一种重整制氢反应器、制氢转化炉及重整制氢方法技术

本公开涉及一种重整制氢反应器、制氢转化炉及重整制氢方法。该重整制氢反应器采用微催化反应板，反应板上负载有制氢反应所需的活性组分，减少了催化活性金属用量且催化剂不易积碳失活、缩短了反应气体扩散至催化活性中心的距离，降低了传质阻力和反应器压降，提高了制氢反应转化率；反应气体在反应器中由中心向外流动，流道面积逐渐增大、反应板温度逐渐升高，有利于作为体积增加和吸热反应的制氢反应转化率的提升；该重整制氢反应器使用范围广，作为制氢转化炉的炉管可以适用于不同种类的转化炉。采用该重整制氢转化炉的制氢方法炉管压降低、炉管内单位体积催化剂的产品时空产率高、原料气处理能力能转化率高，能够满足制氢反应要求。

【技术实现步骤摘要】
一种重整制氢反应器、制氢转化炉及重整制氢方法
本公开涉及重整制氢领域，具体地，涉及一种重整制氢反应器、制氢转化炉及重整制氢方法。
技术介绍
氢气不仅是重要的化工原料，也是一种清洁燃料。氢气在现代工业、尤其是石油化工工业、燃料电池等国民经济中扮演着越来越重要的角色。在全球原油不断重质化、劣质化趋势加剧以及人们对清洁油品数量需求不断增加、质量标准不断提升，环境法规不断严格的多重压力下，对氢气需求也越来越大，进而对制氢装置也提出了更高的要求。制氢工艺主要有水电解法、轻烃水蒸气转化法、部分氧化法和甲醇裂解法等，目前运用最广泛的是轻烃水蒸气转化法。轻烃水蒸气转化法制氢的原料以天然气、石脑油、炼厂气等含碳轻质烃类为主。其转化过程为：轻质烃类与水蒸汽在一定的温度、压力以及催化剂作用下发生反应，生成氢气及一氧化碳，一氧化碳再经过水煤气变换反应进一步生成氢气，进一步提高轻质烃类目的产物收率。制氢反应过程中发生的主要化学反应有：转化反应CnHm+nH2O→nCO+(n+m/2)H2△H＝206kJ/mol变换反应CO+H2O→CO2+H2△H＝-36kJ/mol转化反应是一个强吸热反应，在传统的制氢炉中，通过燃料燃烧，将装填有转化催化剂的转化炉管加热到900～1000℃进行制氢反应。常见的重整制氢活性组分有Pt、Pd、Ir、Rh等第VШ族过渡元素，由于其价格高，限制了工业应用。目前重整制氢工业应用最为广泛的活性组分是镍。催化剂活性高低与催化剂比表面轴向大小直接相关，相对而言，比表面越大，活性组分的分散度越好，活性中心数目越多，从而提高了催化剂的催化活性。现有的制氢转化炉在炉管中装填一定颗粒尺寸、形状的镍基催化剂，往往会出现装填不均匀，引起原料气偏流，造成原料转化率低，催化剂易积碳失活，降低装置的操作周期。另外，炉管中装填颗粒尺寸较小的催化剂，虽然可以提高催化剂的装填量，增加催化剂活性中心数目，在一定程度上提高原料的处理能力和转化率，不足之处在于催化剂尺寸越小，炉管压降越大，增加了原料气压缩机的能量消耗。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种重整制氢反应器、重整制氢转化炉及重整制氢反应方法，该重整制氢反应器及采用该重整制氢反应器的转化炉的压降低、无气体偏流和短路现象；采用该重整制氢转化炉的方法转化率高。为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种重整制氢反应器，该反应器包括圆筒形密封承压壳体、进气口、出气口、从所述壳体顶部伸入到壳体内部的第一直管、从所述壳体底部伸入到壳体内部的第二直管和设置在所述壳体内所述第一直管下方所述第二直管上方的催化反应单元；所述进气口与所述第一直管连通，所述出气口与所述第二直管连通；所述催化反应单元的顶部和底部分别由顶部密封板和底部密封板密封，所述催化反应单元包括轴向设置的中心管，所述中心管穿过顶部密封板与第一直管流体连通；所述催化反应单元外侧壁与壳体的内壁之间形成有环隙；所述中心管和所述催化反应单元的侧壁分别形成有开孔，以使所述中心管通过所述开孔与所述环隙流体连通；所述底部密封板与所述壳体下部的内壁之间形成有与所述环隙流体连通的集气腔，所述环隙通过所述集气腔与所述第二直管连通；所述催化反应单元内设有微催化反应板，所述催化反应板的板面负载有重整制氢催化剂。