一種應(yīng)用流化床的天然氣水蒸汽重整制氫的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及制氫裝置，尤其涉及一種應(yīng)用流化床的天然氣水蒸汽重整制氫的
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]氫能是一種新型的高效清潔能源，被視為解決溫室效應(yīng)問(wèn)題，提高能量利用率的有效替代能源。但氫氣不是自然界中存在的一次資源，并且其密度低，易燃易爆，儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用高，危險(xiǎn)性大，如何便捷地獲取氫氣是氫能得以廣泛利用的瓶頸之一。天然氣水蒸氣重整技術(shù)是目前工業(yè)上最普遍采用的生產(chǎn)氫氣及合成氣的技術(shù)方法，典型的反應(yīng)溫度為800-900°C，壓力為2.5-3.5MPa。隨著天然氣的大量開(kāi)發(fā)，尤其是管道天然氣在城鎮(zhèn)中普及，為分布式氫氣生產(chǎn)提供了充足的、廉價(jià)的天然氣原料。
[0003]雖然天然氣重整制氫技術(shù)在工業(yè)上已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，但是該技術(shù)在小型化分布式制氫中還有很多問(wèn)題需要解決。該反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，能量供應(yīng)和傳熱是該反應(yīng)的一個(gè)瓶頸問(wèn)題，工業(yè)上常用的固定床反應(yīng)器體積龐大，不適合用于家庭及小型商業(yè)用戶的千瓦級(jí)燃料電池系統(tǒng)中分布式氫氣生產(chǎn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種應(yīng)用流化床的天然氣水蒸汽重整制氫的裝置，其快速、安全、高效，采用城市管道天然氣為原料來(lái)源，結(jié)構(gòu)緊湊，方便操作，體積小，易于安裝。
[0005]本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種應(yīng)用流化床的天然氣水蒸汽重整制氫的裝置，包括燃燒室本體2、置于燃燒室本體2下方的燃燒器3、裝有催化劑16的反應(yīng)管1、分別呈螺旋狀纏繞在燃燒室本體2外壁的天然氣換熱管5和水換熱管6、呈螺旋狀纏繞在燃燒室本體2內(nèi)壁的內(nèi)換熱盤(pán)管4 ；
[0007]所述反應(yīng)管1置于燃燒室本體2內(nèi)部，燃燒室本體2及反應(yīng)管1的上端開(kāi)口均通過(guò)一蓋板8密封；
[0008]所述天然氣換熱管5和水換熱管6的出口端分別接混合閥14的兩個(gè)入口端，混合閥14出口端通過(guò)進(jìn)料管13連通內(nèi)換熱盤(pán)管4的上端口，內(nèi)換熱盤(pán)管4的下端口通過(guò)反應(yīng)管1底部的下密封頭17連通反應(yīng)管1的內(nèi)部；
[0009]所述反應(yīng)管1的外壁與燃燒室本體2的內(nèi)壁之間的空隙形成燃燒室7 ;
[0010]在對(duì)應(yīng)于燃燒室7的蓋板8上設(shè)有燃燒室尾氣出口 12，在對(duì)應(yīng)于反應(yīng)管1的蓋板8上設(shè)有反應(yīng)合成氣出氣管10 ;
[0011]通入天然氣換熱管5的天然氣以及通入水換熱管6的水，分別自下而上進(jìn)入混合閥14內(nèi)混合，混合后再進(jìn)入進(jìn)料管13，然后自上而下螺旋式經(jīng)過(guò)內(nèi)換熱盤(pán)管4，最后由反應(yīng)管1的底部流入反應(yīng)管1內(nèi)。
[0012]所述反應(yīng)管1的下端與下密封頭17之間設(shè)置有分布器15，催化劑16填充在分布器15的上方空間內(nèi)。
[0013]所述內(nèi)換熱盤(pán)管4的管徑大于天然氣換熱管5和水換熱管6的管徑。
[0014]所述反應(yīng)管1的下密封頭17為圓弧封頭，內(nèi)換熱盤(pán)管4的下端口通過(guò)原料進(jìn)氣管9連接在圓弧封頭的側(cè)邊。
[0015]所述反應(yīng)合成氣出氣管10的進(jìn)口端設(shè)有尾氣過(guò)濾器10-1。
[0016]所述反應(yīng)管1內(nèi)設(shè)有多點(diǎn)熱電偶11，多點(diǎn)熱電偶11貫穿蓋板8并固定在其上。
[0017]所述天然氣換熱管5和水換熱管6的纏繞圈數(shù)為8?15圈；內(nèi)換熱盤(pán)管4的纏繞圈數(shù)為6?10圈。
[0018]所述燃燒器3為大氣式燃燒器。
