高效选择性氧化一氧化碳反应器的制作方法

1.本实用新型涉及化工反应器技术领域，尤其是涉及一种高效选择性氧化一氧化碳反应器。


背景技术：

2.天然气重整制氢具有环境污染小、含氢量高、经济实惠、技术成熟、安全可靠以及供应基础设施完善等优点，不仅能集中制氢，还可以现场在线制氢，因而成为燃料电池燃料氢气来源的首选。天然气蒸汽重整是目前技术较为成熟、工业应用最多的方法，其化学反应式为：ch4 h2o
→
3h2 co。重整富氢气中含有氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等成分，其中一氧化碳高于10ppm将会引起燃料电池内贵金属催化剂中毒，影响燃料电池的性能，对燃料电池造成不可挽回的损坏。因此，通过天然气重整制取的氢气必须经过相关的净化，将co降低到10ppm以下，达到燃料电池的要求。
3.为实现反应器的小型化以及易于集成，目前去除一氧化碳通常采用一氧化碳水汽变换反应将一氧化碳降低到1％，其化学反应式为：co h2o
→
co2 h2；然后经过选择性氧化一氧化碳反应来将co降低到10ppm以下，化学反应式为：2co o2→
2co2，选择性氧化一氧化碳反应器的反应效率尤为重要。
4.现有技术中常规使用的选择性氧化一氧化碳反应器包括反应器本体、气体分布板、电加热套和换热管等结构；在反应器本体的容器壁上设置有穿过反应器本体容器壁的富氢重整气进气管、产品气排气管、冷却水进水管和冷却水出水管；气体分布板位于反应器本体内腔的顶部位置处，反应器本体内腔的位于气体分布板下方的部位为反应腔，换热管位于反应腔内且其两端分别与冷却水进水管和冷却水出水管连接，富氢重整气进气管的出气口位于气体分布板的上方，产品气排气管的进气口位于反应器本体的底部，电加热套设置于反应器本体的外部并紧贴反应器本体的容器外侧壁，用于对反应器本体内腔进行加热。使用时，将选择性氧化一氧化碳用的催化剂填装在反应腔内，利用加热套将反应器加热到反应温度，制氢系统制得的富氢重整气经过入口管在反应器本体内腔上部流出，经过气体分布板的气体分散进入反应腔，在催化剂的作用下进行反应，反应生成的产品气体从产品气排气管排出，反应产生的热量由换热管排出。
5.但是，现有技术中的选择性氧化一氧化碳反应器的反应效率较低，导致其反应效率较低的原因包括但不限于：由于催化剂填装的不均匀性以及富氢重整气在反应器本体内腔上部流出后通过气体分布板流入反应腔，造成富氢重整气与催化剂接触不均匀，从而无法充分利用催化剂的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种高效选择性氧化一氧化碳反应器，本实用新型至少能够缓解现有技术中选择性氧化一氧化碳反应器中富氢重整气与催化剂无法均匀接触，不能充分利用催化剂的技术问题，以提高选择性氧化一氧化碳反应器的反应效率。
7.为实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：
8.本实用新型实施例提供一种高效选择性氧化一氧化碳反应器，包括反应器本体、富氢重整气进气管和产品气排气管，所述富氢重整气进气管和所述产品气排气管均穿过所述反应器本体的容器壁，其中：
9.所述富氢重整气进气管伸入于所述反应器本体内反应腔的部分自所述反应腔的顶部延伸至所述反应腔的底部，且在所述富氢重整气进气管伸入于所述反应腔的部分的管壁上开设有多个进气孔，多个所述进气孔沿所述富氢重整气进气管的延伸方向间隔分布。
10.在本实施例的可选实施方式中，以围绕所述富氢重整气进气管的同一径向圆周面排列的多个进气孔为一排进气孔，多个所述进气孔组成多排进气孔，多排所述进气孔沿所述富氢重整气进气管的延伸方向两两间隔分布于所述富氢重整气进气管的管壁。
11.在本实施例的可选实施方式中，相邻两排的所述进气孔相互交错布置。
12.在本实施例的可选实施方式中，所述反应器本体包括内筒和套设于所述内筒外部的外筒，所述富氢重整气进气管依次穿过所述内筒的筒壁和所述外筒的筒壁，所述产品气排气管穿过所述外筒的筒壁；
13.所述内筒的内腔构成所述反应腔，所述外筒的内筒壁和所述内筒的外筒壁之间的空间构成排气腔，在所述内筒的筒壁上设有多个连通所述反应腔和所述排气腔的排气孔。
14.在本实施例的可选实施方式中，多个所述排气孔由上至下两两间隔分布于所述内筒的筒壁上。
