一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器，包括反应器外壳，反应器外壳的顶部、底部分别设有生物油进口管及重整产物出口管，反应器外壳的内部从上往下依次设有生物油预热区、重整反应区及热量回收区，生物油预热区内设有低温烟道气加热室，低温烟道气加热室内设有生物油降膜换热管组件，低温烟道气加热室下方设有油气旋流混合结构，油气旋流混合结构连接有水蒸气进口管，重整反应区内设有高温烟道气加热室，高温烟道气加热室内设有反应管束，高温烟道气加热室的上方设有载气分布器，热量回收区内设有水蒸气发生管。本发明专利技术结构紧凑，能缓解积碳堵塞，能量利用率高，制氢成本低。成本低。成本低。

A fixed bed reactor for hydrogen production by catalytic reforming of bio oil steam

【技术实现步骤摘要】
一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器


[0001]本专利技术涉及生物油水蒸气重整制氢
，尤其是涉及一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器。

技术介绍

[0002]随着化石燃料的日益匮乏和全球气候逐年变暖，人们越来越重视通过生物油等可再生能源来制备氢气。目前已有的利用生物油制氢的方法是水蒸气重整法，一般是将催化剂装在固定床反应器的反应管束内，然后将生物油和水蒸气通入反应管束内；水蒸气重整反应为吸热反应，现在通常是利用燃料气直接燃烧或电加热对反应管束进行加热，为水蒸气重整反应提供热量，反应产生的重整气（富氢混合气）再送入一氧化碳变换反应器内，使部分或全部一氧化碳利用水蒸气转化为氢气和二氧化碳。利用燃料气直接燃烧或电加热对反应管束进行加热，导致能耗与制氢成本高。
[0003]另外，专利公开号为CN101177239A的中国专利公开了一种电催化水蒸气重整生物油制氢装置，该装置包括置有重整催化剂的筒形反应器及外加热炉，生物油储存灌、水蒸气发生器与设有预热装置的通入管道接通，输出管道上有尾气收集提纯系统，反应器的内腔中设置有电炉丝。该制氢装置存在以下缺陷：（1）筒形重整反应器外壁设置有外加热炉，通过电加热提供反应热量，能耗与制氢成本高；（2）采用水蒸气发生器产生水蒸气，需要额外的能耗，会增加制氢成本；（3）水蒸气发生器在通入管道上的接入口设在生物油接入口的前方，预热区为一直管，水蒸气会携带生物油快速通过预热区，使得生物油在预热区停留时间短，既不能充分预热，也不能与水蒸气不能充分混合；（4）水蒸汽发生器在通入管道上的接入口设在生物油接入口的前方，使得水蒸气在催化剂床层中的压降大，易导致积碳甚至堵塞。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有技术的电催化水蒸气重整生物油制氢装置所存在的上述问题，提供了一种结构简单紧凑，能缓解积碳堵塞，能量利用率高，能耗低，制氢成本低的生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器，包括反应器外壳，所述反应器外壳的顶部设有生物油进口管，反应器的底部设有重整产物出口管，反应器外壳的内部从上往下依次设有生物油预热区、重整反应区及热量回收区，所述生物油预热区内设有低温烟道气加热室，所述低温烟道气加热室的室壁上连接有低温烟道气进口管及低温烟道气出口管，低温烟道气加热室内设有生物油降膜换热管组件，低温烟道气加热室下方设有油气旋流混合结构，所述油气旋流混合结构连接有穿过反应器外壳的水蒸气进口管，所述重整反应区内设有高温烟道气加热室，所述高温烟道气加热室的室壁上连接有高温烟道气进口管及高温烟道气出口管，所述高温烟道气出口管通过管路与低温烟道气进口管相连，高温烟道气加热室内设有反应管束，高温烟道气加
热室的上方设有载气分布器，所述载气分布器上连接有载气进口管，所述热量回收区内设有水蒸气发生管，所述水蒸气发生管的进口连接有水进口管，水蒸气发生管的出口连接有水蒸气出口管，所述水蒸气出口管与水蒸气进口管通过管路相连。本专利技术的固定床内部上往下依次分为生物油预热区、重整反应区及热量回收区三个功能区域；生物油在生物油预热区利用低温烟道气（通过生物油降膜换热管组件）及水蒸气（通过油气旋流混合结构）进行二级预热，预热效率高，预热效果好，能使生物油受热迅速汽化，不仅有利于载气将物料均匀带入重整反应区的反应管束中，而且也有利于降低重整反应时的能耗；从高温烟道气加热室中排出的低温烟道气送入低温烟道气加热室中，对流经生物油降膜换热管组件中的生物油进行一级预热，以充分回收利用低温烟道气的热量，能提高热量的利用率，达到节能的效果；生物油降膜换热管组件能使生物油形成液膜沿着管壁流下，换热效果好；一级预热后的生物油与水蒸气在油气旋流混合结构中充分混合并进行二级预热，形成水油均相混合物；重整反应区的反应热量由高温烟道气提供，高温烟道气为锅炉、焚烧炉、固定床反应器等装置设备在使用中产生的高温烟气，相对于燃料气、电加热等加热方式，采用高温烟道气对反应管束进行加热，不仅加热成本更低，而且加热结构更为简单；载气分布器能均匀喷出载气，通过载气