[實用新型]一種用于大型甲醇水蒸氣重整制氫裝置用甲醇轉化器

有效

• 申請號: 201521068475.0
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN205328607U
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 王業勤;楊帆;杜雯雯
• 申請（專利權）人: 四川亞聯高科技股份有限公司
• 主分類號: C01B3/26
• 分類號: C01B3/26
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌;錢成岑

技術領域

本實用新型涉及一種MSR制氫裝置，尤其涉及單臺產能超過20000Nm³/h的轉化器。

背景技術

碳氫燃料的重整制氫是目前國內外工業用氫氣的主要方法。蒸汽重整是目前使用最為廣 泛的制氫方式，目前全世界一半以上的氫氣是由原料與蒸汽重整而制得的，在這其中，甲 醇-水蒸汽重整(以下簡稱“MSR”)制氫因反應溫度低、產物氫氣含量高、原料來源廣泛、 單位體積氫氣成本低等優勢成為制氫方式的首選。

MSR制氫裝置是在一定溫度、壓力的條件下，以甲醇和脫鹽水為原料，借助甲醇水蒸氣 重整反應器內催化劑的作用，促使原料與水蒸氣在轉化爐管內部進行轉化反應，制取合成 氨原料氣(即氫氣)。

影響MSR制氫效果的主要因素有化學，物理兩個方面。化學因素即催化條件；物理因素 則涉及操作條件，傳質傳熱狀況等，兩者綜合表現在反應器的設計優劣中。

MSR是強吸熱過程，常規反應器因所采用的顆粒催化劑傳熱傳質過程的限制動態響應 慢，催化劑床層存在“冷點”，難以實現等溫操作。為了提高制氫效率，各國都加大力度進 行甲醇制氫反應器的研究。此外，隨著能源需求的擴大，氫能需求不斷擴大，其中以上萬 Nm³/h的產氫規模居多。因甲醇產能過剩，甲醇價格低位運行，大型的甲醇裂解制氫裝置即 應運而生。轉化器是甲醇裂解制氫裝置中的核心設備，甲裂裝置大型化需要具有優良性能 的大型轉化器作為支撐。

MSR反應是甲醇與水蒸汽混合物在轉化器中加壓催化裂解和轉化一步完成，生成氫氣和 二氧化碳，其總反應式如下：

CH₃OH+H₂O＝CO₂+3H₂-49.5kJ/mol

該反應為吸熱反應，反應所需熱量由導熱油提供。反應氣體、導熱油的進出口溫差，以 及導熱油與反應氣的溫差控制在15℃以內，由此現有技術均選擇固定管板式換熱器作為整 體結構形式；因溫差很小，不需要設置膨脹節即可滿足溫差應力的要求。轉化器內反應所 需催化劑需定期更換，轉化反應壓力高于導熱油壓力，因此從換熱器工藝設計的角度考慮 反應氣走管程，催化劑裝填于轉化管中，導熱油走殼程。

甲醇轉化反應是可逆反應，且在反應過程中除主反應外，還伴有生成少量的烴甲酸、二 甲醚的副反應。為了減少副反應的發生，提高甲醇轉化率，就必須選擇合適的工藝條件和 優化設計反應器，使得溫度能有效控制，使反應熱能迅速供給，使甲醇轉化反應能在一個 恒定、可控的溫度下進行。因此，甲醇轉化反應器不僅僅是一個換熱器，而更重要的是一 臺轉化吸熱反應器，是有著化學反應動力學和熱力學的一臺設備。

目前通用的用于中小規模MSR制氫裝置的轉化器結構簡圖見圖1，該種結構無法滿足大 規模MSR制氫裝置用需要，原因如下：

1、大規模MSR反應進氣的均勻性無法通過這種結構加以保證，現有結構滿足直徑2m 以內的氣流分布，但隨著規模變大，轉化器直徑隨著變大，這種結構進氣會造成進氣無法 均勻分配到每根轉化管中，造成轉化率的下降，嚴重影響轉化結果。

2、對于中小規模裝置，轉化管束采用“弓形”折流板可以滿足要求，但對于大規模的 MSR制氫裝置，“弓形”折流板顯然已經無法滿足轉化管束數量龐大、設備內部流動狀態復 雜化等要求。

3、對于中小規模裝置，上下管板可以滿足要求，但對于大規模的MSR反應，設備直徑 變大，轉化管增加幾倍甚至幾十倍，上百倍，如果還采用這種設備法蘭與管板的連接形式， 將造成設備管板厚度成幾何倍數的增加，造成成本的浪費，此外，也無法滿足連接需要。

實用新型內容

本實用新型的目的在于：提供一種用于大型甲醇水蒸氣重整制氫裝置用甲醇轉化器， 特別是單臺產能超過20000Nm³/h。

本實用新型的目的通過下述技術方案來實現：

一種用于大型甲醇水蒸氣重整制氫裝置用甲醇轉化器，包括轉化器殼體，轉化器殼體 內通過轉化器管板固定有轉化管束，沿轉化管束設有若干折流板，以及與轉化器殼體內連 通的導熱介質進、出口，與轉化管束連通的反應氣進、出口，其特征在于：還包括設于反 應氣進口的原料氣進口導流筒，在反應氣進口端的轉化器管板上設有緩沖顆粒堆積層，在 緩沖顆粒堆積層與原料氣進口導流筒之間，正對原料氣進口導流筒處還設有防沖擋板。