催化燃烧反应器的制作方法

本发明涉及反应器技术领域，尤其涉及催化燃烧反应器。

背景技术：

甲醇裂解制氢工艺如下：甲醇经过汽化器预热，接着经过过热器汽化后进入裂解反应器，其中，汽化器用于对甲醇进行汽化，过热器用于对甲醇加热直至甲醇汽化温度达到裂解反应器所需的温度。裂解反应器内填充有用于催化蒸汽甲醇裂解的裂解催化剂，在裂解催化剂作用下，同时发生催化裂解反应以及催化转化反应，得到主要含有氢气和二氧化碳的转化气(还有少量的一氧化碳以及甲烷)。

显然，将裂解反应器的尾气直接排放不仅造成污染，而且造成浪费。因此，如何便捷地利用这部分残留的原料具有重要的意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供催化燃烧反应器，其能够便捷地将含有氢气的废气进行再利用，以节约能源。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

催化燃烧反应器，包括：

反应容器，具有排气口；

进料管，进料管的底端伸入至所述反应容器内，进料管的顶端伸出至所述反应容器外，所述进料管在不同位置处分别开设有用于接入甲醇的第一开口、用于接入氢气的第二开口、以及用于接入空气的第三开口；

风机部件，风机部件的风叶安装在所述容器内，并用于将气体沿进料管引入反应容器内；

填充机构，用于填充催化甲醇燃烧的催化剂；

导热机构，与所述填充机构导热连接，所述导热机构内部用于承载并流通热载体并对热载体进行加热；

其中，反应容器内的气路依次经过进料管的底端、填充机构、排气口。

进一步地，所述进料管设有气体混合器。

进一步地，所述填充机构环设在所述进料管的外周，并位于所述进料管的底端的上方。

进一步地，所述进料管在自身管壁上沿自身径向开设有若干导风孔。

进一步地，所述导风孔位于所述填充机构的上方。

进一步地，所述风机部件为离心风机，所述离心风机的风叶的轴线与所述进料管的轴线共轴布置。

进一步地，所述离心风机的电机位于所述反应容器的底部。

进一步地，所述填充机构包括若干换热列管，所述换热列管用于装填催化甲醇燃烧的催化剂，催化甲醇燃烧的催化剂呈蜂窝结构布置。

进一步地，所述填充机构内的催化剂为系催化剂、铂钯催化剂或铂钴催化剂。

进一步地，所述催化燃烧反应器还包括顺次连通的汽化器、过热器和裂解反应器，所述汽化器、过热器、裂解反应器分别与所述导热机构导热连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、通过将用于接入甲醇的第一开口、用于接入空气的第三开口均设在进料管上，使得空气能够对废气进行稀释，从而充分燃烧废气。

2、通过风机部件对进料管的气体进行引流，不仅可以进一步使燃料与氧气充分混合均匀，也可以迫使燃料进入填充机构以能够被催化剂进行催化。

3、通过在进料管上设置用于接入甲醇的第一开口，当废气内的燃料不足时，能够及时补充甲醇作为燃料，以保证导热机构内的热载体被正常加热；并且，由于甲醇具有挥发性，通过风机部件对其进行引流，可以进一步提高甲醇与空气的混合，并使得甲醇汽化更加充分，以便于甲醇的燃烧。

附图说明

图1为本发明的催化燃烧反应器的结构示意图的结构示意图；

图2为图1所示的进料管、换热列管和导热机构的连接结构示意图。

图中：1、反应容器；11、排气口；2、进料管；21、第一开口；22、第二开口；23、第三开口；3、风机部件；31、电机；4、导热机构；5、填充机构；51、换热列管；6、气体混合器；61、导风孔。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。本文所使用的“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不代表是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1和图2示出了本发明一较佳实施例的催化燃烧反应器，包括：反应容器1、进料管2、风机部件3、填充机构5、导热机构4。其中：

反应容器1具有排气口11，通过排气口11将反应器内的废气排出。

进料管2的底端伸入至反应容器1内，进料管2的顶端伸出至反应容器1外，以通过进料管2实现燃料和空气的补给。进料管2在不同位置处分别开设有用于接入甲醇的第一开口21、用于接入氢气的第二开口22、以及用于接入空气的第三开口23；

风机部件3的风叶安装在容器内，并用于将气体沿进料管2引入反应容器1内。

填充机构5用于填充催化甲醇燃烧的催化剂；具体而言，催化剂优选为铂系催化剂、铂钯催化剂或铂钴催化剂，该催化剂可在常温下催化氢气、一氧化碳进行燃烧。

导热机构4与填充机构5导热连接，导热机构4内部用于承载并流通热载体并对热载体进行加热(热载体可以是气体和液体，优选为液体)；通过热载体将导热机构4的热量进行吸收，从而使得导热机构4能够持续地吸收反应容器1内产生的热量。

其中，反应容器1内的气路依次经过进料管2的底端、填充机构5、排气口11，以使燃料和氧气从进料管2进入反应容器1，并被催化剂催化氧化后释放热量，并生成尾气再从排气口11排出。

工作时，工业含氢的废气从进料管2的顶端进入反应容器1内，并与第三开口23的空气充分混合后，被风机部件3吹向填充机构5，从而通过填充机构5的催化剂将氢气、一氧化碳气体进行催化氧化燃烧，并产生热量，然后通过导热机构4内的热载体将热量带走，从而循环地回收利用工业废气产生的热量。当工业废气的燃料不足时，可以适当地补充甲醇作为原料。

