改进型重整制氢装置的制作方法

本实用新型涉及重整制氢领域，具体涉及一种改进型重整制氢装置。

背景技术：

环境污染与非可再生的化石燃料的不断消耗，是全球关注的焦点。发展清洁、高效、可持续的新能源已成为大家的共识。氢能，因其具有燃烧热值高、燃烧产物水不会对环境造成污染等优点，已经成为被市场认可的清洁能源。

由于天然气资源探明储量的不断增加、以及天然气制氢的技术优势，天然气制氢已经成为当今较为主要制氢方法之一。天然气重整制氢工艺主要包括以下步骤：一、蒸汽重整反应：该反应中，原料甲烷与水蒸气在蒸汽重整反应催化剂的条件下反应制得一次重整气，一次重整气中主要包含氢气和一氧化碳，该步骤中需要吸收大量的热量，温度通常需要维持在800℃～1000℃。二、水汽转移催化反应：该反应中，一次重整气中的一氧化碳与水在水汽转移催化剂的条件下反应，从而去除一次重整气中的一氧化碳制得二次重整气。该反应需要将温度控制在300℃～350℃。三、选择性甲烷化反应：该反应中，在选择性甲烷化反应催化剂的条件下，二次重整气中的一氧化碳进一步反应去除，从而制得纯化的氢气。

现有专利号为201910859068.8的专利，该专利公开了一种集成型重整制氢装置，该重整制氢装置中的各个反应所需的催化剂均呈颗粒状堆放于相对应的反应腔中，为了保证反应气体能顺利穿过催化剂层受到催化剂的催化，催化剂的粒度不能太小，这样就会导致大颗粒状的催化剂只有表层参加了催化反应，催化剂内部会被浪费掉。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：将提供一种能使各个反应中的催化剂被充分利用的改进型重整制氢装置。

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案为：改进型重整制氢装置，包括：封闭的外壳，外壳内设置有外筒，外筒内设置有内筒，内、外筒之间的夹层形成反应室，反应室顶部封闭，反应室由下往上依次分隔成蒸汽重整反应腔、水汽转移催化反应腔、选择性甲烷化反应腔；内筒中设置有进气通道、排气通道和燃烧器，燃烧器的结构包括：点火装置和燃烧筒，燃烧筒的顶部封闭、底端敞口，燃烧筒的顶部与进气通道相连通，用于燃烧的气体通过进气通道进入燃烧筒内，燃烧筒设置在蒸汽重整反应腔对应位置处的内筒中，燃烧筒的外壁与蒸汽重整反应腔对应位置处的内筒的内壁之间形成热辐射通道，热辐射通道的上端与排气通道连通，燃烧筒内燃烧后产生的气体经热辐射通道从排气通道中向外排出，其特征在于：在蒸汽重整反应腔、水汽转移催化反应腔、选择性甲烷化反应腔中均填充有海绵状多孔支撑体，各个反应腔中反应所需的催化剂均以粉末状分散粘附于所在腔室中的海绵状多孔支撑体的各个孔壁上。

进一步的，前述的改进型重整制氢装置，其中：蒸汽重整反应腔、水汽转移催化反应腔、选择性甲烷化反应腔均分为上下对接连通的上区域和下区域，各个反应腔的下区域均由下至上逐渐缩小，各个反应腔的上区域均由下至上逐渐扩大，并且各个反应腔的上区域由下至上还依次分成下段、中段、上段，各个反应腔的下区域和上区域、下段和中段、中段和上段之间均以网孔板隔开，各个反应腔的下区域均不填充海绵状多孔支撑体，各个反应腔的上区域的各个分段中均填充有海绵状多孔支撑体。

进一步的，前述的改进型重整制氢装置，其中：各个上区域的下段的海绵状多孔支撑体的孔壁展开总面积＜中段的海绵状多孔支撑体的孔壁展开总面积＜上段的海绵状多孔支撑体的孔壁展开总面积。

进一步的，前述的改进型重整制氢装置，其中：还设置有一个喷气环，喷气环的上表面设置有多个沿着喷气环布置的喷气孔，喷气环位于蒸汽重整反应腔的下方，在喷气环上还设置有进料管，蒸汽重整反应所需的原料气和水蒸气通过进料管输入至喷气环中，然后再从喷气环的喷气孔中向上喷出而进入至蒸汽重整反应腔中进行蒸汽重整反应。

本实用新型的优点为：本实用新型所述的改进型重整制氢装置能使各个反应中的催化剂被充分利用，提高了催化剂的利用率；并且能提高各个反应的效率以及使反应充分进行、能使各个反应腔的内部温度比较均匀，使控温变的较为容易、能防止反应气体回流而导致反应腔内部气体混乱。

