一种用于甲醇制氢的反应装置的制作方法

本申请涉及新能源设备，具体涉及一种用于甲醇制氢的反应装置。

背景技术：

1、甲醇制氢是一种制氢的技术路线，我国作为世界上最大的甲醇生产国，丰富的原料来源有利于降低制氢成本；甲醇制氢的基本原理是将甲醇、脱盐水混合后经加热汽化、过热后进入转化反应器，甲醇、水蒸气在催化剂的作用下，在转化反应器中完成甲醇裂解，进而生成氢气；

2、由于甲醇制氢过程为吸热反应，因此需要提供外部热源以维持反应的进行，现有技术中一般通过加热导热油并使导热油加热催化剂的方式维持反应热量，但是上述方式不可能对所有催化剂进行同步加热，在催化剂内部存在加热盲区，由此导致部分催化剂不能达到反应温度而无法催化反应的进行，不利于提高设备的制氢效率。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种用于甲醇制氢的反应装置，旨在解决现有技术中存在的生产效率低的缺陷。

2、本申请通过以下技术方案实现上述目的：

3、一种用于甲醇制氢的反应装置，包括反应罐；

4、螺旋分割器，所述螺旋分割器设置于所述反应罐内，在所述反应罐的内腔中构造呈螺旋形结构的反应室；所述反应室的顶部设置有排气管，其底部设置有进气管；

5、催化剂，所述催化剂填充于所述反应室内；

6、金属加热块，所述金属加热块均匀布置于所述反应室内，所述催化剂与所述金属加热块参杂混合；

7、涡流加热器，所述涡流加热器设置于所述反应罐上，对所述催化剂进行加热。

8、可选的，螺旋分割器包括连接板、支撑管和螺旋板，所述螺旋板缠绕于所述支撑管上；所述支撑管的一端与所述连接板相连，所述连接板与所述反应罐相连。

9、可选的，螺旋板的外边缘还套制有硅胶隔热条，所述硅胶隔热条与所述反应罐内壁紧密贴合。

10、可选的，反应罐上还设置有若干插接孔，所述插接孔内设置有热电偶；各所述热电偶分别与所述涡流加热器相连。

11、可选的，金属加热块包括金属块、金属球或金属颗粒物。

12、可选的，金属加热块表面包裹有陶瓷导热层。

13、可选的，反应室内还设置有若干蓄热管，各所述蓄热管内均填充有蓄热介质和至少一个金属加热块。

14、可选的，蓄热管外表面设置有若干散热翅片。

15、可选的，涡流加热器包括相互连接的加热线圈和控制器，所述加热线圈套置于所述反应罐上，所述控制器分别与各所述热电偶相连。

16、可选的，反应罐外表面设置于若干支撑座，各所述支撑座分别与所述加热线圈相连。

17、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

18、本申请包括反应罐，所述反应罐内设置有螺旋分割器，通过螺旋分割器在所述反应罐内构造呈螺旋形结构的反应室，在所述反应罐顶部设置有与所述反应室连通的排气管，在所述反应罐底部设置有与所述反应室连通的进气管；同时在所述反应室内还填充有催化剂和金属加热块，所述催化剂和所述金属加热块混合；所述反应装置还包括涡流加热器；

19、使用时，从所述进气管将加热气化的甲醇气体和水蒸气的混合物通入到所述反应室内，同时涡流加热器将在所述金属加热块内形成涡流，进而提高金属加热块的温度，通过金属加热块对催化剂进行加热，甲醇气体和水蒸气在催化剂的作用下发生裂解反应，反应生成的氢气、二氧化碳等气体则从所述排气管排出；

20、与现有技术相比，本申请通过涡流加热器取代传统的导热油加热，其不需要设置大量的导热油输送管路以及导热油的加热装置，有利于整套甲醇制氢系统的小型化和结构简化，进而提高整套设备的稳定性；同时与传统的加热方式相比，涡流加热不但加热效率更高，同时其设备结构简单，也有利于整套装置的小型化；

21、其次，在本申请所述技术方案中，将涡流加热器作为热源对金属化热块进行直接加热，再通过加热后的金属加热块作为催化剂的热源，不但通过间接加热的方式避免加热速度过快，实现了对升温速度的控制，同时由于所述金属加热块与催化剂相互参杂混合，即金属加热块均匀分布于催化剂内部，因此其能够尽可能降低加热过程中不同区域之间的温差；

22、需要指出的是，本申请虽然也是通过金属加热块实现间接加热，但是与传统的通过导热管等方式相比，金属加热块的升温速率更高，同时由于金属加热块位于催化剂内部，因此其不存在诸如热油输送过程中散失，其热量利用率更高，且由于与催化剂直接接触，因此热量传导的中间程序更少，有利于提高热传递效率。

