專利名稱：一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種催化燃燒器，特別涉及一種利用制氫工藝中尾氣作為熱源的 催化燃燒器。
背景技術(shù)：
甲醇水蒸氣重整制氫裝置是在一定溫度、壓力的條件下，以甲醇和脫鹽水為原料， 借助甲醇水蒸氣重整反應(yīng)器內(nèi)催化劑的作用，促使原料與水蒸氣在轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)化 反應(yīng)，制取合成氨原料氣(即氫氣)。在目前廣泛使用的工藝中，原料甲醇和脫鹽水先按一定比例配制，在加壓條件下， 分別經(jīng)過預(yù)熱、氣化、過熱等步驟，過熱后的原料混合氣在轉(zhuǎn)化器內(nèi)進(jìn)行氣相催化轉(zhuǎn)化反 應(yīng)，得到轉(zhuǎn)化氣，其中H2含量為75%作八)，其余為0)、0)2、!120等。轉(zhuǎn)化氣通過變壓吸附工 段，得到符合產(chǎn)品純度要求的產(chǎn)品氫氣，剩余為尾氣，尾氣中H2含量為40% (V/V)，其余為 C0(5%, V/V) > CO2 (55%, V/V)等，尾氣放空。甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，整個裝置需要外加熱源，現(xiàn)有的甲醇水蒸 氣重整制氫裝置廣泛采用導(dǎo)熱油系統(tǒng)作為熱源，導(dǎo)熱油作為熱載體，一般導(dǎo)熱油加熱到 290°C后進(jìn)入甲醇水蒸氣轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供熱量后，導(dǎo)熱油的溫度下降到約270°C，回到 導(dǎo)熱油爐，形成一個封閉的導(dǎo)熱油循環(huán)加熱系統(tǒng)。導(dǎo)熱油系統(tǒng)多采用明火加熱裝置(如燃 煤或燃油、氣等)，導(dǎo)熱油一般采用礦物油(型號為WD-320)，這種礦物油容易結(jié)碳，2-3年 必須清洗整個導(dǎo)熱油系統(tǒng)所有管線和設(shè)備，增加了成本；此外，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，明火裝 置與氫氣裝置的安全距離不得小于15m，而導(dǎo)熱油系統(tǒng)本身占地面積較大，這就使整個甲醇 水蒸氣重整制氫裝置占地面積大；另外，尾氣中可燃組分沒有得到有效的利用，造成資源浪 費。催化燃燒是借助催化劑在較低溫度下，實現(xiàn)對有機(jī)物的完全氧化，因此能耗少、操 作簡單、安全、凈化效率高，在有機(jī)廢氣特別是回收價值不大的有機(jī)廢氣的凈化領(lǐng)域有著廣 泛的使用。但是由于尾氣中H2的特殊性質(zhì)，如何使尾氣與空氣混合后，混合氣中的H2濃度 降到爆炸極限以下成為尾氣催化燃燒技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種利用制氫所生尾氣作為熱源、道生油作為熱載體的 催化燃燒器，一方面可以使尾氣再利用，另一方面可以使尾氣燃燒過程中H2的濃度降低到 爆炸極限以下，提高安全性，具有降低裝置占地、減低成本、減小資源浪費的優(yōu)點。本實用新型的目的可以通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，包括兩端封閉而接有多個進(jìn)出管 口的反應(yīng)器筒體，所述反應(yīng)器筒體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)部直管，內(nèi)部直管的周邊布置有反應(yīng)列管，反 應(yīng)列管內(nèi)設(shè)置有催化劑，反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的兩端都開口 ；反應(yīng)器筒體的筒壁上，位于反 應(yīng)列管和內(nèi)部直管的兩端之間，分別設(shè)置有道生油進(jìn)口和道生油出口 ；反應(yīng)器筒體的一端，位于反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的外側(cè)，設(shè)置有尾氣進(jìn)口和空氣進(jìn)口 ；反應(yīng)器筒體的另一端，位于 反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的外側(cè)，設(shè)置有高溫?zé)煔獬隹?。所述反?yīng)器筒體設(shè)置有尾氣進(jìn)口的一端，位于反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的外側(cè)，設(shè)置 有甲醇進(jìn)口。