一种切向燃烧式沼气重整制氢反应器的制作方法

本发明属于沼气重整制氢，特别涉及一种切向燃烧式沼气重整制氢反应器。

背景技术：

1、能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，在人类文明发展以及延续的历史长河中，每一次重大的社会变革无不伴随着能源开发和利用技术的更迭。从能源使用结构来看，目前大部分国家的能源以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，在使用时会排放大量co2，造成严重的温室效应。氢能，作为一种高效、无污染的可再生能源，未来将成为能源结构中最为重要的部分之一，在助力碳减排、加速能源转型方面起着重要的作用。

2、现有的制氢技术主要包括煤气化制氢、电解水制氢以及蒸汽重整制氢。煤气化制氢是在高温高压下使煤炭中的有机物质在气化剂的作用下转化为氢气，煤气化制氢技术成熟、成本低，但污染物排放量大，气体产物纯度低；电解水制氢是在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，该方法产物纯度高、杂质少，但是电解水制氢能耗高；蒸汽重整制氢是甲烷、甲醇等与水蒸气在催化剂的作用下，发生重整反应生成氢气和一氧化碳的制氢技术，蒸汽重整制氢技术碳排放量远低于煤气化制氢，且在成本上低于电解水制氢，拥有生产效率高、耗水量少等优点，是目前最具潜力的制氢技术。

3、沼气作为常见的可再生清洁能源，其主要成分为甲烷和二氧化碳，完全可适用于蒸汽重整制氢技术的原料气。沼气重整制氢技术的关键是高效重整制氢反应器的研制。现有的工艺存在一定不足，其一是，所采用的微催化剂反应板导致原料与催化剂反应面积小，且催化剂装填困难；其二是反应器壁面与重整制氢转化炉之间的燃烧器产生的烟气仅有一半的热量用于加热重整制氢转化炉，热量利用率低。现有的工艺还存在制氢反应器热量传递少，温度不均匀，同时燃烧器位于装置最外部，导致热量利用率低等问题。

4、综上所述，现有的重整制氢反应器多存在加热效率低、反应器内部温度场不均匀、催化剂装卸困难等问题，影响重整制氢技术的发展，因此，亟需开发一种内部温度均匀、催化剂装卸简单的高效重整制氢反应器，充分发挥沼气重整制氢技术的优势。

技术实现思路

1、本发明克服了现有重整制氢反应器加热效率低、内部温度场不均匀、催化剂装卸困难的缺陷，提供了一种切向燃烧式沼气重整制氢反应器，该反应器结构紧凑、拆装简易、反应器内部温度场均匀、烟气与反应管之间换热效率高，能够高效实现沼气重整制氢。

2、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种切向燃烧式沼气重整制氢反应器，包括：反应器壳体、燃烧器和若干反应管；所述反应器壳体具有反应器容纳腔，所述反应器壳体整体为筒体结构，包括圆筒形的侧壁、与侧壁底部连接为一体的圆形炉底以及与侧壁顶部连接为一体的圆台炉顶，所述圆台炉顶的顶部设有与所述圆台炉顶活动连接的反应器盖板，所述反应器盖板设有若干均匀分布的法兰套管；所述反应器壳体的上部还设有与所述反应器容纳腔连通的烟气出口；若干所述反应管与若干所述法兰套管一一对应同心相连，若干所述反应管的一部分插置于所述反应器容纳腔内，所述反应管顶部连接有密封端盖，所述密封端盖中心位置设置延伸至所述反应管底部的进气管，所述密封端盖围绕所述进气管的四周还开有若干均匀分布的出气管；所述燃烧器设置于所述反应器壳体的侧面，所述燃烧器设有第一燃气管道、第二燃气管道、空气进口以及气体混合腔，所述第一燃气管道、第二燃气管道和空气进口均与所述气体混合腔连通，所述气体混合腔出口设置燃烧管，所述燃烧管与所述反应器容纳腔连通，所述燃烧管出口处设置有内置于所述反应器壳体内部的导流板，所述导流板延伸至所述烟气出口。

3、可选地，所述反应管上端为长直管结构，底部设有半球形封头；所述密封端盖边缘位置设有与所述反应管的端部法兰相连的第一固定法兰，所述反应管端部靠下位置还设置有与所述法兰套管相连的第二固定法兰。

4、可选地，所述反应器壳体由外至内依次设有外壳、保温层和耐火层，所述外壳采用碳钢材质，所述保温层采用硅酸铝纤维，所述耐火层采用耐火砖或耐火浇注料，所述耐火层的使用温度不小于1300℃。

5、可选地，所述圆台炉顶的锥度为45-75°，所述圆台炉顶还开有与所述法兰套管同轴心对应的安装孔，所述安装孔的直径大于所述反应管的直径1-3mm。

6、可选地，所述法兰套管的直径大于所述反应管的直径5-10mm。

7、可选地，所述反应管内部填充重整制氢催化剂，所述重整制氢催化剂的最小尺寸大于所述进气管的直径，所述重整制氢催化剂的填充量为所述反应管体积的2/3-3/4。

8、可选地，若干所述法兰套管以所述反应器盖板的中心为圆心呈圆周阵列式分布，位于中心位置的法兰套管与相邻圆周位置的法兰套管的中心距为所述法兰套管直径的1.5-2.5倍。