15.在本实施例的可选实施方式中，以围绕所述内筒的同一径向圆周面排列的多个排气孔为一排排气孔，多个所述排气孔组成多排排气孔，多排所述排气孔由上至下两两间隔分布于所述内筒的筒壁。
16.在本实施例的可选实施方式中，相邻两排的所述排气孔相互交错布置。
17.在本实施例的可选实施方式中，所述高效选择性氧化一氧化碳反应器还包括加热装置，所述加热装置包括电加热套；所述电加热套包裹于所述反应器本体的外部，用于对所述反应腔内部加热。
18.在本实施例的可选实施方式中，所述加热装置还包括热电偶；
19.所述热电偶安装于所述反应器本体的容器壁且所述热电偶的测温端伸入于所述反应腔内，所述热电偶与所述电加热套的控制器连接，所述电加热套的控制器配置成能够根据所述热电偶测得的所述反应腔内部的温度控制所述电加热套启停加热。
20.在本实施例的可选实施方式中，所述高效选择性氧化一氧化碳反应器还包括散热装置，所述散热装置包括换热管、冷却水进水管和冷却水出水管；
21.所述换热管以自所述反应腔的顶部向所述反应腔的底部再回到所述反应腔的顶部的方式盘绕设置于所述反应腔内，所述冷却水进水管和所述冷却水出水管均穿过所述反应器本体的容器壁，所述换热管的一端与所述冷却水进水管的伸入于所述反应腔内的一端连接，所述换热管的另一端与所述冷却水出水管的伸入于所述反应腔内的一端连接。
22.本实用新型实施例能够实现如下有益效果：
23.本实用新型实施例提供一种高效选择性氧化一氧化碳反应器，包括反应器本体、富氢重整气进气管和产品气排气管，富氢重整气进气管和产品气排气管均穿过反应器本体的容器壁，其中：
24.富氢重整气进气管伸入于反应器本体内反应腔的部分自反应腔的顶部延伸至反应腔的底部，且在富氢重整气进气管伸入于反应腔的部分的管壁上开设有多个进气孔，多个进气孔沿富氢重整气进气管的延伸方向间隔分布。
25.本实用新型实施例中，使用时，催化剂填装于反应腔内，富氢重整气通过富氢重整气进气管上得多个进气孔流入到反应腔中，由于进气孔开设于富氢重整气进气管伸入于反应腔的部分的管壁上，且多个进气孔沿富氢重整气进气管的延伸方向间隔分布，从而，通过进气孔分散进入到反应腔内的富氢重整气可与反应腔内的催化剂充分、均匀接触，以使催化剂得到充分利用，避免因气体分布不均导致的局部反应达到饱和而局部未发生反应的不利情形，在一定温度和催化剂作用下，将一氧化碳氧化成二氧化碳，缓解了现有技术中选择性氧化一氧化碳反应器中富氢重整气与催化剂无法均匀接触，不能充分利用催化剂的技术问题，进而对选择性氧化催化剂实现高效利用，提高了选择性氧化一氧化碳反应器的反应效率，以高效氧化去除一氧化碳。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
27.图1为现有技术中选择性氧化一氧化碳反应器的整体结构示意图；
28.图2为本实用新型实施例提供的高效选择性氧化一氧化碳反应器的整体结构示意图；
29.图3为本实用新型实施例提供的高效选择性氧化一氧化碳反应器中富氢重整气进气管的径向截面示意图；
30.图4为本实用新型实施例提供的高效选择性氧化一氧化碳反应器中内筒的径向截面示意图。
31.图标：1
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反应器本体；110
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内筒；1101
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排气孔；120
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外筒；101
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反应腔；102
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排气腔；11
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富氢重整气进气管；111
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进气孔；12
