一种制氢反应组件的制作方法

1.本实用新型涉及制氢技术领域，尤其是涉及一种制氢反应组件。

背景技术：

2.小型甲醇制氢目前市场上应用逐步广泛，但是目前得到商业应用，技术成熟且性能稳定的制氢反应组件极少。小型制氢反应组件主要采取催化氧化为反应器提供热源，采取这种结构的目的主要是能够进一步缩小反应器体积和降低结构成本。
3.在使用制氢反应组件时，发现采用导热系数高的铝和铝合金材料，在催化氧化提供热源的通道，也存在热量集中的现象。出现热量集中短期内不能体现，但是在制氢反应器运行大约200~500小时后，制氢反应器开始出现主体焊缝撕裂，连接管焊缝撕裂等问题。根据分析，出现以上问题主要原因为温差较大，由于热膨胀差异存在，致使主体或连接处出现热裂现象。上述问题本质在于局部冷热区的出现。
4.反应器吸热和供热区之间是使用金属材质隔离，根据试验现象分析，供热区存在高温源集中，吸热区存在低温源集中。由于金属的导热系数由材料决定，且导热系数随温度变化不会太大，进而金属材料的热通量存在上限，由此可判定，在满足金属强度要求前提下，金属最高温度也会被限制在一个最大值，由此限定了反应器在使用过程中的最大温差，进而金属材质单位面积的热通量也存在上限。当制氢反应器产氢时，由低负荷产氢切换至额定产氢时，吸热区需求热量增加，要求供热区提供更多的热量。但是燃料集中由供热区入口进入，这样绝大部分催化氧化就发生在接近入口的一小段距离，所以随着供热区的燃料增加，催化氧化因温度上升会发生更强烈的催化氧化放热效应。由于金属材料的单位面积热通量存在最大值，进而在供热区的燃料入口催化氧化放热剧烈去会出现热集中，进而在热集中去出现高温，高温会使金属强度减弱，导致其固有结构更容易被破坏。吸热区入口是强吸热状态，进而在吸热区会出现局部相对低温区。在吸热区和放热区热通量增加的前提下，会增加高温区和低温区温度差增加，且在有压力差的通道的系统中，就很容易引起反应器的结构被破坏、连接处和焊缝出现裂缝或结构热裂等。

