一种反应器及其应用制造技术

本发明专利技术是关于一种反应器及其应用。反应器包括：金属壳体，其包括；金属管束，设置于金属壳体内；金属管束包括平行设置的金属管；金属管两端连接于第一面和第二面上；金属壳体包括物料进口和物料出口；壳体与金属管外壁之间形成壳程；金属管内腔形成管程；壳程充填颗粒状第一催化剂，和/或管程充填颗粒状和/或蜂窝状第二催化剂；多个金属翅片，设置于金属管外壁上；金属翅片将壳程分隔为彼此连通的区间；第一物料经由区间反应后由物料出口输出；和/或第二物料经由管程反应；反应器作业时，壳程中金属管束内物料流向垂直于金属管长度方向。本发明专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种反应器，使其结构紧凑性高，传热、传质性能好，成本低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
一种反应器及其应用


[0001]本专利技术属于化学、化工冶金、环境保护以及氢能与燃料电池
，特别是涉及一种反应器及其应用。

技术介绍

[0002]化学、化工冶金、环境保护以及氢能与燃料电池
中，在进行化学反应，尤其是催化反应时，采用的反应器的结构对于反应的传热传质、反应效率以及反应器成本非常重要。
[0003]现有技术中，列管式反应器、平板式反应器和套管式反应器均得到广泛的应用，但是它们都存在传热、传质效率较低、紧凑性较差等问题，尤其是随着反应物料流量的增加，要求反应器的尺寸随之放大，此时上述几种常规的反应器均会出现反应器内热分布不均匀的问题。当进行放热反应或者吸热反应时，催化剂充填床内会产生较大的温度分布，使得部分催化剂的局部温度过高，导致该部分催化剂颗粒因高温而发生烧结的情况，容易形成较大的烧结块，引起物料流动阻力的增加和物料流动分布的不均匀；同时，在使用过程中，催化剂颗粒有逐渐发生粉化的情况，会导致催化剂充填层发生压密现象，致使催化剂的充填高度显著减少，从而导致其反应性能的明显降低。
[0004]另一方面，在双碳目标的背景之下，氢能与燃料电池技术被视为非常有前景的新能源技术，而其中的车载甲醇制氢技术备受关注，这就对甲醇制氢反应器的性能、紧凑性以及成本提出了很高的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于，提供一种反应器及其应用，所要解决的技术问题是如何提供一种反应器，使其结构紧凑，传热、传质性能好，成本低，从而更加适于实用。
[0006]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种反应器，其包括：
[0007]金属壳体，其包括相对设置的第一面和第二面；
[0008]金属管束，设置于所述金属壳体内；所述金属管束包括平行设置的金属管；所述金属管的数量≥2根；每根所述金属管的两端分别连接于所述第一面和第二面上；所述金属壳体包括物料进口和物料出口；所述物料进口和物料出口均设置于所述金属管束的径向外侧，分别设置于所述金属管束的上游和下游；所述壳体的内壁与所述金属管的外壁之间形成壳程；所述金属管的内腔形成管程；所述壳程充填颗粒状第一催化剂，和/或，所述管程充填颗粒状第二催化剂和/或蜂窝状第二催化剂；
[0009]多个金属翅片，设置于所述金属管的外壁上，其中每根金属管上的金属翅片数量≥2片；所述金属翅片与金属管长度方向形成夹角α，0
°
＜α＜180
°
；所述金属翅片将所述壳程分隔为彼此连通的至少9个区间；由所述物料进口输入壳程的第一物料经由所述区间反应后，第一产物经由所述物料出口输出；和/或，由所述金属管的一端输入的第二物料经由
所述管程反应后，第二产物经由所述金属管的另一端输出；所述反应器作业时，所述壳程中金属管束内的物料流向垂直于所述金属管的长度方向。
[0010]本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0011]优选的，前述的反应器，其中每根所述金属管上的金属翅片数量相等，且相邻所述金属管上金属翅片的位置彼此对齐。
[0012]优选的，前述的反应器，其还包括物料分布器；所述物料分布器设置于所述壳体内所述物料进口的下游和所述金属管束的上游，用于将由所述物料进口输入的物料分布至所述区间。
[0013]优选的，前述的反应器，其中所述金属管的数量≥4根；所述金属管束在水平方向和竖直方向的所述金属管的数量均≥2根。
[0014]优选的，前述的反应器，其中所述金属管为圆形金属管，其管外径为4mm～32mm。
[0015]优选的，前述的反应器，其中所述金属翅片为方形翅片，其厚度为0.2～2mm，边长为8～60mm，所述金属翅片的间距为2～20mm；所述金属翅片的边长彼此平行；所述第一催化剂颗粒的尺寸小于所述金属翅片的间距和小于相邻所述金属管之间的间距，以使所述第一催化剂颗粒能够充填于所述区间内。
[0016]优选的，前述的反应器，其中所述壳体内设置有一组金属管束；所述第一面和第二面的外侧均设置有管程管箱；每根所述金属管通过管程管箱并联连接。
