一种煤成气脱碳制氢装置的制作方法

1.本实用新型涉及脱碳制氢技术领域，特别涉及一种煤成气脱碳制氢装置。


背景技术：

2.现有技术制氢的方法主要有电解水法、光解水法、碳及碳氢化合物重整制合成气法和催化裂解法等，随着天然气的大量开发利用，为生产炭黑和氢气提供了一种清洁生产原料，例如中国专利(zl89104111)提供了一种以天然气为燃料，富氧气体做助燃剂的炭黑生产方法，该方法改善了炉温的稳定性，保证供热，但没有很好地解决炭黑的产率和品质的问题，而且不能同时生产高纯氢气。中国专利(zl03152797.3)公开了一种富含甲烷气在高温炭体系中裂解重整制合成气的方法，甲烷在非完全气化的高温炭体系中(1150℃～1350℃)裂解重整制合成气co和h2；中国专利(zl01118721.2)提供了一种微波激励甲烷转化制氢的工艺。这些方法存在耗能高、反应不彻底，而且排放大量的温室气体co2等问题，同时需要经过一氧化碳变换，二氧化碳脱除以及甲烷化等多个后续工序方能得到纯度较高的氢气，生产周期长，且不能同时生产出高品质炭黑；
3.现有技术中还有利用甲烷裂解、收集炭黑完成纯化制氢的方法，例如申请号为201010160179.9的一种甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法，以热值为1300-1500kcal/nm3的低热值燃气为燃料，以含甲烷气体为原料，采取控量供氧助燃低热值燃气充分燃烧，反应炉蓄热并排除余气-甲烷裂解交替工作模式，营造甲烷无氧高温裂解反应环境，具体包括助燃气体调节，反应炉蓄热、排除余气，甲烷裂解，收集炭黑，纯化制氢工序；其通过裂解反应炉的多级组联即可实现生产量的扩增和连续高效生产；然而由于其炉体在通入高温甲烷无氧气体时，接触催化剂后会发生脱碳膨胀现象，导致气体无法与催化剂充分接触，进而产生催化剂升温不及时的问题，从而限制产氢转化率的提高。