技术实现要素：

5.本实用新型为解决甲醇制氢反应在使用过程中出现冷、热集中区引起的制氢反应组件结构被破坏的问题，提供一种制氢反应组件，采用分布式催化氧化供热的反应器结构，精确控制燃料在不同区段的加入量，消除低温吸热和高温供热源的温差，进而延长反应器寿命。
6.本实用新型采用的技术方案是：
7.一种制氢反应组件，包括；
8.多根供热管道，成排设置，并竖直设置在制氢反应器的重整区域；
9.多根吸热管道，设置在所述供热管道的两侧，位于同一侧的相邻两所述吸热管道首尾相连；
10.连接通道，用于将位于成排设置的所述供热管道一端的两所述吸热管道连通；
11.燃料进管，一端将多根所述供热管道依次连通；
12.原料进管，一端与远离所述连接通道的所述吸热管道连通；
13.富氢气体出口管，一端另一侧远离所述连接通道的所述吸热管道连通，
14.其中，以所述供热管道为镜像面，相对设置在所述供热管道两侧的所述吸热管道内的原料流向相反，所述吸热管道的初始进口位于其顶部。
15.可选地，至少两根所述吸热管道组成一组吸热通道，相邻两组吸热通道相互连通。
16.可选地，所述供热管道至少设有两排，两排所述供热管道的两侧均设置有所述吸热通道，相邻两排所述吸热通道之间相互连通。
17.可选地，所述供热管道和所述吸热管道沿其轴线方向呈波浪形。
18.可选地，所述制氢反应组件进一步包括：
19.混合燃料进口，所述混合燃料进管的一端与每根所述供热管道连通，所述混合燃料进管位于所述燃料进管的下方。
20.可选地，所述燃料进管沿所述供热管道的轴线方向设置有多根，相邻两根所述燃料进管之间的间距至少为10厘米。
21.可选地，所述吸热管道内填充有铜系催化剂。
22.可选地，所述供热管道内填充有催化氧化用催化剂。
23.可选地，所述催化氧化用催化剂为钯系催化剂或铂系催化剂。
24.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
25.1、重整区域内采用顶部进料，然后利用单列高温管道放热，使得设置在高温管道两侧的吸热通道内的原料均匀受热。
26.2、在供热管道的底部补充混合气体，进一步保证热交换的热量，同时使得刚进入热交换区域内的混合气体反应充分。
27.3、在供热管道的两侧设置首尾相连的多组吸热通道，是为了避免供热通道和吸热通道在使用过程中由于温差造成损坏。
28.4、采用分布式催化氧化供热的反应器结构，精确控制燃料在供热管道内不同区段的加入量，消除模块区域动态温差（动态温差即在反应器运行过程中，供热通道和吸热通道之间达到热量传递平衡状态的温差），使模块内部消除冷热集中，进而延长反应器寿命和提高反应器性能。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
30.图1为制氢反应组件的立体剖视结构示意图。
31.图2为制氢反应组件的平面剖视结构示意图。
32.图3为制氢反应组件的俯视结构示意图。
33.图4为制氢反应组件的供热管道呈波浪形的结构示意图。
34.附图标记：
35.1、供热管道；2、吸热管道；3、连接通道；4、燃料进管；5、原料进管；6、富氢气体出口管；7、吸热通道；8、混合燃料进管；9、流量调节阀。
具体实施方式
36.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
37.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语
ꢀ“
上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本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，因此不能理解为对本实用新型的限制。
38.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
39.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
41.下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
42.如图1、图2和图3所示，本实用新型实施例提供了一种制氢反应组件，制氢反应器内被从下方向依次设置为重整区域、预热区域和回热区域，重整区域安装有重整模块。重整模块内设置设有多根供热管道1、多根吸热管道2、连接通道3、燃料进管4、原料进管5和富氢气体出口管6。多根供热管道1竖直设置在重整区域内，且多根供热管道1成排设置。多根吸热管道2设置在供热管道1的两侧，且位于同一侧的相邻两吸热管道2首尾相连。位于成排设置供热管道1一端的两根吸热管道2通过连接通道3连通。燃料进管4的一端将多根所述供热管道1依次连通。原料进管5的一端与远离所述连接通道3的所述吸热管道2连通。富氢气体
出口管6的一端另一侧远离所述连接通道3的所述吸热管道2连通。其中，以所述供热管道1为镜像面，相对设置在所述供热管道1两侧的所述吸热管道2内的原料流向相反，所述吸热管道2的初始进口位于其顶部。
