一种可分离产物的甲烷水蒸气重整制氢反应装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及甲烷水蒸气重整制氢反应装置技术领域，尤其涉及一种可分离产物的甲烷水蒸气重整制氢反应装置。


背景技术：

[0002]
氢气是一种清洁能源，用化石燃料制氢气能够实现化石能源和可再生能源系统之间的平稳转换。甲烷水蒸气重整作为可与多种高温发电系统耦合的燃料供应过程，目前受到相当普遍的重视，甲烷水蒸气重整制氢的主要反应方程式为：ch4(g)+h2o(g)
→
co(g)+3h2(g)，h2o(g)+co(g)
→
co2(g)+h2(g)，因此产物为co(g)、co2(g)和h2(g)的混合物，一般情况下，甲烷和水蒸气完全反应，产物中一氧化碳的含量少，主要产物为氢气和二氧化碳。氢气是所需的产物，而二氧化碳混合在氢气中，会影响氢气的燃烧，因此需要将二氧化碳分离出来，目前常见的除去二氧化碳的方式是通过化学反应除去二氧化碳(如将产物气体通入碱性溶液中)，但是这样除去二氧化碳的成本较高，且需要额外的设备，即使除去了二氧化碳，由于产物经过了溶液，其输出的氢气也会带有水分。因此有需要提出一种新的甲烷水蒸气重整制氢反应装置，可有效地除去二氧化碳同时降低生产成本。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型目的在于提供一种可分离产物的甲烷水蒸气重整制氢的反应装置，该反应装置使用分子筛将产物中的二氧化碳除去，输出可直接燃烧的氢气，减少生产工序和降低生产成本。
[0004]
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
[0005]
一种可分离产物的甲烷水蒸气重整制氢的反应装置，包括自下而上依次连通的反应物混合室、催化反应室、产物混合室和分子筛室；
[0006]
所述反应物混合室内至少相向设置有一个水蒸气喷头和一个高温甲烷气体喷头，反应物混合室下方设有回收阀门，反应物混合室通过回收阀门与外部的回收装置连接，从水蒸气喷头喷出的水蒸气雾线和从高温甲烷气体喷头喷出的高温甲烷气体雾线交错混合，反应物混合气体的温度超过1000℃，在反应物混合室内产生的冷凝水从回收阀门排出；
[0007]
所述催化反应室的下方入口与反应物混合室的上方出口连通且在连通处设置隔离滤片，所述催化反应室内填充有催化剂，由于反应物混合气体的密度比空气小，反应物混合气体向上运动过程中撞击隔离滤片，未通过隔离滤片的气体由于撞击而出现分散现象，水蒸气和高温甲烷气体返回反应物混合室内混合得更均匀，充分混合的反应混合气体进入催化反应室内进行反应；
[0008]
所述产物混合室的下方入口与催化反应室的上方出口连通且在连通处设置有第一产物喷头，产物混合气体经过第一产物喷头后，快速扩散到产物混合室内且氢气、二氧化碳、少量一氧化碳、少量未参与反应的水蒸气和甲烷气体之间混合均匀；
[0009]
所述分子筛室的入口与产物混合室的上方出口连通，分子筛室内填充有分子筛，
分子筛室的上方设置有氢气排出口，分子筛室的下方设置有废物回收口，产物混合气体进入分子筛室内，氢气从氢气排出口中排出，二氧化碳滞留在分子筛室内，二氧化碳在重力和分子筛室内压力的双重作用下从废物回收口中排出，产物混合气体中的水蒸气在分子筛室内冷凝，也从废物回收口中排出。
[0010]
所述催化剂为用于甲烷脱氢的催化剂。
[0011]
所述分子筛为可分离氢气和二氧化碳的分子筛。
[0012]
所述反应物混合室、催化反应室、产物混合室和分子筛室均由有保温效果的耐高温浇注料制成，反应物混合室、催化反应室、产物混合室和分子筛室在2100℃的高温条件下能正常运行。
[0013]
所述催化反应室与产物混合室法兰连接，所述催化反应室内部弯曲设置有催化反应通道，催化反应通道内填充有催化剂，催化反应通道的下方入口与反应物混合室的上方出口连通，催化反应室的上方出口与产物混合室的下方入口连通且在连通处设置隔离滤片，反应物混合气体在催化反应通道内有足够的时间完成反应，反应物转化率有所提高，甲烷水蒸气重整制氢反应会产生副产物积碳，积碳附着在催化剂上从而影响催化剂的催化效果，催化反应室与产物混合室法兰连接有利于定期更换催化剂。
[0014]
所述产物混合室与分子筛室法兰连接，便于维修和更换分子筛室。
[0015]
所述分子筛室内设置有第二产物喷头，所述第二产物喷头与产物混合室的上方出口连通，在产物混合室内已混合均匀的产物混合气体进入分子筛时经过第二产物喷头，产物混合气体快速扩散到分子筛室内，提高气体分离效率。
[0016]
所述水蒸气喷头、高温甲烷气体喷头、第一产物喷头和第二产物喷头均是喷雾球面喷头，水蒸气喷头和高温甲烷气体喷头向反应物混合室内凸出，增大喷雾的面积，更多的水蒸气雾线和高温甲烷气体雾线交错，提高反应物气体的混合效率，第一产物喷头向反应物混合室内凸出，提高产物混合气体的扩散速率和不同气体之间的混合效率。
[0017]
本实用新型的有益效果如下：
[0018]