可选地，所述微催化反应板沿轴向延伸且围绕所述中心管呈螺旋状分布，所述微催化反应板的顶端与所述顶部密封板密封连接，所述微催化反应板的底端与所述底部密封板密封连接。可选地，所述微催化反应板为一个或同轴设置的多个环状板，所述微催化反应板的内边缘与所述催化反应单元内侧壁密封固定连接，所述微催化反应板的外边缘与所述催化反应单元外侧壁密封固定连接。可选地，微催化反应板为选自平面板、齿形板、波纹板和波形板中的至少一种。本公开的第二方面提供一种重整制氢转化炉，包括进气管、出气管、烧嘴和燃烧室，该转化炉还包括本公开第一方面的重整制氢反应器，所述重整制氢反应器位于所述燃烧室内，所述重整制氢反应器的进气口与所述进气管连通，所述重整制氢反应器的出气口与所述出气管连通。本公开的第三方面提供采用本公开第二方面的重整制氢转化炉进行重整制氢反应的方法，该方法包括以下步骤：(1)使燃料气和空气经过所述烧嘴喷入所述燃烧室进行燃烧；(2)使原料气与水蒸气经所述转化炉的进气管进入所述重整制氢反应器，在所述催化反应单元内进行重整制氢反应，得到富含氢气的转化气。可选地，所述重整制氢反应的条件包括：反应温度为700～1100℃，反应压力为1.8～5.5MPaG，水蒸气中的H2O与原料气中的碳原子的摩尔比为(2.5～5)：1，空速为1000～100000h-1。可选地，所述原料气在所述催化反应单元内的平均流速为0.001～100m/s。可选地，所述原料气为天然气、液化石油气、炼厂气、重整氢提浓PSA的解析气和石脑油中的至少一种。可选地，所述重整制氢反应催化剂包括重整制氢活性组分，所述重整制氢活性组分包括镍、钌、铂、钯、铱和铑中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)重整制氢反应器的催化反应单元为由微催化反应板构成的径向反应区，反应板上负载有制氢反应的催化剂，反应气体从气相主体扩散至催化活性中心的距离缩短，大大降低了传质阻力(扩散阻力几乎为零)，同时生成的产物能够很快扩散到流体主体，产物在反应器中停留时间较短，从根本上提高了制氢反应的转化效率，达到提高单位催化剂产品时空产率的目的。(2)反应气体从中心管均匀分布进入径向反应区且由内向外流动，流道面积逐渐增大，有利于体积增加的制氢反应向产物方向移动。另外，随着反应物流由内向外流动，外层微催化反应板的温度高于内层微催化反应板，处于环隙处的微催化反应板的温度最高，由于制氢反应是一个吸热反应，因此，有利于制氢反应的进行。(3)与装填颗粒状的重整制氢反应器相比，采用微催化反应板，反应器所用的活性金属总量明显减少、压降低。在相同处理规模条件下，本公开的重整制氢反应器及由其构成的转化炉设备尺寸较传统小5％～30％，压降低3％～55％。(4)与装填颗粒状的重整制氢反应器相比，本公开的重整制氢反应器的微催化反应板不易积碳失活，使用寿命长，压降低，床层压降较同处理量的反应器低(15％～90％)；(5)催化反应单元由微催化反应板组成，增加了活性中心数量、提高了反应气体在催化反应活性中心的均匀度，避免出现反应死区和气体偏流现象，能够充分保证整个运行周期内的平稳运行。(6)作为重整制氢转化炉管能够适用于不同类型的转化炉，使用范围广，且可以根据实际的工业生产要求通过具有功能化的套筒的集成方式以及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现设备的最大利用效率，无明显放大效应，同时缩短设备的加工时间，进一步降低反应器生产成本。