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产品气排气管；13
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冷却水进水管；14
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冷却水出水管；15
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热电偶；2
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气体分布板；3
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电加热套；4
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换热管。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
36.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.如图1所示，现有技术中常规使用的选择性氧化一氧化碳反应器包括反应器本体1、气体分布板2、电加热套3和换热管4等结构；在反应器本体1的容器壁上设置有穿过反应器本体1容器壁的富氢重整气进气管11、产品气排气管12、冷却水进水管13和冷却水出水管14；气体分布板2位于反应器本体1内腔的顶部位置处，反应器本体1内腔的位于气体分布板2下方的部位为反应腔101，换热管4位于反应腔101内且其两端分别与冷却水进水管13和冷却水出水管14连接，富氢重整气进气管11的出气口位于气体分布板2的上方，产品气排气管12的进气口位于反应器本体1的底部，电加热套3设置于反应器本体1的外部并紧贴反应器本体1的容器外侧壁，用于对反应器本体1内腔进行加热。使用时，将选择性氧化一氧化碳用的催化剂填装在反应腔101内，利用加热套将反应器加热到反应温度，制氢系统制得的富氢重整气经过入口管在反应器本体1内腔上部流出，经过气体分布板2的气体分散进入反应腔101，在催化剂的作用下进行反应，反应生成的产品气体从产品气排气管12排出，反应产生的热量由换热管4排出。
39.但是，现有技术中的选择性氧化一氧化碳反应器的反应效率较低，导致其反应效率较低的原因包括但不限于：由于催化剂填装的不均匀性以及富氢重整气在反应器本体1内腔上部流出后通过气体分布板2流入反应腔101，造成富氢重整气与催化剂接触不均匀，从而无法充分利用催化剂的问题。
40.相对于此，本实施例提供一种高效选择性氧化一氧化碳反应器，参照图2，该高效选择性氧化一氧化碳反应器包括反应器本体1、富氢重整气进气管11和产品气排气管12，富氢重整气进气管11和产品气排气管12均穿过反应器本体1的容器壁，其中：富氢重整气进气管11伸入于反应器本体1内反应腔101的部分自反应腔101的顶部延伸至反应腔101的底部，且在富氢重整气进气管11伸入于反应腔101的部分的管壁上开设有多个进气孔111，多个进气孔111沿富氢重整气进气管11的延伸方向间隔分布。
41.本实施例中，使用时，将催化剂均匀填装于反应腔101内，富氢重整气通过富氢重整气进气管11上得多个进气孔111流入到反应腔101中，由于进气孔111开设于富氢重整气进气管11伸入于反应腔101的部分的管壁上，且多个进气孔111沿富氢重整气进气管11的延伸方向间隔分布，从而，通过进气孔111分散进入到反应腔101内的富氢重整气可与反应腔
101内的催化剂充分、均匀接触，以使催化剂得到充分利用，避免因气体分布不均导致的局部反应达到饱和而局部未发生反应的不利情形，在一定温度和催化剂作用下，将一氧化碳氧化成二氧化碳，缓解了现有技术中选择性氧化一氧化碳反应器中富氢重整气与催化剂无法均匀接触，不能充分利用催化剂的技术问题，进而对选择性氧化催化剂实现高效利用，提高了选择性氧化一氧化碳反应器的反应效率，以高效氧化去除一氧化碳。
42.参照图3，在本实施例的进一步优选的实施方式中，以围绕富氢重整气进气管11的同一径向圆周面排列的多个进气孔111为一排进气孔111，多个进气孔111组成多排进气孔111，多排进气孔111沿富氢重整气进气管11的延伸方向两两间隔分布于富氢重整气进气管11的管壁。