技术实现要素：

4.本实用新型所提供的煤成气脱碳制氢装置，其基于高温气体在催化剂放置区域内进入的基础上实现了高温气体直接与催化剂相接触的技术目的。
5.本实用新型提供了一种煤成气脱碳制氢装置，包括反应筒体以及置于所述反应筒体内的反应托盘，所述反应托盘包括具有开口朝上u型槽的u型托盘，所述u型槽的两支臂端部均向外延伸有支撑臂，所述支撑臂与所述反应筒体相连接；所述u型槽的开口侧为高温反应区，另一侧为高温进气区，所述u型槽的槽底铺设有待催化剂薄层，两所述支臂上均布有次进气口，所述反应筒体位于所述高温进气区内的侧壁上开设有主进气口，所述反应筒体位于所述高温反应区内的侧壁上开设有出气口；所述高温进气区包括与所述槽底相对应第一进气区和分别与所述支臂相对应的第二进气区，所述第一进气区与所述第二进气区相连通。
6.优选的，所述反应筒体的内壁上设置有搭接板，所述支撑臂置于所述搭接板上。
7.优选的，所述支撑臂和所述搭接板上设置有公母咬合结构，所述公母咬合结构包
括咬合连接的凸起部和凹陷部。
8.优选的，所述支撑臂的端部与所述反应筒体的内壁紧密贴合连接。
9.优选的，所述支撑臂上开设有所述次进气口。
10.优选的，所述支撑臂与所述支臂之间的夹角为直角。
11.优选的，所述支臂与所述槽底之间的连接处为圆弧结构，所述次进气口位于所述圆弧结构的上方。
12.优选的，所述支臂与所述槽底之间的连接处为倒角结构，所述次进气口位于所述倒角结构的上方。
13.优选的，所述主进气口位于所述第一进气区的中部。
14.优选的，所述高温进气区的容积小于高温反应区的容积。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.1、本实用新型中在原有的炉体上进行改进，将反应托盘设置为盛放催化剂的u型结构，并使得高温气体经u型结构的两支臂直接流入u型结构的u型槽内，由于u型槽的容积远小于反应筒体与u型槽之间的容积，所以这就导致高温气体在u型槽扩散后能够充分的接触催化剂，并迅速与催化剂产生相应的反应，避免了现有技术中高温气体进入反应筒体与u型槽之间后，先充满空间、再逐步向下移动至催化剂导致高温气体不能进入后直接与催化剂相接触的问题，并且由于接触催化剂后会发生脱碳膨胀现象，所以向下流动的气体与催化剂上表面接触后发生膨胀，将导致向下流动的气体不能充分与催化剂的相接触，这样会产生催化剂无法充分反应问题，降低了氢气转化率；
17.进一步的，还采用在反应筒体位于高温进气区内的侧壁上开设有主进气口的方式，使得高温气体先与u型槽的槽底外壁相解除，对槽底外壁进行预热，也就是对催化剂进行预热，有利于促进催化剂的升温，进而提高反应效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为现有技术进出气示意图；
20.图2为煤成气脱碳制氢装置的结构示意图(一)；
21.图3为煤成气脱碳制氢装置的结构示意图(二)；
22.图4为煤成气脱碳制氢装置的结构示意图(三)；
23.其中，反应筒体1、u型槽3、支臂4、支撑臂5、槽底6、高温反应区7、高温进气区8、次进气口9、主进气口10、出气口11、搭接板12、倒角结构13、圆弧结构14、导热翅片15。
具体实施方式
24.下面将结合附图对实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护
的范围。
25.在实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型中的具体含义。
27.如图2-4所示，本实用新型提供了一种煤成气脱碳制氢装置，包括用于制氢的反应筒体1，该反应筒体1上布置有制得氢气的出气口，反应筒体1内的反应托盘，现有技术中的反应托盘(即盛放催化剂的载体)是平板状的，高温气体从反应托盘的上方进入，该进入位置位于反应筒体1的一端，另一端设置有上述出气口，出气口也位于反应托盘的上方；本实用新型中反应托盘包括具有开口朝上u型槽3的u型托盘，u型槽3即提供了一个u型的反应空腔，u型槽3的两支臂4端部均向外延伸有支撑臂5，支撑臂5与反应筒体1相连接，连接方式不做具体限定，只要能将反应筒体1内部的空间由下至上分为高温进气区8和高温反应区7即可；具体的，u型槽3的开口侧为高温反应区7，另一侧为高温进气区8，此处的高温进气区8可以是密闭环境是由反应托盘、反应筒体1以及反应筒体1两端的封盖共同形成的，由于形成一个密闭环境是现有技术，所以在此不做赘述，仅举例说明：第一，当反应筒体1的内壁上设置有搭接板12时，支撑臂5置于搭接板