附图说明

图1为本实用新型所述的改进型重整制氢装置的结构示意图。

图2为图1中喷气环的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1所示，改进型重整制氢装置，包括：封闭的外壳1，外壳1内设置有外筒2，外筒2内设置有内筒3，内、外筒3、2之间的夹层形成反应室，反应室顶部封闭，反应室由下往上依次分隔成蒸汽重整反应腔9、水汽转移催化反应腔91、选择性甲烷化反应腔92；内筒3中设置有进气通道、排气通道和燃烧器，燃烧器的结构包括：点火装置和燃烧筒，燃烧筒的顶部封闭、底端敞口，燃烧筒的顶部与进气通道相连通，用于燃烧的气体通过进气通道进入燃烧筒内，燃烧筒设置在蒸汽重整反应腔对应位置处的内筒中，燃烧筒的外壁与蒸汽重整反应腔对应位置处的内筒的内壁之间形成热辐射通道，热辐射通道的上端与排气通道连通，燃烧筒内燃烧后产生的气体经热辐射通道从排气通道中向外排出，在蒸汽重整反应腔9、水汽转移催化反应腔91、选择性甲烷化反应腔92中均填充有海绵状多孔支撑体83，各个反应腔中反应所需的催化剂均以粉末状分散粘附于所在腔室中的海绵状多孔支撑体83的各个孔壁上。

催化剂以粉末状分散粘附于海绵状多孔支撑体83的各个孔壁上可以通过如下方法得到：将海绵状多孔支撑体83浸入至催化剂浆料中，使得海绵状多孔支撑体83充分吸收浆料，然后将海绵状多孔支撑体83烘干。

催化剂以粉末状分散粘附于海绵状多孔支撑体83的各个孔壁上后即保证了反应气体的流动性，又使得催化剂能被充分利用。

本实施例中，蒸汽重整反应腔9、水汽转移催化反应腔91、选择性甲烷化反应腔92由下至上依次竖直排布，反应原料由下至上依次进入蒸汽重整反应腔9、水汽转移催化反应腔91、选择性甲烷化反应腔92中进行反应；蒸汽重整反应腔9、水汽转移催化反应腔91、选择性甲烷化反应腔92均分为上下对接连通的上区域93和下区域94，各个反应腔的下区域93均由下至上逐渐缩小，各个反应腔的上区域94均由下至上逐渐扩大，并且各个反应腔的上区域94由下至上还依次分成下段941、中段942、上段943，各个反应腔的下区域93和上区域94、下段941和中段942、中段942和上段943之间均以网孔板隔开，各个反应腔的下区域93均不填充海绵状多孔支撑体83，各个反应腔的上区域94的各个分段中均填充有海绵状多孔支撑体83，并且各个上区域94的下段941的海绵状多孔支撑体83的孔壁展开总面积＜中段942的海绵状多孔支撑体83的孔壁展开总面积＜上段943的海绵状多孔支撑体83的孔壁展开总面积。下区域93由下至上逐渐缩小后能起到聚集反应气体的作用，使得反应能高效进行；上区域94由下至上逐渐扩大是为了使反应气体加快流动，提高反应效率，并且能防止反应气体回流，使得反应气体朝单一方向前进，避免反应腔内部气体混乱。各个上区域94的下段941、中段942、上段943中的海绵状多孔支撑体83的孔壁展开总面积逐渐增大，孔壁展开总面积越大粘附的催化剂就会越多，从而使下段941中催化剂的量＜中段942中催化剂的量＜上段943中的催化剂的量，反应气体进入下段941时，反应气体中的反应物较多，为了防止过度反应而导致局部温度剧烈波动，温度剧烈波动会影响反应的进行，所以减少了下段941中催化剂的量来降低反应的强度，反应气体进入中段942和上段943时，反应气体中的反应物会因反应掉一部分而依次减少，从而可以适当依次增加中段942和上段943中催化剂的量来保证反应气体中的反应物能充分反应，同时使下段941、中段942、上段943中的反应强度能趋于一致，从而保证腔室内部温度的均匀性。

如图2所示，在改进型重整制氢装置中还设置有一个喷气环8，喷气环8的上表面设置有多个沿着喷气环8均匀布置的喷气孔81，喷气环8位于蒸汽重整反应腔9的下方，在喷气环8上还设置有进料管82，蒸汽重整反应所需的天然气和水蒸气通过进料管82输入至喷气环8中，然后再从喷气环8的喷气孔81中向上喷出而进入至蒸汽重整反应腔9中进行蒸汽重整反应。设置喷气环8后能使天然气和水蒸气在喷气环8内部进行预混合，并且能使得到的混合气均匀分布着进入到蒸汽重整反应腔9中进行反应，这样可以使蒸汽重整反应更好的进行。

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