特别地，当将本催化燃烧反应器运用至甲醇裂解制氢设备时，开始时，用于给甲醇裂解制氢设备的汽化器、过热器、裂解反应器加热的热载体(例如导热油)并没有热量来源，因而热载体(例如导热油)无法给整套设备加热以使整套设备启动。而先通过第一开口21向本催化燃烧反应器的反应容器1内通入甲醇，随着甲醇的汽化或雾化并进入填充机构5内以接触催化剂，在催化剂的催化下对甲醇进行无焰燃烧，则可以使导热机构4升温并将导热机构4内承载并流通的热载体(例如导热油)加热，进而通过热载体对甲醇裂解制氢设备的汽化器、过热器、裂解反应器进行加热，从而使得甲醇裂解制氢设备能够正常运转起来。当甲醇裂解制氢设备源源不断地排出含氢的高温混合废气后，将这部分含氢的高温混合废气通入本催化燃烧反应器的进料管2，即通过本催化燃烧反应器进行燃烧利用，则可以持续地对导热机构4内承载并流通的热载体(例如导热油)进行加热，进而将热量最终传递给甲醇裂解制氢设备的汽化器、过热器、裂解反应器，如此循环。当含氢的高温混合废气燃料不足以产生足够热源时，则可以通过第一开口21通入甲醇，以保证足够的燃料供给。因此，本催化燃烧反应器特别适用于制氢工业。另外，需要说明的是，甲醇裂解制氢设备内裂解甲醇过程中为吸热反应，而本催化燃烧反应器无焰燃烧甲醇过程为放热反应。

其中，特别重要地，当采用填充机构5内的催化剂为铂系催化剂、铂钯催化剂或铂钴催化剂时，甲醇、氢气、一氧化碳均在常温下便能够无焰燃烧(可以理解，当采用其他催化剂时，则可能需要在高温下进行)，具体为：

在常温下，甲醇与氧气无焰燃烧反应化学式为：

2ch3oh+3o2＝2co2+4h2o

在常温下，氢气与氧气的无焰燃烧化学式为：

2h2+o2＝h2o

在常温下，一氧化碳与氧气的无焰燃烧化学式为：

2co+o2＝2co2

显然，通过将用于接入甲醇的第一开口21、用于接入空气的第三开口23均设在进料管2上，使得空气能够对废气进行稀释，从而充分燃烧废气。通过风机部件3对进料管2的气体进行引流，不仅可以进一步使燃料与氧气充分混合均匀，也可以迫使燃料进入填充机构5以能够被催化剂进行催化。通过在进料管2上设置用于接入甲醇的第一开口21，当废气内的燃料不足时，能够及时补充甲醇作为燃料，以保证导热机构4内的热载体被正常加热；并且，由于甲醇具有挥发性，通过风机部件3对其进行引流，可以进一步提高甲醇与空气的混合，并使得甲醇汽化更加充分，以便于甲醇的燃烧。

因此，作为优选的实施方式：所述催化燃烧反应器还包括顺次连通的汽化器、过热器和裂解反应器，所述汽化器、过热器、裂解反应器分别通过输送管道与所述导热机构4进行导热连接。

作为进一步优选的实施方式：进料管2设有气体混合器6，通过气体混合器6将进料管2内的气体进行充分地混合，可以使燃料燃烧更加充分和彻底。

作为进一步优选的实施方式：填充机构5环设在进料管2的外周，并位于进料管2的底端的上方。这样设置，可以利于燃料均匀地进入填充机构5内，即更加均匀地接触催化剂，以提高燃烧效率和燃烧效果。并且，当甲醇以液态进入进料管2的底端时，可以防止甲醇进入填充机构5内，直至甲醇汽化。

重要地，进料管2在自身管壁上沿自身径向开设有若干导风孔61。这样设置，由于风机部件3能够将进料管2的气体引流至反应容器1内，因而进料管2内为负压状态，当气体经过填充机构5后，部分废气受负压吸引而沿导风孔61进入进料管2，从而能够对燃料进行稀释，以使燃料能够被更加充分地燃烧，同时也可以对进料管2内的燃料进行稀释以避免燃料浓度过高而引发险情。更优地：导风孔61位于填充机构5的上方，如此，可以使得气体彻底经过填充机构5后再被吸入进料管2。也即是说，作为替换方案，导风孔61的高度可以与填充机构5等高，或者低于填充机构5(此时则需要设置挡板进行隔离，以保证气体经过填充机构5后再沿导风孔61进入进料管2)。

作为进一步优选的实施方式：风机部件3为离心风机，离心风机的风叶的轴线与进料管2的轴线共轴布置。更优地，离心风机的电机31位于反应容器1的底部，如此，可以使得风机部件3的电机31设置在反应容器1外部。可以理解，作为替换方式，风机部件3可以设置在进料管2的内部。

作为进一步优选的实施方式：导热机构4包括若干换热列管51，换热列管51用于装填催化甲醇燃烧的催化剂，催化甲醇燃烧的催化剂呈蜂窝结构布置，以提高催化反应效率。如此，热源直接与换热列管51接触，换热列管51外部流通热载体即可，即换热列管51穿过导热机构4的容纳腔并与导热机构4内部的热载体进行物理传热。可以理解，除此方式之外，镜像替换设置方式为：填充机构5设有一个用于装填催化甲醇燃烧的催化的容纳箱，而换热列管51流通热载体即可，此时，若干换热列管51首尾连接呈一根长管即可。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。