CN111762758A - 一种制氢用转化管及转化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烃类蒸汽重整制氢技术领域，公开了一种制氢用转化管及包括该转化管的转化炉，该转化管包括管体及管体内的催化剂床层、芯管和预热管组件；管体内部被催化剂床层分隔为上腔和下腔；上腔分别开设有原料入口和转化气出口；芯管贯穿催化剂床层，且芯管的上下两端分别伸入上腔和下腔；芯管的上端与原料入口之间连接所述预热管组件。本发明通过芯管将原料混合气引入下腔下部，再向上运动进入催化剂床层逐步反应，最终进入上腔的转化气温度较高，能对预热管组件内持续进入的原料混合气进行预热，极大地提高了装置的热能利用率。
Description
技术领域
本发明属于烃类蒸汽重整制氢技术领域，具体涉及一种制氢用转化管及转化炉。
背景技术
转化管是在高温、高压的条件下，以天然气、油田气、焦炉气、炼厂尾气或轻油等为原料，借助转化管内镍基催化剂的作用，促使原料与水蒸气在转化管内部进行转化反应制取氢气的装置。
现有技术中的原料气的加热和反应气的冷却降温均在转化管外进行，导致大量换热组件外置且为高温设备，未能有效利用高温物体的辐射传热能力，高温换热组件外置还需要很厚的保温层用于降低热损失，增加了***占地。整个高温转化***的投资高，热损失大。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种制氢用转化管及转化炉。
本发明所采用的技术方案为：
一种制氢用转化管，包括管体及管体内的催化剂床层、芯管和预热管组件；管体内部被催化剂床层分隔为上腔和下腔；上腔分别开设有原料入口和转化气出口；芯管贯穿催化剂床层，且芯管的上下两端分别伸入上腔和下腔；芯管的上端与原料入口之间连接所述预热管组件。
作为所述制氢用转化管的进一步可选方案，所述预热管组件为盘管。
作为所述制氢用转化管的进一步可选方案，所述预热管组件呈蛇形。
作为所述制氢用转化管的进一步可选方案，所述预热管组件包括上环管、下环管及位于上环管和下环管之间的至少一个竖管；竖管的上下两端分别与上环管和下环管连通；上环管和下环管分别与原料入口和芯管的上端连通。
作为所述制氢用转化管的进一步可选方案，多个所述竖管间隔均布在上环管和下环管之间。
作为所述制氢用转化管的进一步可选方案，所述芯管为直管。
一种转化炉，包括前述任一项所述的转化管。
作为所述转化炉的进一步可选方案，所述转化炉的炉体内设有多个所述转化管，且排列成至少一排。
作为所述转化炉的进一步可选方案，转化管的上端伸出炉体的顶部，原料入口和转化气出口均位于炉体顶部外。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过芯管将原料混合气引入下腔下部，再向上运动进入催化剂床层逐步反应，最终进入上腔的转化气温度较高，能对预热管组件内持续进入的原料混合气进行预热，极大地提高了装置的热能利用率；
2、本发明通过将原料入口和转化气出口设置在炉体的顶部外，使转化炉的结构更紧凑，占地面积更小；
3、原料气与转化气在转化管上腔进行一次热交换，原料气在芯管内与芯管外的转化气进行二次热交换，极大的降低原料气在转化管外甚至转化炉本体外的预加热温度以及预加热传热量；同时降低转化气出转化管的温度以及转化气的降温传热量。由于在转化管内进行热交换可以充分利用辐射传热能量，转化管内换热比管外换热具有更高的总传热系数，在相同传热量下对于相似的传热单元结构能降低传热面积，结构更紧凑。此外，内置换热组件后，外部换热组件的换热面积，设备尺寸可大大缩小，保温需求也更小。因此，能较好的解决现有技术存在的问题。
附图说明
图1是本发明的制氢用转化管的结构示意图。
图2是本发明的制氢用转化管其中一个实施例中的预热管组件的结构示意图。
图3是本发明的制氢用转化管的另一实施例中的预热管组件的结构示意图。
图4是本发明的转化炉的结构示意图。
图中：1-管体；11-原料入口；12-转化气出口；13-上腔；14-下腔；2-催化剂床层；3-芯管；4-预热管组件；41-上环管；42-下环管；43-竖管；5-炉体。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，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。