所述反應(yīng)器筒體直立，尾氣進(jìn)口、空氣進(jìn)口設(shè)置在反應(yīng)器筒體的上端。所述高溫?zé)煔獬隹谠O(shè)置在反應(yīng)器筒體的下端。所述反應(yīng)器筒體的下端設(shè)置有下封頭，在反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的下端口與下封頭 之間形成封閉空間，高溫?zé)煔獬隹陂_設(shè)在該封閉空間的側(cè)壁上。所述封閉空間內(nèi)設(shè)置有風(fēng)機(jī)葉片，該風(fēng)機(jī)葉片通過伸出于封閉空間的轉(zhuǎn)軸與電機(jī) 連接。所述反應(yīng)器筒體的上端設(shè)置有上封頭，在反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的上端口與上封頭 之間形成封閉空間，上封頭上設(shè)置有與反應(yīng)器筒體內(nèi)部相通的內(nèi)套管和套裝于內(nèi)套管外的 外套管，尾氣進(jìn)口和甲醇進(jìn)口設(shè)置于外套管上，空氣進(jìn)口設(shè)置在內(nèi)套管上。所述道生油進(jìn)口設(shè)置在反應(yīng)器筒體的上部；道生油出口設(shè)置在反應(yīng)器筒體的下 部。所述反應(yīng)列管的總外表面積與內(nèi)部直管的外表面積之和滿足如下條件達(dá)到道生 油換熱所需的換熱面積。本實用新型采用上述結(jié)構(gòu)，尾氣、空氣和氣化甲醇的混合氣在催化劑作用下發(fā)生 燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生的煙氣自上而下地通過催化劑層，并在內(nèi)部直管內(nèi)自下而上、在反應(yīng)列管內(nèi) 自上而下形成封閉循環(huán)，不斷產(chǎn)生的煙氣可以降低混合氣中H2的嘗試，使其濃度低于爆炸 極限，而催化燃燒反應(yīng)放出的熱量被道生油帶走，最終使催化燃燒器內(nèi)部熱場趨于穩(wěn)定，并 使道生油溫度達(dá)到甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)對熱載體溫度的要求?？梢?，采用上述結(jié)構(gòu)的本實用新型，可以使制氫工藝中的尾氣得到再利用，還可以 降低混合氣中的壓濃度，實現(xiàn)安全工作；并可以循環(huán)加熱作為熱載體的道生油，具有降低裝 置占地、減低成本、減小資源浪費的優(yōu)點。

本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型截面結(jié)構(gòu)示意圖圖中標(biāo)號1是電機(jī)，2是轉(zhuǎn)軸，3是下封頭，4是高溫?zé)煔獬隹冢?是下管板，6是反 應(yīng)器筒體，7是反應(yīng)列管，8是內(nèi)部直管，9是道生油出口，10是上管板，11是上封頭，12是尾 氣進(jìn)口，13是空氣進(jìn)口，14是甲醇進(jìn)口，15是外套管，16是內(nèi)套管，17是催化劑，18是道生 油入口，19為風(fēng)機(jī)葉片。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器包括反應(yīng)器筒體6，其 兩端分別通過上封頭11和下封頭3封閉，在反應(yīng)器筒體6的筒壁上、上封頭11上和下封頭3上設(shè)置有多個進(jìn)出管口。上封頭11上設(shè)置有與反應(yīng)器筒體6的內(nèi)部相通的內(nèi)套管16和套裝于內(nèi)套管16 外的外套管15，內(nèi)套管16的外端設(shè)置與之相通的空氣進(jìn)口 13，外套管15的側(cè)壁上設(shè)置有 與之相通的尾氣進(jìn)口 12和甲醇進(jìn)口 14，其中甲醇進(jìn)口 14的增設(shè)，是為了保證尾氣催化燃燒 放出的熱量滿足整個甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)對熱量的需要程度，增加少部分甲醇從甲醇 進(jìn)口 14進(jìn)入催化燃燒器內(nèi)部，如果上述熱量足以滿足需要，則甲醇進(jìn)口 14可以省略。下封頭3的側(cè)壁上開設(shè)有高溫?zé)煔獬隹?4。上封頭11和下封頭3之間的反應(yīng)器筒體6內(nèi)，設(shè)置有內(nèi)部直管8和布置在內(nèi)部直 管8周邊的若干反應(yīng)列管7，如圖2所示，反應(yīng)列管7分布在內(nèi)部直管8和反應(yīng)器筒體6之 間的環(huán)狀間隙內(nèi)，以“正三角形”形式排布。內(nèi)部直管8和反應(yīng)列管7的上端皆為開口，并被上管板10固定連接，上管板10的 周邊與反應(yīng)器筒體6的內(nèi)壁固定連接。