43.在使用时，原料通过原料进管5从吸热管道2的顶部进入吸热管道2内，燃料通过燃料进管4进入供热管道1内反应。原料在吸热管道2内流通时，将供热管道1内反应产生的热量吸收，由于位于供热管道1一侧的吸热管道2首尾相连，使得原料需要依次通过同一侧的吸热管道2后，才能通过连接通道3进入另一侧的吸热管道2内完成反应。原料经过换热感应后得到氢气，氢气通过与吸热管道2连通的富氢气体出口管6接入回热区域内，在回热区域内进行热交换后在排出。
44.采用顶部进料，然后利用单列高温管道放热，使得设置在高温管道两侧的吸热通道7内的原料均匀受热。
45.在另外一个实施例中，如图1、图2和图3所示，为了方便降低原料反应的时间，至少两根吸热管道2组成一组吸热通道7，相邻两组吸热通道7相互连通。原料进入吸热通道7后快速通过并与供热管道1完成热交换，然后排向另一吸热通道7内。
46.在其他实施方式中，吸热管道2可以有三根组成一组吸热通道7，还可以是四根组成一组吸热通道7。
47.在另外一个实施例中，如图1、图2和图3所示，为了给原料提供足够的热交换时间，同时降低制氢反应器的长度尺寸，供热管道1至少设有两排，两排供热管道1的两侧均设置有吸热通道7，相邻两排吸热通道7之间相互连通。
48.在另外一个实施例中，如图4所示，为了提供原料的接触面积，将供热管道1和吸热管道2设置为波浪形。
49.在另外一个实施例中，如图2所示，制氢反应组件进一步包括：混合燃料进管8，混合燃料进管8的一端与每根所述供热管道1连通，所述混合燃料进管8位于所述燃料进管4的下方。在供热管道1的底部补充混合气体，进一步保证热交换的热量，同时使得刚进入热交换区域内的混合气体反应充分。
50.在另外一个实施例中，如图2所示，为了方便控制燃料进管沿所述供热通道1的轴线方向设置有多根，相邻两根所述燃料进管4之间的间距至少为10厘米。
51.在具体实施方式中，如图2所示，燃料进管4设有两根，两根所述燃料进管4沿所述供热管道1的轴线方向依次设置。采用分布式催化氧化供热的反应器结构，精确控制燃料在供热管道1内不同区段的加入量，消除模块区域动态温差（动态温差即在反应器运行过程中，供热通道和吸热通道7之间达到热量传递平衡状态的温差），使模块内部消除冷热集中，进而延长反应器寿命和提高反应器性能。
52.在另外一个实施例中，所述吸热管道2中填充有铜系催化剂。
53.在另外一个实施例中，所述供热管道内填充有催化氧化用催化剂，该催化氧化用催化剂为钯系催化剂或铂系催化剂。通过钯系催化剂或铂系催化剂低温起活燃料进行催化氧化反应。
54.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征
进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种制氢反应组件，其特征在于，包括：多根供热管道，成排设置，并竖直设置在制氢反应器的重整区域；多根吸热管道，设置在所述供热管道的两侧，位于同一侧的相邻两所述吸热管道首尾相连；连接通道，用于将位于成排设置的所述供热管道一端的两所述吸热管道连通；燃料进管，一端将多根所述供热管道依次连通；原料进管，一端与远离所述连接通道的所述吸热管道连通；富氢气体出口管，一端另一侧远离所述连接通道的所述吸热管道连通，其中，以所述供热管道为镜像面，相对设置在所述供热管道两侧的所述吸热管道内的原料流向相反，所述吸热管道的初始进口位于其顶部。2.根据权利要求1所述的制氢反应组件，其特征在于，至少两根所述吸热管道组成一组吸热通道，相邻两组吸热通道相互连通。3.根据权利要求2所述的制氢反应组件，其特征在于，所述供热管道至少设有两排，两排所述供热管道的两侧均设置有所述吸热通道，相邻两排所述吸热通道之间相互连通。4.根据权利要求1所述的制氢反应组件，其特征在于，所述供热管道和所述吸热管道沿其轴线方向呈波浪形。5.根据权利要求1所述的制氢反应组件，其特征在于，所述制氢反应组件进一步包括：混合燃料进管，所述混合燃料进管的一端与每根所述供热管道连通，所述混合燃料进管位于所述燃料进管的下方。6.根据权利要求5所述的制氢反应组件，其特征在于，所述燃料进管沿所述供热管道的轴线方向设置有多根，相邻两根所述燃料进管之间的间距至少为10厘米。7.根据权利要求1所述的制氢反应组件，其特征在于，所述吸热管道内填充有铜系催化剂。8.根据权利要求1所述的制氢反应组件，其特征在于，所述供热管道内填充有催化氧化用催化剂。9.根据权利要求8所述的制氢反应组件，其特征在于，所述催化氧化用催化剂为钯系催化剂或铂系催化剂。

技术总结

本实用新型提供了一种制氢反应组件，涉及制氢技术领域，目的是解决甲醇制氢反应在使用过程中出现冷、热集中区引起的制氢反应组件结构被破坏的问题。提供一种制氢反应组件，包括供热管道，设置在制氢反应主体内；吸热管道，设置在供热管道两侧，相邻两吸热管道首尾相连；连接通道，用于将两吸热管道连通；燃料进管，一端将供热管道连通；原料进管，一端与远离连接通道的吸热管道连通；富氢气体出口管，与远离原料进管的吸热管道连通。本实用新型采用分布式催化氧化供热的反应结构，精确控制燃料在供热通道内不同区段的加入量，消除或大大减弱模块区域吸热和放热区的动态温差，使模块内部消除冷、热集中现象，进而延长反应器寿命和提高反应器性能。反应器性能。反应器性能。