CN220432352U - 一种换热器及甲醇重整制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种换热器及甲醇重整制氢装置，其包括：主体，其内部中空；第一冷侧进口、第一冷侧出口、第一热侧进口、第一热侧出口，其均开设在所述主体上，且与主体内部连通；第一泵体以及第二泵体，其均设置于所述主体内部；其中，所述第一泵体分别与第二泵体、第一热侧出口连通；所述第二泵体分别与第一冷侧出口、第一热侧进口以及第一冷侧进口连通。本申请可以充分利用重整反应产物、催化氧化反应产物的热量，以实现对甲醇水原料、二氧化碳循环气的加热，可减少或不需要外部提供热量，从而实现制氢成本的降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及甲醇制氢技术领域，特别涉及一种换热器及甲醇重整制氢装置。
背景技术
在甲醇蒸汽重整制氢过程中，需要消耗大量的热量，例如，原料甲醇水通常在室温条件下存储，使用时需要对其进行加热，以满足反应条件，另外，循环载气CO2在进入燃烧炉前也需要加热，以达到其温度要求。
另一方面，重整制氢反应中会产生大量的热量，例如，由于重整反应的温度控制在350-450℃，故产生的氢气可携带大量的热量。
由此，现有技术中发展出通过余热回收装置对重整制氢反应中所产生的热量进行回收再利用的方案，例如，专利申请202211565891.6-一种高效率甲醇重整制氢装置中，反应后的氢气和二氧化碳具有很高的温度(具有余热能)，其通过热交换器将热能传递给供液管的内的甲醇水，将甲醇水的温度提高，以实现余热回收。
但上述技术方案中，其只是简单的将氢气和二氧化碳导入到热交换器中，以对甲醇水供热，但氢气、二氧化碳与甲醇水并未直接接触，热量交换效率低下，同时，该方案无法对CO2进行加热和回收，故仍然无法实现重整制氢过程中，对于热量的高效回收利用。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种换热器及甲醇重整制氢装置，其可以充分利用重整反应产物、催化氧化反应产物的热量，以实现对甲醇水原料、二氧化碳循环气的加热，可减少或不需要外部提供热量，从而实现制氢成本的降低。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
提供了一种换热器，其包括：
主体，其内部中空；
第一冷侧进口、第一冷侧出口、第一热侧进口、第一热侧出口，其均开设在所述主体上，且与主体内部连通；
第一泵体以及第二泵体，其均设置于所述主体内部；
其中，所述第一泵体分别与第二泵体、第一热侧出口连通；所述第二泵体分别与第一冷侧出口、第一热侧进口以及第一冷侧进口连通；
液态的原料甲醇水从所述第一冷侧进口进入主体，依次流过第二泵体、第一泵体；
甲醇重整制氢装置的重整反应器产生的氢气从所述第一热侧进口进入主体，且流过第二泵体；
原料甲醇水以及氢气在所述第二泵体内进行热交换；
完成热交换的氢气从第一冷侧出口输出。
优选的，所述换热器还包括：第二冷侧进口、第二冷侧出口、第二热侧进口、第二热侧出口以及第三泵体；
所述第二冷侧进口、第二冷侧出口、第二热侧进口、第二热侧出口均设置于所述主体内部；
所述第一泵体分别与第二热侧进口、第三泵体连通；所述第三泵体分别与第二冷侧进口、第二热侧出口、第二冷侧出口连通；
甲醇重整制氢装置的催化氧化反应器产生的尾气从所述第二热侧进口进入主体，且流过第一泵体、第三泵体；
二氧化碳循环气从所述第二冷侧进口进入主体，且流过第三泵体；
二氧化碳循环气和尾气在所述三泵体内进行热交换；
完成热交换的二氧化碳循环气从第二热侧出口输出，尾气从第二冷侧出口输出。
优选的，所述换热器还包括：安装件，其连接所述主体。
优选的，所述换热器还包括：氢气收集装置，其用于存储完成热交换的氢气。
优选的，所述主体整体由不锈钢制成。
优选的，所述第一冷侧进口、第一热侧出口的孔径相同，均为第一孔径，第一冷侧出口、第一热侧进口的孔径相同，均为第二孔径，且第一孔径小于第二孔径。
优选的，第二冷侧进口、第二冷侧出口、第二热侧进口、第二热侧出口的孔径相同，均为第二孔径。