內(nèi)部直管8和反應(yīng)列管7的下端皆為開口，并被下管板5固定連接，下管板5的周 邊與反應(yīng)器筒體6的內(nèi)壁固定連接。反應(yīng)列管7內(nèi)設(shè)置有催化燃燒用的催化劑17。上管板10與下管板5之間的反應(yīng)器筒體6上設(shè)置有與筒體內(nèi)部連通的有道生油 進(jìn)口 18和道生油出口 9，其中道生油進(jìn)口 18設(shè)置在反應(yīng)器筒體6下部，道生油出口 9設(shè)置 在反應(yīng)器筒體6上部。內(nèi)套管16和外套管15與反應(yīng)器筒體6相通的端口位于上封頭11與上管板10之 間的封閉空間。下封頭3與下管板5之間的封閉空間內(nèi)，設(shè)置有風(fēng)機(jī)葉片19，該風(fēng)機(jī)葉片19通過 伸出于封閉空間的轉(zhuǎn)軸2與電機(jī)1連接。反應(yīng)列管7內(nèi)催化劑的裝填量滿足催化燃燒反應(yīng)要求；反應(yīng)列管7的總外表面積 與內(nèi)部直管8的外表面積之和滿足與道生油換熱的換熱面積，與高溫?zé)煔鈸Q熱后的道生油 溫度達(dá)到甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)對熱載體溫度的要求。本實施例對道生油加熱，使其作為熱載體給制氫工藝供熱，道生油為聯(lián)苯混合物， 是由73. 5%的二苯醚和26. 5%的聯(lián)苯混合而成，是一種優(yōu)良的熱載體，具有加熱均勻、能 正確調(diào)節(jié)溫度、輸送和操作方便簡單，且不易結(jié)碳等特點。使用道生油作為熱載體，不僅能 滿足甲醇水蒸氣重整反應(yīng)所需，而且降低了導(dǎo)熱油系統(tǒng)清洗的成本。本實施例的工作過程如下被預(yù)熱的空氣(約240°C )通過空氣進(jìn)口 13從內(nèi)套管16進(jìn)入反應(yīng)器筒體6內(nèi)，預(yù) 熱后的尾氣(約260°C )通過尾氣進(jìn)口 12從外套管15進(jìn)入反應(yīng)器筒體6內(nèi)，考慮到尾氣催 化燃燒放出的熱量滿足整個甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)對熱量的需要程度，增加少部分氣化 甲醇從為甲醇進(jìn)口 14進(jìn)入反應(yīng)器筒體6內(nèi)?？諝庖砸欢囟韧ㄟ^內(nèi)套管16，形成負(fù)壓，將 尾氣和預(yù)先被氣化的甲醇“吸”進(jìn)反應(yīng)器筒體6內(nèi)。進(jìn)入反應(yīng)列管7中的原料氣(尾氣、空氣、氣化甲醇)混合氣在催化劑17的作用 下發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生的煙氣自上而下地通過反應(yīng)列管7中的催化劑床層，煙氣與通 過內(nèi)部直管8的原料混合氣在反應(yīng)器筒體6底部風(fēng)機(jī)葉片19產(chǎn)生的氣流作用下，在反應(yīng)器 筒體6內(nèi)產(chǎn)生自下而上、從內(nèi)部直管8到反應(yīng)列管7的封閉循環(huán)，在這個過程中，原料氣不斷地在反應(yīng)列管7中發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，不斷產(chǎn)生的煙氣降低了混合氣中H2的濃度，使H2 的濃度低于4%，處于爆炸極限以下，而催化燃燒反應(yīng)放出的熱量被“源源不斷”地進(jìn)入反應(yīng) 器筒體6內(nèi)、位于內(nèi)部直管8和反應(yīng)列管7之間的道生油帶走，最終是反應(yīng)器筒體6內(nèi)部熱 場分布趨于穩(wěn)定，而與道生油換熱后的高溫?zé)煔馔ㄟ^底部的高溫?zé)煔獬隹?4排出催化燃燒本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器,包括兩端封閉而接有多個進(jìn)出管口的反應(yīng)器筒體(6),其特征在于,所述反應(yīng)器筒體(6)內(nèi)設(shè)置有內(nèi)部直管(8),內(nèi)部直管(8)的周邊布置有反應(yīng)列管(7),反應(yīng)列管(7)內(nèi)設(shè)置有催化劑(17), 反應(yīng)列管(7)和內(nèi)部直管(8)的兩端都開口；反應(yīng)器筒體(6)的筒壁上，位于反應(yīng)列管(7)和內(nèi)部直管(8)的兩端之間，分別設(shè)置有道生油進(jìn)口(18)和道生油出口(9)；反應(yīng)器筒體(6)的一端，位于反應(yīng)列管(7)和內(nèi)部直管(8)的外側(cè)，設(shè)置有尾氣進(jìn)口(12)和空氣進(jìn)口(13)；反應(yīng)器筒體(6)的另一端，位于反應(yīng)列管(7)和內(nèi)部直管(8)的外側(cè)，設(shè)置有高溫?zé)煔獬隹?4)。
