一种甲烷重整制合成气用蒸汽发生器的制作方法

本技术属于甲烷重整制氢，具体涉及一种甲烷重整制合成气用蒸汽发生器。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、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催化作用下，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。

3、对于天然气重整制氢工艺中的蒸汽重整反应过程，通常需要采用蒸汽发生器将水加热为水蒸气，同时需要对甲烷进行加热，而现有的蒸汽发生器多数是单独部件，需要与其他部件通过管路连接共同组成制氢或制合成气系统，如中国发明专利cn114408867a，公开了一种基于甲烷干重整的制氢系统，设置有水汽变换反应器、第一预热器、第二预热器以及第三预热器，通过设置的多个换热器实现对蒸汽重整过程，导致系统体积大，不利于装配性，并且换热器从入口到出口一次串联流过，内部缺少调节措施，当工况变化时候，无法对流量及温度进行干预与调节，不便于维护。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，将水和富甲烷燃气的加热过程分成分区、先后加热、混合过程，能够保证液态水的蒸发加热过程与富甲烷燃气的加热过程在一套装置内独立进行。

2、为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本实用新型的实施例提供了一种甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，包括壳体，所述壳体内设置燃气加热管束和水加热管束，所述燃气加热管束设置在水加热管束的外周，并通过隔离板隔开；所述燃气加热管束一端与燃气入口管连通，另一端与混合腔连通，所述水加热管束一端与水入口管连通，另一端与混合腔连通；所述壳体上还设置有高温尾气入口管，高温尾气先进入水加热管束所在的腔体，然后通过隔离板上的通孔进入燃气加热管束所在的腔体。

4、作为进一步的技术方案，所述燃气入口管与燃气加热管束之间设置燃气预混腔，所述燃气预混腔内设置第一螺旋板和第一稳流板。

5、作为进一步的技术方案，所述第一稳流板上周向设置多个通孔。

6、作为进一步的技术方案，所述燃气加热管束包括多根竖直加热管，所述竖直加热管与燃气预混腔连通。

7、作为进一步的技术方案，所述水入口管与水加热管束之间设置储水腔，所述储水腔与水加热管束连通。

8、作为进一步的技术方案，所述水加热管束由多根加热管螺旋盘绕而成。

9、作为进一步的技术方案，所述通孔设置在远离高温尾气入口管的隔离板的一端，通孔在隔离板上周向设置多个，并且间隔均匀。

10、作为进一步的技术方案，所述混合腔内设置第二螺旋板和第二稳流板，所述第二稳流板上周向设置多个通孔。

11、作为进一步的技术方案，所述壳体上还设置高温尾气排出管，所述高温尾气排出管与燃气加热管束所在的腔体连通。

12、作为进一步的技术方案，所述混合腔还与混合气出口管相连通。

13、上述本实用新型的实施例的有益效果如下：

14、(1)本实用新型提供的蒸汽发生器，采用间壁式换热方式，包含了储水腔、燃气预混腔、燃气加热管束、水加热管束以及水蒸气和燃气的混合腔，将水/水蒸气和富甲烷燃气的加热过程分成分区、先后加热、混合进行，高温的尾气先加热水，待尾气温度降低后再加热富甲烷燃气，在确保换热能力的前提下可以有效控制压降损失并预防甲烷加热积碳现象。

15、(2)本实用新型提供的蒸汽发生器，可以通过调节螺旋水加热管的数量、直径、螺旋管螺距等参数以及竖直管的数量、直径等参数实现对换热能力的控制。

16、(3)本实用新型提供的蒸汽发生器，液态水的蒸发加热过程与富甲烷燃气的加热过程独立进行，可以避免液态水和燃气的相互影响，减小压力波动。

17、(4)本实用新型提供的蒸汽发生器，可以与其他热部件通过嵌套的方式组成多合一热部件，在天然气重整制氢工艺中的蒸汽重整反应过程仅用一件装置就能完成；该蒸汽发生器既可应用于多合一热部件，也可从多合一热部件拆卸，使多合一热部件兼顾了模块化与整体性，体积小且便于维护。

技术特征：

1.一种甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设置燃气加热管束和水加热管束，所述燃气加热管束设置在水加热管束的外周，并通过隔离板隔开；所述燃气加热管束一端与燃气入口管连通，另一端与混合腔连通，所述水加热管束一端与水入口管连通，另一端与混合腔连通；所述壳体上还设置有高温尾气入口管，高温尾气先进入水加热管束所在的腔体，然后通过隔离板上的通孔进入燃气加热管束所在的腔体。

2.如权利要求1所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述燃气入口管与燃气加热管束之间设置燃气预混腔，所述燃气预混腔内设置第一螺旋板和第一稳流板。

3.如权利要求2所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述第一稳流板上周向设置多个通孔。

4.如权利要求2所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述燃气加热管束包括多根竖直加热管，所述竖直加热管与燃气预混腔连通。

5.如权利要求1所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述水入口管与水加热管束之间设置储水腔，所述储水腔与水加热管束连通。

6.如权利要求5所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述水加热管束由多根加热管螺旋盘绕而成。

7.如权利要求1所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述通孔设置在远离高温尾气入口管的隔离板的一端，通孔在隔离板上周向设置多个，并且间隔均匀。

8.如权利要求1所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述混合腔内设置第二螺旋板和第二稳流板，所述第二稳流板上周向设置多个通孔。

9.如权利要求1所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述壳体上还设置高温尾气排出管，所述高温尾气排出管与燃气加热管束所在的腔体连通。

10.如权利要求1所述的甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，其特征在于，所述混合腔还与混合气出口管相连通。

技术总结本技术公开了一种甲烷重整制合成气用蒸汽发生器，包括壳体，所述壳体内设置燃气加热管束和水加热管束，所述燃气加热管束设置在水加热管束的外周，并通过隔离板隔开；所述燃气加热管束一端与燃气入口管连通，另一端与混合腔连通，所述水加热管束一端与水入口管连通，另一端与混合腔连通；所述壳体上还设置有高温尾气入口管，高温尾气先进入水加热管束所在的腔体，然后通过隔离板上的通孔进入燃气加热管束所在的腔体；该蒸汽发生器将水/水蒸气和富甲烷燃气的加热过程分成分区、先后加热‑混合过程，高温的尾气先加热水，待尾气温度降低后再加热富甲烷燃气，在确保换热能力的前提下可以有效控制压降损失并预防甲烷加热积碳现象。技术研发人员：段志宁,李金升,沈雪松受保护的技术使用者：山东国创燃料电池技术创新中心有限公司技术研发日：20230525技术公布日：2024/1/15