[0019]所述催化劑16為鎳基催化劑。
[0020]應(yīng)用流化床的天然氣水蒸汽重整制氫方法如下:
[0021](1)、啟動(dòng)燃燒器3，先對(duì)反應(yīng)管1、燃燒室7、內(nèi)換熱盤(pán)管4進(jìn)行加熱；
[0022](2)、當(dāng)反應(yīng)管1內(nèi)部測(cè)溫點(diǎn)溫度在110°C?120°C以上時(shí)，先向水換熱管6內(nèi)通水，水流自下而上經(jīng)螺旋狀進(jìn)入水換熱管6、混合閥14、進(jìn)料管13后，再自上而下螺旋狀進(jìn)入內(nèi)換熱盤(pán)管4加熱后變成過(guò)熱水蒸汽，并通過(guò)原料進(jìn)氣管9進(jìn)入反應(yīng)管1內(nèi)，用于吹掃反應(yīng)管1及管路；
[0023](3)、當(dāng)反應(yīng)管1的測(cè)溫點(diǎn)溫度達(dá)到500°C?600°C時(shí)，向天然氣換熱管5中通入天然氣，天然氣自下而上螺旋狀經(jīng)天然氣換熱管5后流入混合閥14，并在混合閥14內(nèi)與水混合后一同經(jīng)進(jìn)料管13再自上而下螺旋狀進(jìn)入內(nèi)換熱盤(pán)管4，經(jīng)過(guò)燃燒器3加熱后變成過(guò)熱水蒸氣與天然氣的混合物進(jìn)入反應(yīng)管1，此時(shí)天然氣與水蒸汽在反應(yīng)管1內(nèi)催化劑16的作用下發(fā)生重整反應(yīng)，產(chǎn)生富氫合成氣，富氫合成氣再經(jīng)過(guò)尾氣過(guò)濾器10-1，最后由反應(yīng)合成氣出氣管10輸出。
[0024]本實(shí)用新型天然氣換熱管5和水換熱管6呈螺旋狀纏繞在燃燒室本體2外壁，內(nèi)換熱盤(pán)管4呈螺旋狀纏繞在燃燒室本體2內(nèi)壁；通入天然氣換熱管5的天然氣以及通入水換熱管6的水，分別自下而上進(jìn)入混合閥14內(nèi)混合，混合后再進(jìn)入進(jìn)料管13，然后自上而下螺旋式經(jīng)過(guò)內(nèi)換熱盤(pán)管4，最后由反應(yīng)管1的底部流入反應(yīng)管1內(nèi)。與現(xiàn)有固定床反應(yīng)器相比，本制氫裝置的換熱系數(shù)大大提高，床層溫度均勻，無(wú)局部熱點(diǎn)，催化劑催化效率提高，床層壓力降減少，可適用于低壓天然氣。
[0025]本實(shí)用新型的反應(yīng)管1置于燃燒爐中，反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，加熱、保溫及換熱效果好，確保了反應(yīng)所需的溫度條件，為了進(jìn)一步減少熱能損失，可在燃燒室本體2外部增加保溫層，則使用效果更好。
[0026]綜上所述，本實(shí)用新型技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，含氫合成氣中C0含量低，消耗小，安裝和拆卸方便易行，體積小，占地面積少，可置于陽(yáng)臺(tái)，屋檐下等閑置的空間。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為圖1燃燒室本體2外壁螺旋纏繞的天然氣換熱管5和水換熱管6的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例
[0031]如圖1、2所示。本實(shí)用新型一種應(yīng)用流化床的天然氣水蒸汽重整制氫的裝置，包括燃燒室本體2 (可采用空心管狀)、置于燃燒室本體2下方的燃燒器3、裝有催化劑16的反應(yīng)管1、分別呈螺旋狀纏繞在燃燒室本體2外壁的天然氣換熱管5和水換熱管6、呈螺旋狀纏繞在燃燒室本體2內(nèi)壁的內(nèi)換熱盤(pán)管4 ;所述天然氣換熱管5和水換熱管6的纏繞圈數(shù)為8?15圈；內(nèi)換熱盤(pán)管4的纏繞圈數(shù)為6?10圈。
[0032]所述反應(yīng)管1置于燃燒室本體2內(nèi)部，燃燒室本體2及反應(yīng)管1的上端開(kāi)口均通過(guò)一蓋板8密封；燃燒室本體2及反應(yīng)管1的上端開(kāi)口與蓋板8之間銜接處可增加石墨墊片，已提尚密封性能。
[0033]所述天然氣換熱管5和水換熱管6的出口端分別接混合閥14的兩個(gè)入口端，混合閥14出口端通過(guò)進(jìn)料管13連通內(nèi)換熱盤(pán)管4的上端口，內(nèi)換熱盤(pán)管4的下端口通過(guò)反應(yīng)管1底部的下密封頭17連通反應(yīng)管1的內(nèi)部；
[0034]所述反應(yīng)管1的外壁與燃燒室本體2的內(nèi)壁之間的空隙形成燃燒室7 ;
[0035]在對(duì)應(yīng)于燃燒