效的富氢合成气的制取。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型等离子加热器示意图。

其中：1.入口；2.接线柱；3.等离子加热器；301.阳极；302.阴极；303.气体入口；304.喷嘴；305.接电座；4.炉管；5.加热电阻；6.催化剂；7.外壳；8.出口；9.保温层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本实用新型公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本实用新型提供了一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，左端为入口端，右端为出口端，由外向内依次包括外壳、炉管和加热电阻；炉管内布置有催化剂；沿炉管轴线上接近入口端处设置有等离子加热器；等离子加热器下有喷嘴，从两个不同方向为炉体里通入反应物，等离子加热器通入的辅助反应物为炉内提供反应活性基团，使得主反应更加快速反应；采用电加热的方式，并在炉体内添加一层节能材料以实现更高的生产效率。本实用新型可避免局部高温的问题，促进反应转化率更高，提升反应速率，减少积碳量以及反应过程中的能耗损失，实现高效的富氢合成气的制取。

请参阅图1，本实用新型一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，包括炉管4、加热电阻5和外壳7；加热电阻5设置在炉管4内，外壳7设置在炉管4的外侧，炉管4与加热电阻5之间设置有催化剂6，炉管4的一侧通过入口1连接入口管路，另一侧通过出口8连接出口管路，并在入口1处设置有用于连接三相电的接线柱2；炉管4靠近入口1的一端沿炉管4轴线环绕设置有等离子加热器3。

加热电阻5采用肋片的方式，增大了与气流的接触面积，使受热均匀。

接线柱2的一端连接加热电阻5，另一端与外部电源相接，用于为加热电阻5提供电能。

炉管4内布置的催化剂6能够加快反应速率，让反应进行的更加迅速。

外壳7与炉管4之间设有节能用的保温层9，材料优选为岩棉。

请参阅图2，等离子加热器3与重整反应器的炉腔相连接，内部电离得到天然气和水的等离子体；等离子加热器3包括阳极301、阴极302以及喷嘴304，阳极301位于等离子加热器3外部一侧的中心，阴极302设置在阳极301的外侧，阴极302的上端设置有气体入口303和接电座305，接电座305连接外部电源，阳极301的下端设置有喷嘴304；包含甲烷和水的气体从气体入口303进入阳极301和阴极302纸件形成的环形输送管道，一部分与阳极301接触，另一部分与阴极302接触并发生作用，使通过环形输送管道的气体发生电离产生一定数量的正离子和负离子，再通过喷嘴304进入炉管4内促进反映的发生和进行。

反应气体通过入口1和气体入口303进入炉管4内，等离子经喷嘴304进入炉管4，然后经加热电阻5和等离子作用合成氢气，催化剂提高制取氢气速度。

本实用新型的另一个实施例，一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，等离子加热器3采用纵向布置的方式设置，采用电阻丝加热的方式，反应气体在炉管4内的流动方向与炉管4的轴线方向平行。

本实用新型等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器的工作过程如下：

运行时；将三相电接线柱2与外部电源相接；让加热电阻5通电；使炉管内受热达到一定温度；从等离子加热器气体入口303导入气流；气流经反应自喷嘴304进入炉管4；通过轴向炉管至重整反应器出口8产出富氢的合成气。

综上所述，本实用新型一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，用于改善现常用技术中的能源利用率低问题，以及改善反应过程中炉体积碳量多的问题，将等离子体引入重整制氢炉，将部分反应物转化为活性基团，促进反应速率，同时大部分反应物通过电阻加热提供能源，减少了等离子体设备规模与成本，通过将加热电阻布置在炉膛轴线，使气流受热均匀，集中热量，适合小规模长期氢能生产。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，包括炉管(4)，炉管(4)的一端设置有等离子加热器(3)，等离子加热器(3)与炉管(4)连接，能够电离得到天然气和水的等离子体，炉管(4)内反应气体的流动方向与炉管(4)的轴线方向平行，炉管(4)内设置有加热电阻(5)，炉管(4)与加热电阻(5)之间设置有催化剂(6)。

2.根据权利要求1所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，等离子加热器(3)包括内部开有中空腔体的阴极(302)，腔体的下端设置有喷嘴(304)，腔体内设置有阳极(301)，阳极(301)和阴极(302)之间形成环形输送管道。

3.根据权利要求2所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，阴极(302)的上端一侧设置有接电座(305)。

4.根据权利要求2所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，阴极(302)的上端一侧设置有气体入口(303)。

5.根据权利要求1所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，炉管(4)的一端通过入口(1)连接入口管路，另一端通过出口(8)连接出口管路，等离子加热器(3)位于靠近入口(1)的一端。

6.根据权利要求5所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，入口(1)处设置有接线柱(2)，接线柱(2)的一端连接加热电阻(5)，另一端与外部电源相接。

7.根据权利要求1所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，加热电阻(5)采用肋片方式布置。

8.根据权利要求1所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，等离子加热器(3)沿炉管(4)的轴线环绕设置，或采用纵向方式设置。

9.根据权利要求1所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，炉管(4)的外侧设置有外壳(7)。

10.根据权利要求9所述的等离子强化电热甲烷蒸汽重整反应器，其特征在于，外壳(7)与炉管(4)之间设置有保温层(9)。