12上，支撑臂5置于搭接板12之间的连接面上设置有密封结构，密封结构可以是耐高温的密封条，也可以是机械结构密封，作为一种可实现的机械密封结构为支撑臂5和搭接板12上设置有公母咬合结构，公母咬合结构包括咬合连接的凸起部和凹陷部；需要注意的是：此种反应过程中高温气体的通气量并不大，也没有特别大的压力，所以不用担心反应托盘被气体顶起的问题；第二，当支撑臂5的端部与反应筒体1的内壁紧密贴合连接时，保证支撑臂5的端部(即外沿)能够贴合在反应筒体1的内壁上即可，就能避免高温气体通过支撑臂5与反应筒体1的内壁之间流出的问题，此时高温气体只能通过下述的次进气口9进入高温反应区7内；第三，反应托盘的两端部与封盖之间的连接方式，也可以参照上述的两种连接方式，只要将高温进气区8形成一个密闭环境即可；也可以是非密闭环境，此时在仅设置支撑臂5时，在支撑臂5上开设次进气口9，一部分气体可以进入高温反应区7内，当存在搭接板12时，在搭接板12的相应位置也开孔以连通次进气口9；此处的次进气口9的口径可以小于支臂4上的口径，或者设置数量少于支臂上的数量；此处反应托盘的两端部与封盖之间的连接方式，仍然可以参照上述的两种连接方式，将高温进气区8形成一个相对密闭的环境。
28.高温反应区7和高温进气区8分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器，当第一温度传感器温度与第二温度传感器的温度差值大于预设差值时，代表高温进气区8的温度过低，需要提高气体温度，需要注意的是：此处不能仅用第二温度传感器测得的温度值，其缘由是，高温进气区8对催化剂进行预热，会丧失一部分的热量，而第二温度传感器测量
的是高温进气区8的局部温度，并不能充分表明高温进气区8的整体温度，而反应后在高温反应区7的混合气体热量不在损失，所以此时利用两者的差值，可以准确的判断高温进气区8的整体温度是否过低。
29.具体的，u型槽3的槽底6铺设有待催化剂薄层，适用于现场施工中，充分利用能量并兼顾产气效率，u型槽3的优选尺寸可以为(长宽高)300*240*110，当然也不排除其他的尺寸，两支臂4上均布有次进气口9，反应筒体1位于高温进气区8内的侧壁上开设有主进气口10，反应筒体1位于高温反应区7内的侧壁上开设有出气口11；高温进气区8包括与槽底6相对应第一进气区和分别与支臂4相对应的第二进气区，第一进气区与第二进气区相连通。
30.综上可见，在原有的炉体上进行改进，将反应托盘设置为盛放催化剂的u型结构，并使得高温气体经u型结构的两支臂4直接流入u型结构的u型槽3内，由于u型槽3的容积远小于反应筒体1与u型槽3之间的容积，所以这就导致高温气体在u型槽3扩散后能够充分的接触催化剂，并迅速与催化剂产生相应的反应，避免了现有技术中(如图1所示)高温气体进入反应筒体1与u型槽3之间后，先充满空间、再逐步向下移动至催化剂导致高温气体不能进入后直接与催化剂相接触的问题，并且由于接触催化剂后会发生脱碳膨胀现象，所以向下流动的气体与催化剂上表面接触后发生膨胀，将导致向下流动的气体不能充分与催化剂的相接触，这样会产生催化剂无法充分反应问题，降低了氢气转化率；
31.进一步的，还采用在反应筒体1位于高温进气区8内的侧壁上开设有主进气口10的方式，使得高温气体先与u型槽3的槽底6外壁相接触，对槽底6外壁进行预热，也就是对催化剂进行预热，有利于促进催化剂的升温，进而提高反应效率。
32.作为一种具体的实施方案，本实用新型中支撑臂5与支臂4之间的夹角为直角，也可以为其他的角度，只要能保证支撑臂5稳定支撑即可。
33.作为一种具体的实施方案，为了避免膨胀催化剂阻碍高温气体的流动，本实用新型中支臂4与槽底6之间的连接处为圆弧结构14或倒角结构13，次进气口9位于圆弧结构14的上方，使得催化剂不能停留在连接处，即保证催化剂铺设区域与次进气口9之间存在间隔；另一方面，此处利用了催化剂向上膨胀的特性，当存在间隔时，催化剂就不会堵塞次进气口9。
34.作为一种具体的实施方案，为了保证通气均匀性，本实用新型中主进气口10位于第一进气区的中部。
35.作为一种具体的实施方案，为了保证高温进气区8的加热效果以及高温反应区7的反应后生成气体的容纳空间，本实用新型中高温进气区8的容积小于高温反应区7的容积。
36.作为一种具体的实施方案，为了保证预热效果本实用新型中槽底6的外壁上布置有若干导热翅片15。
37.以上仅是本实用新型的优选实施方式，并非对本实用新型作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。