23、同时由于反应室不同区域的温差小，且均维持在裂解的最佳温度范围内，因此甲醇蒸汽和水蒸气在整个反应室内的任何区域均能够在催化剂的作用下快速发生裂解反应，有利于提高制氢效率；

24、与现有技术中通过在被加热物内部插入大量导热管或加热棒的方式相比，本申请通过在催化剂中参杂金属加热块的方式即可实现上述技术效果，其不但技术方案更加简单，且由于金属加热块分布的随机性和均匀性，其能够更好的消除加热盲区，进而更好的控制不同区域之间的温差，提高温度的均匀性，有利于提高生产效率。

25、最后，由于涡流加热器是同时对处于电磁场中金属加热块进行同步加热，因此，本装置能够实现对反应室内所有催化剂的同步加热，加之涡流加热器本申请较高的加热效率，因此，本申请能够在较短的时间内将所有催化剂的温度提升到反应温度，缩短了设备的启动时间，同时降低了设备的启动能耗，有利于提高设备的制氢效率。

26、除此之外，本申请还通过螺旋分割器构造成螺旋形结构的反应室，与传统的结构相比，反应气进入到反应室后，只能够沿螺旋轨迹线逐步上升，因此，其在反应罐有限的空腔内，尽可能的延长了反应气的移动距离，进而延长了反应气在反应罐内的滞留时间，加之反应室内任意区域的催化剂温差小，且均处于反应温度范围内，因此在反应气的整个移动路径中均能够发生裂解反应，不但有利于进一步提高了反应气的裂解率，提高氢气产率，同时降低了氢气粗产品中的废气含量，同时由于整个反应室均可发生裂解反应，整个制氢反应的效率也得到了有效提高。

27、从反应原理看，靠近进气管一端的反应气浓度最高，而氢气的浓度最低，靠近排气管一侧的反应气和氢气浓度则刚好相反，而本申请的不同区域的催化剂温差小，且都能够在反应温度下实现催发反应，因此，与现有技术相比，本申请能够以更大的流量通入反应气，在排气管近端未发生裂解的反应气可以通过向远端运动，并在远端催化剂的催化下发生反应，其不但有利于提高制氢效率，同时有利于提高催化剂的利用率。

技术特征：

1.一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，包括反应罐(1)；

2.根据权利要求1所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述螺旋分割器包括连接板(7)、支撑管(8)和螺旋板(9)，所述螺旋板(9)缠绕于所述支撑管(8)上；所述支撑管(8)的一端与所述连接板(7)相连，所述连接板(7)与所述反应罐(1)相连。

3.根据权利要求3所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述螺旋板(9)的外边缘还套制有硅胶隔热条(10)，所述硅胶隔热条(10)与所述反应罐(1)内壁紧密贴合。

4.根据权利要求1所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述反应罐(1)上还设置有若干插接孔(11)，所述插接孔(11)内设置有热电偶(12)；各所述热电偶(12)分别与所述涡流加热器相连。

5.根据权利要求1所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述金属加热块(6)包括金属块、金属球或金属颗粒物铁。

6.根据权利要求5所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述金属加热块(6)表面包裹有陶瓷导热层(13)。

7.根据权利要求1所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述反应室(2)内还设置有若干蓄热管(14)，各所述蓄热管(14)内均填充有蓄热介质(15)和至少一个金属加热块(6)。

8.根据权利要求7所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述蓄热管(14)外表面设置有若干散热翅片(16)。

9.根据权利要求4所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述涡流加热器包括相互连接的加热线圈(17)和控制器(18)，所述加热线圈(17)套置于所述反应罐(1)上，所述控制器(18)分别与各所述热电偶(12)相连。

10.根据权利要求9所述的一种用于甲醇制氢的反应装置，其特征在于，所述反应罐(1)外表面设置于若干支撑座(19)，各所述支撑座(19)分别与所述加热线圈(17)相连。

技术总结
本申请公开了一种用于甲醇制氢的反应装置，包括反应罐，反应罐内设置有螺旋分割器，以在所述反应罐内构造呈螺旋形结构的反应室，反应罐顶部设置有排气管，反应罐底部设置有进气管；反应室内还填充有催化剂和金属加热块，所述催化剂和所述金属加热块混合；所述反应装置还包括涡流加热器；本申请通过涡流加热器直接对位于催化剂内部的金属加热块进行加热，再通过金属加热块对催化剂进行加热，与现有技术相比，本申请不但加热效率更高，同时实现了对所有催化剂的同步加热，同时由于金属加热块分布的均匀性和随机性，因此反应室内不同区域的催化剂温差小，且均位于反应温度范围内，反应气能够在反应室的任意区域发生裂解反应，提高了制氢效率。

技术研发人员：刘涛,陈斌,杨国平
受保护的技术使用者：四川博辰氢能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15