还提供一种甲醇重整制氢装置，其包括：上述换热器、重整反应器以及催化氧化反应器，且所述换热器、重整反应器以及催化氧化反应器顺次连接。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本申请具有如下有益效果：
本申请中的换热器整体体积小、安装方便，因此能够有效节省组装空间。同时，所述换热器内的流道设计可增加换热面积，减少能量损失，提高换热效率，其可以充分利用重整反应产物、催化氧化反应产物的热量，以实现对甲醇水原料、二氧化碳循环气的加热，可减少或不需要外部提供热量，达到低能耗目标，从而实现制氢成本的降低。
附图说明
图1为本实用新型中换热器的整体结构图；
图2为本实用新型中换热器的正视图；
图3为本实用新型中换热器内部的结构示意图；
图4为本实用新型中甲醇重整制氢装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1-2所示，本实施例提供了一种用于甲醇重整制氢的换热器300，其包括：
主体1，其内部中空，且本实施例中，所述主体1整体由316不锈钢制成，且整体为长方体，或正方体，或圆柱体，或其他规则几何体结构；
第一冷侧进口2、第一冷侧出口3、第一热侧进口4、第一热侧出口5、第二冷侧进口9、第二冷侧出口8、第二热侧进口7、第二热侧出口6，其均开设在所述主体1上，且与主体1内部连通；
第一泵体10、第二泵体11、第三泵体12，其均设置于所述主体1内部；
以及氢气收集装置；
其中，如图3所示，所述第一泵体10分别与第二泵体11、第二热侧进口7、第一热侧出口5、第三泵体12连通；所述第二泵体11分别与第一冷侧出口3、第一热侧进口4以及第一冷侧进口2连通；所述第三泵体12分别与第二冷侧进口9、第二热侧出口6、第二冷侧出口8连通；
需要说明的是，上述“连通”可以通过各种材质的管道实现，不再赘述；
液态的原料甲醇水经高压泵等设备、从所述第一冷侧进口2进入主体1，沿图2中点画线所指方向依次流过第二泵体11、第一泵体10；
甲醇重整制氢装置的重整反应器100产生的氢气(H2)从所述第一热侧进口4进入主体1，沿图2中实线所指方向流过第二泵体11；
原料甲醇水以及氢气在所述第二泵体11内进行热交换，以通过携带热量的氢气对所述原料甲醇水进行加热；
完成热交换的氢气(即产品氢气)从第一冷侧出口3输出，直至输出至氢气收集装置，以通过所述氢气收集装置存储氢气；
甲醇重整制氢装置的催化氧化反应器200产生的尾气从所述第二热侧进口7进入主体1，沿图2中虚线所指方向流过第一泵体10、第三泵体12；其中，催化氧化反应器200产生的尾气的主要组分包括氮气(N2，约4.3％)、氧气(O2，约0.1％)、气态水(H2O，约6.5％)、二氧化碳(CO2，约89.1％)，上述比例均为体积比；
二氧化碳循环气从所述第二冷侧进口9进入主体1，沿图2中双点画线所指方向流过第三泵体12；
二氧化碳循环气和催化氧化反应器200产生的尾气在所述三泵体12内进行热交换，以通过携带热量的尾气对所述二氧化碳循环气进行加热；
完成热交换的二氧化碳循环气从第二热侧出口6输出，尾气从第二冷侧出口8输出。
由此，本实施例中的换热器整体体积小、安装方便，便于检修、维护，因此能够有效节省组装空间，为实现甲醇制氢设备小型化提供基础。
同时，所述换热器内的流道设计可增加换热面积，减少能量损失，提高换热效率，其可以充分利用重整反应产物、催化氧化反应产物的热量，以实现对甲醇水原料、二氧化碳循环气的加热，可减少或不需要外部提供热量，达到低能耗目标，从而实现制氢成本的降低。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处仅在于，如图1-2所示，所述换热器300还包括：
安装件13，其连接所述主体1，由此可通过所述安装件13将换热器300整体安装至其他部件，以便组合使用。
同时，所述第一冷侧进口2、第一热侧出口5的孔径相同，均为第一孔径，第一冷侧出口3、第一热侧进口4、第二冷侧进口9、第二冷侧出口8、第二热侧进口7、第二热侧出口6的孔径相同，均为第二孔径，且第一孔径小于第二孔径。