2.如權(quán)利要求1所述一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，其特征在于，所 述反應(yīng)器筒體(6)設(shè)置有尾氣進(jìn)口(12)的一端，位于反應(yīng)列管(7)和內(nèi)部直管(8)的外側(cè)， 設(shè)置有甲醇進(jìn)口(14)。
3.如權(quán)利要求1或2所述一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，其特征在 于，所述反應(yīng)器筒體(6)直立，尾氣進(jìn)口(12)、空氣進(jìn)口(13)設(shè)置在反應(yīng)器筒體(6)的上端。
4.如權(quán)利要求3所述一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，其特征在于，所 述高溫?zé)煔獬隹?4)設(shè)置在反應(yīng)器筒體(6)的下端。
5.如權(quán)利要求4所述一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，其特征在于，所 述反應(yīng)器筒體(6)的下端設(shè)置有下封頭(3)，在反應(yīng)列管(7)和內(nèi)部直管(8)的下端口與下 封頭(3 )之間形成封閉空間，高溫?zé)煔獬隹? 4 )開設(shè)在該封閉空間的側(cè)壁上。
6.如權(quán)利要求5所述一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，其特征在于，所 述封閉空間內(nèi)設(shè)置有風(fēng)機(jī)葉片(19)，該風(fēng)機(jī)葉片(19)通過伸出于封閉空間的轉(zhuǎn)軸(2)與電 機(jī)(1)連接。
7.如權(quán)利要求6所述一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，其特征在于，所 述反應(yīng)器筒體(6)的上端設(shè)置有上封頭(11)，在反應(yīng)列管(7)和內(nèi)部直管(8)的上端口與 上封頭(11)之間形成封閉空間，上封頭(11)上設(shè)置有與反應(yīng)器筒體(6)內(nèi)部相通的內(nèi)套管 (16)和套裝于內(nèi)套管(16)外的外套管(15)，尾氣進(jìn)口(12)和甲醇進(jìn)口(14)設(shè)置于外套管 (15)上，空氣進(jìn)口(13)設(shè)置在內(nèi)套管(16)上。
8.如權(quán)利要求7所述一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，其特征在于，所 述道生油進(jìn)口(18)設(shè)置在反應(yīng)器筒體(6)的上部；道生油出口(9)設(shè)置在反應(yīng)器筒體(6) 的下部。
專利摘要本實用新型公開一種利用制氫所生尾氣作為熱源的催化燃燒器，涉及一種催化燃燒器，目的是提供一種利用制氫所生尾氣作為熱源、道生油作為熱載體的催化燃燒器，包括兩端封閉而接有多個進(jìn)出管口的反應(yīng)器筒體，所述反應(yīng)器筒體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)部直管，內(nèi)部直管的周邊布置有反應(yīng)列管，反應(yīng)列管內(nèi)設(shè)置有催化劑，反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的兩端都開口；反應(yīng)器筒體的筒壁上，位于反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的兩端之間，分別設(shè)置有道生油進(jìn)口和道生油出口；反應(yīng)器筒體的一端，位于反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的外側(cè)，設(shè)置有尾氣進(jìn)口和空氣進(jìn)口；反應(yīng)器筒體的另一端，位于反應(yīng)列管和內(nèi)部直管的外側(cè)，設(shè)置有高溫?zé)煔獬隹凇?br> 文檔編號F24H7/00GK201662066SQ200920316749
公開日2010年12月1日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者杜雯雯, 王業(yè)勤, 羅塞凡 申請人:四川亞聯(lián)高科技股份有限公司