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是本公开的重整制氢反应器的一种具体实施方式的结构示意图；图2是本公开的重整制氢反应器的一种具体实施方式的剖视图(即图1中A-A面的剖视图)；图3是本公开的重整制氢反应器的一种具体实施方式的催化反应单元侧壁示意图；图4是本公开的重整制氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重整制氢反应器，其特征在于，该反应器包括圆筒形密封承压壳体(12)、进气口(1)、出气口(2)、从所述壳体(12)顶部伸入到壳体内部的第一直管(11)、从所述壳体(12)底部伸入到壳体内部的第二直管(14)和设置在所述壳体(12)内所述第一直管(11)下方所述第二直管(14)上方的催化反应单元(13)；所述进气口与所述第一直管(11)连通，所述出气口(2)与所述第二直管(14)连通；所述催化反应单元(13)的顶部和底部分别由顶部密封板(5)和底部密封板(8)密封，所述催化反应单元(13)包括轴向设置的中心管(6)，所述中心管(6)穿过顶部密封板(5)与第一直管(11)流体连通；所述催化反应单元外侧壁(15)与壳体(12)的内壁之间形成有环隙(7)；所述中心管(6)和所述催化反应单元(13)的侧壁分别形成有开孔，以使所述中心管(6)通过所述开孔与所述环隙(7)流体连通；所述底部密封板(8)与所述壳体(12)下部的内壁之间形成有与所述环隙(7)流体连通的集气腔(9)，所述环隙(7)通过所述集气腔(9)与所述第二直管(14)连通；所述催化反应单元(13)内设有微催化反应板(10)，所述催化反应板(10)的板面负载有重整制氢催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种重整制氢反应器，其特征在于，该反应器包括圆筒形密封承压壳体(12)、进气口(1)、出气口(2)、从所述壳体(12)顶部伸入到壳体内部的第一直管(11)、从所述壳体(12)底部伸入到壳体内部的第二直管(14)和设置在所述壳体(12)内所述第一直管(11)下方所述第二直管(14)上方的催化反应单元(13)；所述进气口与所述第一直管(11)连通，所述出气口(2)与所述第二直管(14)连通；所述催化反应单元(13)的顶部和底部分别由顶部密封板(5)和底部密封板(8)密封，所述催化反应单元(13)包括轴向设置的中心管(6)，所述中心管(6)穿过顶部密封板(5)与第一直管(11)流体连通；所述催化反应单元外侧壁(15)与壳体(12)的内壁之间形成有环隙(7)；所述中心管(6)和所述催化反应单元(13)的侧壁分别形成有开孔，以使所述中心管(6)通过所述开孔与所述环隙(7)流体连通；所述底部密封板(8)与所述壳体(12)下部的内壁之间形成有与所述环隙(7)流体连通的集气腔(9)，所述环隙(7)通过所述集气腔(9)与所述第二直管(14)连通；所述催化反应单元(13)内设有微催化反应板(10)，所述催化反应板(10)的板面负载有重整制氢催化剂。2.根据权利要求1所述的重整制氢反应器，其特征在于，所述微催化反应板(10)沿轴向延伸且围绕所述中心管(6)呈螺旋状分布，所述微催化反应板(10)的顶端与所述顶部密封板(5)密封连接，所述微催化反应板(10)的底端与所述底部密封板(8)密封连接。3.根据权利要求1所述的重整制氢反应器，其特征在于，所述微催化反应板(10)为一个或同轴设置的多个环状板，所述微催化反应板(10)的内边缘与所述催化反应单元内侧壁(17)密封固定连接，所述微催...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，戴文松，
申请(专利权)人：中国石化工程建设有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11