实施例3：
本实施例提供了一种甲醇重整制氢装置，如图4所述，其包括：实施例1或2所述的换热器300、重整反应器100以及催化氧化反应器300，且所述换热器300、重整反应器100以及催化氧化反应器300顺次连接；
其中，液态的原料甲醇水以及重整反应器100产生的氢气在所述换热器300的第二泵体11内进行热交换后，一部分氢气作为产品氢气输出至氢气收集装置，一部分氢气与气态甲醇混合，并进入下游的重整反应器100，以完成重整反应，并生成重整反应气，所述重整反应气主要组分包括氢气(H2，约31.13％)、一氧化碳(CO，约8.81％)、气态水(H2O，约12.74％)、二氧化碳(CO2，约47.32％)，上述比例均为体积比；
所述重整反应器再进入下游的催化氧化反应器300内，以完成催化氧化反应，其产生的尾气再次进入换热器300，以对补充的二氧化碳循环气进行加热。
综上所述，本申请中的换热器整体体积小、安装方便，因此能够有效节省组装空间。
同时，所述换热器内的流道设计可增加换热面积，减少能量损失，提高换热效率，其可以充分利用重整反应产物、催化氧化反应产物的热量，以实现对甲醇水原料、二氧化碳循环气的加热，可减少或不需要外部提供热量，达到低能耗目标，从而实现制氢成本的降低。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种换热器，其特征在于，包括：
主体，其内部中空；
第一冷侧进口、第一冷侧出口、第一热侧进口、第一热侧出口，其均开设在所述主体上，且与主体内部连通；
第一泵体以及第二泵体，其均设置于所述主体内部；
其中，所述第一泵体分别与第二泵体、第一热侧出口连通；所述第二泵体分别与第一冷侧出口、第一热侧进口以及第一冷侧进口连通；
液态的原料甲醇水从所述第一冷侧进口进入主体，依次流过第二泵体、第一泵体；
甲醇重整制氢装置的重整反应器产生的氢气从所述第一热侧进口进入主体，且流过第二泵体；
原料甲醇水以及氢气在所述第二泵体内进行热交换；
完成热交换的氢气从第一冷侧出口输出。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括：第二冷侧进口、第二冷侧出口、第二热侧进口、第二热侧出口以及第三泵体；
所述第二冷侧进口、第二冷侧出口、第二热侧进口、第二热侧出口均设置于所述主体内部；
所述第一泵体分别与第二热侧进口、第三泵体连通；所述第三泵体分别与第二冷侧进口、第二热侧出口、第二冷侧出口连通；
甲醇重整制氢装置的催化氧化反应器产生的尾气从所述第二热侧进口进入主体，且流过第一泵体、第三泵体；
二氧化碳循环气从所述第二冷侧进口进入主体，且流过第三泵体；
二氧化碳循环气和尾气在所述三泵体内进行热交换；
完成热交换的二氧化碳循环气从第二热侧出口输出，尾气从第二冷侧出口输出。
3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括：安装件，其连接所述主体。
4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括：氢气收集装置，其用于存储完成热交换的氢气。
5.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述主体整体由不锈钢制成。
6.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述第一冷侧进口、第一热侧出口的孔径相同，均为第一孔径，第一冷侧出口、第一热侧进口的孔径相同，均为第二孔径，且第一孔径小于第二孔径。
7.如权利要求6所述的换热器，其特征在于，第二冷侧进口、第二冷侧出口、第二热侧进口、第二热侧出口的孔径相同，均为第二孔径。
8.一种甲醇重整制氢装置，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的换热器、重整反应器以及催化氧化反应器，且所述换热器、重整反应器以及催化氧化反应器顺次连接。
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