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
在一些例子中，由于一些实施方式属于现有或常规技术，因此并没有描述或没有详细的描述。
此外，本文中记载的技术特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，在合理情况下(不构成自相矛盾的情况下)，均包括直接和间接连接(联接)。
如图1至3所示，本实施例的制氢用转化管，包括管体1及管体1内的催化剂床层2、芯管3和预热管组件4；管体1内部被催化剂床层2分隔为上腔和下腔；上腔分别开设有原料入口11和转化气出口12；芯管3贯穿催化剂床层2，且芯管3的上下两端分别伸入上腔和下腔；芯管3的上端与原料入口11之间连接所述预热管组件4。
预热管组件4可采用盘管结构，结构简单、设置方便简捷，见图2，也可采用蛇形管结构等，使得原料混合气在上腔的运动路程延长，实现良好的换热。
也可采用图3所示的另一实施例的预热管组件结构，其包括上环管41、下环管42及位于上环管41和下环管42之间的至少一个竖管43；竖管43的上下两端分别与上环管41和下环管42连通；上环管41和下环管42分别与原料入口11和芯管3的上端连通，在此基础上，多个所述竖管43间隔均布在上环管41和下环管42之间，以使竖管43内的原料混合气均匀受热。
芯管3可以是竖直的，也可以是螺旋状的，本发明对此不作限定，只要能将预热管组件4内的原料混合气引入下腔即可。催化剂床层2即为催化剂载体，其中填充的催化剂即为促使原料气进行转化反应的催化剂，可采用本领域现有的催化剂床层结构。
本制氢用转化管的工作原理为：
原料混合气经管体1的原料入口11进入预热管组件4，再经芯管3进入下腔14，再由底部从下往上进入催化剂床层2，在催化剂床层2进行转化反应生成转化气，转化气逐步上升进入上腔13，通过预热管组件4与原料混合气进行热交换，预热原料混合气的同时，对转化气进行降温，极大地提高了本制氢用转化管的热能利用率，热交换后的转化气经管体的转化气出口12进入下一工序。
如图4所示，本实施例还公开了一种转化炉，包括前述的转化管。在此基础上，所述转化炉的炉体5内设有多个所述转化管，且排列成至少一排。便于转化管均匀受热，转化管的数量由生产规模决定。在此基础上，转化管的上端伸出炉体5的顶部，原料入口11和转化气出口12均位于炉体5顶部外，与现有技术相比，结构更加紧凑，缩小占地面积。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种制氢用转化管，其特征在于：包括管体及管体内的催化剂床层、芯管和预热管组件；管体内部被催化剂床层分隔为上腔和下腔；上腔分别开设有原料入口和转化气出口；芯管贯穿催化剂床层，且芯管的上下两端分别伸入上腔和下腔；芯管的上端与原料入口之间连接所述预热管组件。
2.根据权利要求1所述的制氢用转化管，其特征在于：所述预热管组件为盘管。
3.根据权利要求1所述的制氢用转化管，其特征在于：所述预热管组件呈蛇形。
4.根据权利要求1所述的制氢用转化管，其特征在于：所述预热管组件包括上环管、下环管及位于上环管和下环管之间的至少一个竖管；竖管的上下两端分别与上环管和下环管连通；上环管和下环管分别与原料入口和芯管的上端连通。
5.根据权利要求4所述的制氢用转化管，其特征在于：多个所述竖管间隔均布在上环管和下环管之间。
6.根据权利要求1所述的制氢用转化管，其特征在于：所述芯管为直管。
7.一种转化炉，其特征在于：包括如权利要求1-6中任一项所述的转化管。
8.根据权利要求7所述的转化炉，其特征在于：所述转化炉的炉体内设有多个所述转化管，且排列成至少一排。
9.根据权利要求7所述的转化炉，其特征在于：转化管的上端伸出炉体的顶部，原料入口和转化气出口均位于炉体顶部外。
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