本实用新型设置有自下而上依次连通的反应物混合室、催化反应室、产物混合室和分子筛室，在反应物混合室内，水蒸气雾线和高温甲烷气体雾线在反应物混合室内交错混合并向上运动，在反应物混合室和催化反应室连接处设置有隔离滤片，未通过隔离滤片的气体由于撞击而出现分散现象，水蒸气和高温甲烷气体返回反应物混合室内混合得更均匀，充分混合的反应混合气体进入催化反应室内进行反应，在催化反应室和产物混合室连接处设置有第一产物喷头，产物混合气体经过第一产物喷头后，快速扩散到产物混合室内且氢气、二氧化碳、少量一氧化碳、少量未参与反应的水蒸气和甲烷气体之间混合均匀，产物混合气体进入分子筛室内，氢气从氢气排出口中排出，少量的一氧化碳和甲烷也从氢气排出口中排出，二氧化碳滞留在分子筛室内，二氧化碳在重力和分子筛室内压力的双重作用下从废物回收口中排出，产物混合气体中的少量水蒸气在分子筛室内冷凝，也从废物回收口中排出。本实用新型将产物中的二氧化碳除去，输出可直接燃烧的氢气，达到了减少生产工序和降低生产成本的效果。
附图说明
[0019]
图1为本实用新型的示意图。
[0020]
附图中的标记为：1-反应物混合室，11-水蒸气喷头，12-高温甲烷气体喷头，13-回收阀门，2-催化反应室，21-隔离滤片，22-催化反应通道，23-催化剂，3-产物混合室，31-第一产物喷头，4-分子筛室，41-氢气排出口，42-废物回收口，43-分子筛，44-第二产物喷头。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
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如图1所示，一种可分离产物的甲烷水蒸气重整制氢反应装置，包括自下而上依次连通的反应物混合室1、催化反应室2、产物混合室3和分子筛室4，所述反应物混合室1内相向设置有一个水蒸气喷头11和一个高温甲烷气体喷头12，反应物混合室1下方设有回收阀门13，反应物混合室1通过回收阀门13与外部的回收装置连接，所述催化反应室2的下方入口与反应物混合室1的上方出口连通且在连通处设置隔离滤片21，所述催化反应室2内填充有催化剂23，所述催化剂23为用于甲烷脱氢的催化剂，所述产物混合室3的下方入口与催化反应室2的上方出口连通且在连通处设置有第一产物喷头31，所述分子筛室4的入口与产物混合室3的上方出口连通，分子筛室4内填充有分子筛43，所述分子筛43为可分离氢气和二氧化碳的分子筛，分子筛室4的上方设置有氢气排出口41，分子筛室4的下方设置有废物回收口42。
[0023]
所述反应物混合室1、催化反应室2、产物混合室3和分子筛室4均由有保温效果的耐高温浇注料制成，反应物混合室1、催化反应室2、产物混合室3和分子筛室4能在2100℃的高温条件下能正常运行。
[0024]
所述催化反应室2与产物混合室3法兰连接，可在连接处采用耐高温浇注料法兰，所述催化反应室2内部弯曲设置有催化反应通道22，催化反应通道22内填充有催化剂23，催化反应通道22的下方入口与反应物混合室1的上方出口连通，催化反应室2的上方出口与产物混合室3的下方入口连通且在连通处设置隔离滤片21。
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所述产物混合室3与分子筛室4法兰连接，可在连接处采用耐高温浇注料法兰。
[0026]
所述分子筛室4内设置有第二产物喷头44，所述第二产物喷头44与产物混合室3的上方出口连通。
[0027]
所述水蒸气喷头11、高温甲烷气体喷头12、第一产物喷头31和第二产物喷头44均是喷雾球面喷头。
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本实用新型具体实施时，作为反应物的水蒸气和高温甲烷气体分别从相向设置的水蒸气喷头11和高温甲烷气体喷头12进入反应物混合室1内，水蒸气雾线和高温甲烷气体雾线在反应物混合室1内交错混合，反应物混合气体的温度可超过1000℃，在反应物混合室1内产生的冷凝水从回收阀门13排出，由于反应物混合气体的密度比空气小，反应物混合气体向上运动过程中撞击隔离滤片21，未通过隔离滤片21的气体由于撞击而出现分散现象，水蒸气和高温甲烷气体返回反应物混合室1内混合得更均匀，充分混合的反应混合气体进入催化反应通道22内进行反应，反应物混合气体在催化反应通道22内有足够的时间完成反应，生成氢气、二氧化碳和少量的一氧化碳等产物混合气体，产物混合气体经过第一产物喷头31后，快速扩散到产物混合室3内且氢气、二氧化碳、少量一氧化碳、少量未参与反应的水蒸气和甲烷气体之间混合均匀，在产物混合室3内已混合均匀的产物混合气体进入分子筛43时经过第二产物喷头44，产物混合气体快速扩散到分子筛室4内，提高气体分离效率，氢
气从氢气排出口41中排出，二氧化碳滞留在分子筛室4内，二氧化碳在重力和分子筛室4内压力的双重作用下从废物回收口42中排出，产物混合气体中的少量水蒸气在分子筛室4内冷凝，也从废物回收口42中排出。
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以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。