43.更进一步优选的，相邻两排的进气孔111相互交错布置。
44.另外，申请人研究发现，除上述富氢重整气与催化剂接触不均匀，从而无法充分利用催化剂之外，造成现有技术中的选择性氧化一氧化碳反应器的反应效率较低的原因还包括：由于产品气排气管12的进气口设置于反应器的底部，导致反应后的产品气体无法及时移除，反应器中产物浓度过高，使得随着反应进行，反应物co转化率降低导致无法实现将co降低到10ppm以下。相对于此，继续参照图2，在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，反应器本体1包括内筒110和套设于内筒110外部的外筒120，富氢重整气进气管11依次穿过内筒110的筒壁和外筒120的筒壁，产品气排气管12穿过外筒120的筒壁；内筒110的内腔构成反应腔101，外筒120的内筒110壁和内筒110的外筒120壁之间的空间构成排气腔102，在内筒110的筒壁上设有多个连通反应腔101和排气腔102的排气孔1101。本实施例通过使反应器本体1包括内筒110和外筒120形成上述的反应腔101和排气腔102，并且对应设置上述排气孔1101，可使反应过程中，反应生成的产品气体通过多个排气孔1101及时排出反应腔101进入到排气腔102中，之后再从排气腔102中经由产品气排气管12排出外筒120；此过程可使反应腔101中反应产物的浓度降低，促进反应正向进行，提高一氧化碳的转化率，避免反应腔101内生成物的浓度过高降低反应物一氧化碳的转化率，造成逆反应进行，反应物co转化率降低导致无法实现将co降低到10ppm以下的情况发生，从而实现有效且高效脱除一氧化碳的效果。
45.在本实施例的进一步优选的实施方式中，多个排气孔1101由上至下两两间隔分布于内筒110的筒壁上。
46.参照图4，在本实施例的其他进一步优选的实施方式中，以围绕内筒110的同一径向圆周面排列的多个排气孔1101为一排排气孔1101，多个排气孔1101组成多排排气孔1101，多排排气孔1101由上至下两两间隔分布于内筒110的筒壁。更进一步优选地，相邻两排的排气孔1101相互交错布置。
47.继续参照图2，在本实施例的一些可选实施方式中，该高效选择性氧化一氧化碳反应器还包括加热装置，加热装置包括电加热套3；电加热套3包裹于反应器本体1的外部，用于对反应腔101内部加热。
48.进一步优选地，上述加热装置还包括热电偶15；热电偶15安装于反应器本体1的容器壁且热电偶15的测温端伸入于反应腔101内，热电偶15与电加热套3的控制器连接，电加热套3的控制器配置成能够根据热电偶15测得的反应腔101内部的温度控制电加热套3启停加热；较佳地，热电偶15设置有多个，多个热电偶15沿反应器本体1的容器壁上下间隔布置，
用以检测反应腔101内各部分的温度。电加热套3在反应开始阶段提供热量，并且配合热电偶15在反应过程中反应腔101内温度低于反应温度时起到加热作用。
49.继续参照图2，在本实施例的可选实施方式中，高效选择性氧化一氧化碳反应器还包括散热装置，该散热装置包括换热管4、冷却水进水管13和冷却水出水管14。具体地，换热管4以自反应腔101的顶部向反应腔101的底部再回到反应腔101的顶部的方式盘绕设置于反应腔101内，冷却水进水管13和冷却水出水管14均穿过反应器本体1的容器壁，换热管4的一端与冷却水进水管13的伸入于反应腔101内的一端连接，换热管4的另一端与冷却水出水管14的伸入于反应腔101内的一端连接。选择性氧化一氧化碳是放热反应，本实施例中，通过设置该散热装置，可及时移走反应腔101内部氧化反应所生成的热量，以维持反应腔101内的反应温度在利于反应范围内，从而进一步提高反应效率。其中，换热管4以自反应腔101的顶部向反应腔101的底部再回到反应腔101的顶部的方式盘绕设置于反应腔101内，有利于快速散热，且较佳地，换热管4优选采用传热系数较高的铜管，盘成圆环的形式安装在反应腔101内部，以进一步提高其散热效果。
50.最后应说明的是：本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；本说明书中的以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。