将水油均相混合物快速带入反应管束中，积碳的形成通常需要通过裂解、脱氢、缩合等若干反应历程，需要一定时间的积累，载气的通入一方面能减少反应物与催化剂的高温接触时间，减少了副反应的发生，尤其是减少了积碳的生成，避免反应管束在长期运行过程中的积碳堵塞，提高反应器的稳定性，另一方面，载气的通入能增加物料在反应管束中的湍流程度，提高了传质和传热效果；载气可以是氮气、氦气、氖气等惰性气体，载气分布器设置在高温烟道气加热室上方，并尽量靠近反应管束的进口，采用这样的设计有利于延长生物油与水蒸气的混合时间，使两者充分混合，并能减少载气在反应管束中的压降；热量回收区内设有水蒸气发生管，水蒸气发生管与重整产物接触进行换热以回收利用重整产物的热量，水蒸气发生管中的原料水受热后形成水蒸气再经水蒸气进口管进入油气旋流混合结构中与生物油进行充分混合并进行二级预热，无需采用另外能耗制备水蒸气，有利于降低制氢成本，另外，由于后续一氧化碳变换工段的反应温度比水蒸气重整工段的温度要低，回收利用重整产物的热量还有利于后续一氧化碳变换的进行。
[0006]作为优选，所述低温烟道气加热室为由上管板、下管板及反应器外壳合围形成的密闭空间。
[0007]作为优选，所述生物油降膜换热管组件包括成膜管、插管及布液板，所述布液板固定在上管板上方，布液板上设有布液孔，所述成膜管固定在上管板、下管板之间，所述插管上端固定在布液管底部，插管下端伸入成膜管内，插管与成膜管之间设有成膜间隙，插管下部的外周面上设有一台阶结构，该台阶结构的台阶面与上管板之间设有间隙，该间隙形成与成膜间隙相连通的进液通道。本专利技术中，利用插管与成膜管之间的成膜间隙使生物油成膜，结构巧妙；进液通道呈环形且被台阶结构的台阶面遮挡，从布液孔中落下的生物油不会对进液通道中的生物油造成扰动，成膜均匀、稳定。
[0008]作为优选，所述成膜管的外圆周面上沿成膜管的轴向间隔设有若干换热翅片。换热翅片能增加换热面积，能提高换热效率与换热效果。
[0009]作为优选，所述油气旋流混合结构包括缩口管、混合喉管及扩散管，所述缩口管及扩散管均为锥形管，所述混合喉管的上下两端分别与缩口管的小口径端、扩散管的小口径
端固定连接，所述缩口管的大口径端、扩散管的大口径端分别与反应器外壳内壁固定连接，所述混合喉管的上侧外圆周面上沿周向间隔设有水蒸气旋喷口，混合喉管外设有环形管，所述环形管通过与水蒸气旋喷口相连的连接管固定连接在混合喉管上，所述水蒸气进口管与环形管相连。缩口管用于集中从成膜管内落下的生物油；水蒸气从各个方向上的水蒸气旋喷口以旋转的方式喷出，在混合喉管内与生物油充分混合并使生物油快速汽化；扩散管能降低从混合喉管内喷出的水油均相混合物的流速，起到缓冲作用，使进入重整反应区进行重整反应的水油均相混合物的组分保持均一稳定。
[0010]作为优选，所述水蒸气旋喷口的出口方向沿混合喉管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器，其特征在于，包括反应器外壳（1），所述反应器外壳的顶部设有生物油进口管（2），反应器的底部设有重整产物出口管（3），反应器外壳的内部从上往下依次设有生物油预热区（4）、重整反应区（5）及热量回收区（6），所述生物油预热区内设有低温烟道气加热室（7），所述低温烟道气加热室的室壁上连接有低温烟道气进口管（8）及低温烟道气出口管（9），低温烟道气加热室内设有生物油降膜换热管组件，低温烟道气加热室下方设有油气旋流混合结构，所述油气旋流混合结构连接有穿过反应器外壳的水蒸气进口管（10），所述重整反应区内设有高温烟道气加热室（11），所述高温烟道气加热室的室壁上连接有高温烟道气进口管（12）及高温烟道气出口管（13），所述高温烟道气出口管通过管路与低温烟道气进口管相连，高温烟道气加热室内设有反应管束，高温烟道气加热室的上方设有载气分布器，所述载气分布器上连接有载气进口管（14），所述热量回收区内设有水蒸气发生管（15），所述水蒸气发生管的进口连接有水进口管（16），水蒸气发生管的出口连接有水蒸气出口管（17），所述水蒸气出口管与水蒸气进口管通过管路相连。2.根据权利要求1所述的一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器，其特征在于，所述低温烟道气加热室为由上管板（18）、下管板（19）及反应器外壳合围形成的密闭空间。3.根据权利要求2所述的一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器，其特征在于，所述生物油降膜换热管组件包括成膜管（20）、插管（21）及布液板（22），所述布液板固定在上管板上方，布液板上设有布液孔（23），所述成膜管固定在上管板、下管板之间，所述插管上端固定在布液管底部，插管下端伸入成膜管内，插管与成膜管之间设有成膜间隙（24），插管下部的外周面上设有一台阶结构，该台阶结构的台阶面与上管板之间设有间隙，该间隙形成与成膜间隙相连通的进液通道（25）。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲江龙，王慧，胡万鹏，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：