9、可选地，所述烟气出口距离所述圆台炉顶50-100mm。

10、可选地，所述导流板为螺旋状结构，所述导流板完全置于所述反应器壳体围成的所述反应器容纳腔内部，所述导流板与所述反应管的相交处开有圆孔，所述圆孔直径大于所述反应管直径1-3mm。

11、可选地，所述烟气出口的轴向与所述燃烧管的轴向平行，且位于所述反应器壳体的同一侧；所述烟气出口的轴向与所述反应器壳体的轴向垂直。

12、本发明的切向燃烧式沼气重整制氢反应器具有以下有益效果：

13、1.本沼气重整制氢反应器采用切向燃烧为各反应管供热，燃气燃烧后的烟气预先加热由进气管输送至反应管底部的原料气，传热快，换热效率高；经过换热后的烟气在导流板的引导下自反应器底部螺旋向上流动，加热在反应管内向上流动的原料气，进一步提高能量利用效率，同时各反应管受热均匀，提高原料气转化率；

14、2.本沼气重整制氢反应器中心位置及四周设置多个反应管，提升原料气转化量；反应管顶端设置进气管，进气管伸至反应管底部，进气过程中，原料气能够在参与重整制氢反应前进行预热，提高原料气转化率；

15、3.本沼气重整制氢反应器顶端设置可以拆卸的反应器盖板，从而便于对反应器内部进行维修；反应器盖板上设置的法兰套管通过第二固定法兰固定反应管，便于反应管拆装；第一固定法兰用于连接反应管和原料气进出气管，第一固定法兰顶端连接密封端盖，便于催化剂装填和卸放。

16、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，包括：反应器壳体(1)、燃烧器(3)和若干反应管(2)；

2.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，所述反应管(2)上端为长直管结构，底部设有半球形封头；所述密封端盖(24)边缘位置设有与所述反应管(2)的端部法兰相连的第一固定法兰(23)，所述反应管(2)端部靠下位置还设置有与所述法兰套管(12)相连的第二固定法兰(25)。

3.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，所述反应器壳体(1)由外至内依次设有外壳、保温层和耐火层，所述外壳采用碳钢材质，所述保温层采用硅酸铝纤维，所述耐火层采用耐火砖或耐火浇注料，所述耐火层的使用温度不小于1300℃。

4.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，所述圆台炉顶的锥度为45-75°，所述圆台炉顶还开有与所述法兰套管(12)同轴心对应的安装孔，所述安装孔的直径大于所述反应管(2)的直径1-3mm。

5.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，所述法兰套管(12)的直径大于所述反应管(2)的直径5-10mm。

6.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，所述反应管(2)内部填充有重整制氢催化剂，所述重整制氢催化剂的最小尺寸大于所述进气管(21)的直径，所述重整制氢催化剂的填充量为所述反应管(2)体积的2/3-3/4。

7.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，若干所述法兰套管(12)以所述反应器盖板(11)的中心为圆心呈圆周阵列式分布，位于中心位置的法兰套管(12)与相邻圆周位置的法兰套管(12)的中心距为所述法兰套管(12)直径的1.5-2.5倍。

8.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，所述烟气出口(36)距离所述圆台炉顶50-100mm。

9.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，所述导流板(37)为螺旋状结构，所述导流板(37)完全置于所述反应器壳体(1)围成的所述反应器容纳腔内部，所述导流板(37)与所述反应管(2)的相交处开有圆孔，所述圆孔直径大于所述反应管(2)直径1-3mm。

10.根据权利要求1所述的切向燃烧式沼气重整制氢反应器，其特征在于，所述烟气出口(36)的轴向与所述燃烧管(35)的轴向平行，且位于所述反应器壳体(1)的同一侧；所述烟气出口(36)的轴向与所述反应器壳体(1)的轴向垂直。

技术总结本发明提供一种切向燃烧式沼气重整制氢反应器，包括：反应器壳体、燃烧器和若干反应管；反应器壳体具有反应器容纳腔，反应器壳体的上部还设有与反应器容纳腔连通的烟气出口；若干反应管的一部分插置于反应器容纳腔内，燃烧器设置于反应器壳体的侧面，燃烧器的气体混合腔出口设置燃烧管，燃烧管与反应器容纳腔连通，燃烧管出口处设置有内置于反应器壳体内部的导流板，导流板延伸至烟气出口。本发明在反应器壳体底部切向位置布置燃烧器，燃烧产生的烟气预先加热由进气管送至反应管底部的原料气，换热效率高，随之在导流板的作用下从反应器底部螺旋向上流动，并与反应管进行换热，进一步提高能量利用效率。技术研发人员：张中亮,马宗虎,冯冰,傅国志,李剑,潘宁,蒋锋受保护的技术使用者：中国华电科工集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23