[0017]优选的，前述的反应器，其中所述壳体内设置有至少两组金属管束；所述第一面和第二面的外侧均设置有管程管箱；所述金属管束通过管程管箱进行串联或者并联连接。
[0018]优选的，前述的反应器，其中所述金属翅片与金属管长度方向形成的夹角为90
°
。
[0019]优选的，前述的反应器，其还包括壳程颗粒支撑孔板；所述壳程颗粒支撑孔板设置于所述壳体内所述金属管束的下游和所述物料出口的上游，用于支撑壳程内的颗粒状第一催化剂。
[0020]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种应用前述的反应器进行的耦合反应方法，所述壳程充填颗粒状第一催化剂，由所述物料进口输入的第一物料经由所述区间发生吸热反应；所述管程充填颗粒状第二催化剂和/或蜂窝状第二催化剂，由所述金属管的一端输入的第二物料经由所述管程发生放热反应；所述管程的放热反应与所述壳程的吸热反应耦合，为所述壳程的吸热反应供应热能。
[0021]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种根据前述的反应器在化学、化工冶金、环境保护或氢能与燃料电池
的应用。
[0022]借由上述技术方案，本专利技术提出的一种反应器及其应用至少具有下列优点：
[0023]本专利技术提出的反应器及其应用，其采用通过将设置有多个金属翅片的金属管束容纳于金属壳体内的结构设计，由所述壳体的内壁与所述金属管的外壁之间形成壳程，由所述金属管的内腔形成管程；通过多个金属翅片强化传热的同时将所述壳程分隔为多个彼此连通的开放区间；通过所述区间完成对流过所述金属管束的物料的整流，使得流经壳程内的物料分布均匀；通过在壳程中每个开放区间中均充填颗粒状第一催化剂，使得在第一物料流经所述开放区间时发生化学反应；通过控制所述金属翅片的安装方向，使得壳程中流过所述金属管束的反应气流的流动方向与金属管的长度方向呈直角相交，从而使得第一催化剂的颗粒得到了很好的分散、分割和支撑，因而所述第一催化剂的颗粒不容易发生破碎、
烧结和堆密，使得所述反应器的容积利用率和传热、传质效率均很高；且，该种结构设计，可以使反应气流的阻力小，且不容易发生局部堵塞，能够保证第一催化剂充填床的温度和气流分布均匀，减少了流动死角和壁流，为反应器的放大提供了更多的选择。
[0024]进一步的，当所述壳程中进行吸热反应而所述管程中进行放热反应时，该两个反应的反应热可以得到很好地耦合，实现了较好地能源利用。
[0025]进一步的，通过将金属管束分成多组，并通过管程管箱连接可以形成金属管束之间的串联关系，从而达成第一物料与第二物料之间的逆流换热的效果。
[0026]进一步的，所述金属管同时还可以起到加强筋的作用。进一步的，由于金属翅片以及包含金属翅片的金属管束可以采用模具等工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应器，其特征在于，其包括：金属壳体，其包括相对设置的第一面和第二面；金属管束，设置于所述金属壳体内；所述金属管束包括平行设置的金属管；所述金属管的数量≥2根；每根所述金属管的两端分别连接于所述第一面和第二面上；所述金属壳体包括物料进口和物料出口；所述物料进口和物料出口均设置于所述金属管束的径向外侧，分别设置于所述金属管束的上游和下游；所述壳体的内壁与所述金属管的外壁之间形成壳程；所述金属管的内腔形成管程；所述壳程充填颗粒状第一催化剂，和/或，所述管程充填颗粒状第二催化剂和/或蜂窝状第二催化剂；多个金属翅片，设置于所述金属管的外壁上，其中每根金属管上的金属翅片数量≥2片；所述金属翅片与金属管长度方向形成夹角α，0
°
＜α＜180
°
；所述金属翅片将所述壳程分隔为彼此连通的至少9个区间；由所述物料进口输入壳程的第一物料经由所述区间反应后，第一产物经由所述物料出口输出；和/或，由所述金属管的一端输入的第二物料经由所述管程反应后，第二产物经由所述金属管的另一端输出；所述反应器作业时，所述壳程中金属管束内的物料流向垂直于所述金属管的长度方向。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，每根所述金属管上的金属翅片数量相等，且相邻所述金属管上金属翅片的位置彼此对齐。3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，其还包括物料分布器；所述物料分布器设置于所述壳体内所述物料进口的下游和所述金属管束的上游，用于将由所述物料进口输入的物料分布至所述区间。4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述金属管的数量≥4根；所述金属管束在水平方向和竖直方向的所述金属管的数量均≥2根。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏庆泉，罗春欢，惠运川，杨畅畅，
申请(专利权)人：北京联力源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：