[发明专利]一种自热型列管式重整制氢反应器

说明书

本发明提供一种自热型列管式重整制氢反应器，包括多个两端密封的列管，且每个列管内均设有内套管，所述内套管的两端分别穿出所述列管，所述列管具有催化燃烧反应物进口，所述列管通过催化燃烧产物出气导管与催化燃烧出气管连通；所述内套管的一端与重整反应物进口连通，所述内套管的另一端具有重整反应物出口，所述列管与所述内套管之间具有间隙；所述催化燃烧反应物进口设置在所述列管远离所述内套管与所述重整反应物进口连通的一端的侧壁上。本发明将重整反应和催化燃烧反应相耦合，能实现整个反应器的自热启动与运行，不需要外界提供热量，避免了提供外部热源所消耗的能量，减小了环境污染。

技术领域

本发明涉及重整制氢反应器技术领域，具体而言是一种自热型列管式重整制氢反应器。

背景技术

氢能因其高效、清洁、无污染等优点受到世界各国的高度关注，被认为是当前最具发展潜力的清洁能源之一。然而，由于直接供氢或储氢目前仍存在技术难度大，危险性高、耗能且投资庞大等缺陷，因此，通过化学反应现场制氢是解决上述问题的发展方向。以甲烷等碳氢燃料为主的水蒸气重整制氢技术是目前国内外最常用的大规模制氢技术，全世界约有50％的氢气是由碳氢化合物水蒸气重整制得，而制得氢气的效率和纯度与反应器的结构有直接关系。

目前，蒸汽重整制氢反应器的结构形式呈现多元化的格局，传统的固定床式反应器能够在内部填充催化剂以实现多相反应，由于其具有化学反应速率较快、能够在高温高压条件下工作等优势，在当前化工生产过程中广泛使用。微通道反应器是微化工技术发展过程中研发的新型反应器产品，该类型反应器具有毫米级尺寸的反应通道。相比于传统固定床反应器，微通道反应器内部通道尺寸小，可实现反应物料间的快速微观混合，并且具有极大的比表面积，流体与器壁间有充分的接触面积，故而使换热效率显著提高，可实现反应过程中的原位换热；再者，微通道反应器通道内微小的持液量使得微通道反应器具有明显的安全性能；综上特点，该类反应器可应用于快速混合、强放热及易燃易爆的化工反应过程，并且能显著提高过程安全性以及实现连续化操作的过程。由于碳氢化合物重整制氢反应是在高温的条件下，单一的固定床反应器在反应器内部温度的均匀程度难以控制，实现温度的均匀匹配技术难度较大，并且需要外界通过电能等方式提供热源，但这难免会造成能耗高，对环境污染极大，且在某些特殊条件下没有电能进行发电，导致无热源可用。因此，通过利用在微通道结构内进行催化燃烧反应产生热量，热量直接提供给固定床反应器内进行的蒸气重整反应，能够有效的解决这一问题。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种自热型列管式重整制氢反应器。本反应器把水蒸气重整制氢反应与催化燃烧反应耦合起来，不仅可以使整个反应器能够自热启动与运作，不需要外界提供热源，而且还能够在反应器的径向反应截面具有更均匀的温度分布，增大传热面积，避免了温度不均导致的催化剂失活和结焦，从而大大提高了甲烷水蒸气重整制氢的反应效率，并且降低了能耗，减小了环境污染。

本发明采用的技术手段如下：

一种自热型列管式重整制氢反应器，包括多个两端密封的列管，且每个列管内均设有内套管，所述内套管的两端分别穿出所述列管，所述列管具有催化燃烧反应物进口，所述列管通过催化燃烧产物出气导管与催化燃烧出气管连通，且所述催化燃烧出气管上具有催化燃烧产物出口；所述内套管的一端与重整反应物进口连通，所述内套管的另一端具有重整反应物出口，所述列管与所述内套管之间具有间隙；

所述催化燃烧反应物进口设置在所述列管远离所述内套管与所述重整反应物进口连通的一端的侧壁上。

进一步地，一种自热型列管式重整制氢反应器还包括壳体，所述列管、所述内套管、所述催化燃烧产物出气导管和所述催化燃烧出气管均设置在所述壳体内，且所述内套管具有重整反应物出口的一端穿出所述壳体，所述催化燃烧出气管具有催化燃烧产物出口的一端穿出所述壳体，所述催化燃烧反应物进口与催化燃烧反应进气导管的一端连通，所述催化燃烧反应进气导管的另一端穿出所述壳体，所述重整反应物进口设置在所述壳体的一端。