原料预热部一体型水蒸气改质器及含其的氢制备系统技术方案

本发明专利技术涉及水蒸气改质器及氢制备系统。更具体来讲，涉及由于对流热交换效率高，因此向位于改质器内部的反应管提供均匀的反应热，具有更高的改质转换性能及优异的装置紧凑化效率的水蒸气改质反应器。本发明专利技术的水蒸气改质器，包括：外壳；燃烧器，其在所述外壳的内部中心生成反应热；多个反应管，其以所述燃烧器为中心排列于同心圆；对流传热诱导用套管，其相隔地位于所述反应管的外侧面且包围所述反应管的侧面；以及排气排出管，其连通于所述对流传热诱导用套管排出排气，其中，所述反应管的外侧面与所述对流传热诱导用套管之间的相隔空间的下端开放。

An Integrated Steam Modifier with Preheating Part of Raw Materials and Hydrogen Preparing System Containing the Modifier

The invention relates to a steam reformer and a hydrogen preparation system. More specifically, it involves a steam upgrading reactor which provides uniform reaction heat to the reaction tube located inside the reformer due to its high convective heat exchange efficiency, has higher conversion performance and excellent device compacting efficiency. The steam modifier of the present invention includes: a shell; a burner, which generates reaction heat in the inner center of the shell; a plurality of reaction tubes arranged in a concentric circle centered on the burner; a tube for convective heat induction, which is separated on the outer side of the reaction tube and surrounds the side of the reaction tube; and an exhaust pipe connected to the convective heat transfer. The induction casing is used to discharge the exhaust gas, in which the outer side of the reaction tube is open to the lower end of the space separating the casing for convective heat transfer induction.

【技术实现步骤摘要】
原料预热部一体型水蒸气改质器及含其的氢制备系统
本专利技术涉及水蒸气改质器。更具体来讲，涉及由于对流热交换效率高，因此向位于改质器内部的反应管提供均匀的反应热，具有更高的改质转换性能及优异的装置紧凑化效率的水蒸气改质反应器。
技术介绍
水蒸气改质器是以主要成分为甲烷的天然气为原料制氢的反应器。原料气体与水蒸气在催化剂上转换成氢、一氧化碳、二氧化碳相混合的改质气体(reformedgas)，引起强烈的吸热反应，因此需要另外供应反应热。所述水蒸气改质器上连接有反应所需的水蒸气发生器和对反应物进行预热的预热器以构成整个工程。在此，关于水蒸气发生器和预热器的热，可对催化剂层加热并回收排出的燃烧排气气体或生产的改质气体放出的废热并供应。因此，为了提高包括水蒸气改质器在内的所有工程的效率，需要提高热交换效率。水蒸气改质器处的热交换主要适用辐射传热(radiationheattransfer)方式。在此，燃烧器发生的反应热的向反应管的热通量(heatflux)非常大，因此有利于处理容量极大化，但由于与火焰直接接触等，因此具有反应管局部加热危险，从而无法发生均匀的反应而导致反应稳定性与转换效率下降。并且，由于反应管之间的反应偏差严重，因此具有难以运转、维护及管理，装置内需要高价的耐热材料的问题。这在装置小型化需求上升方面成为更大的阻碍。因此需要研究开发减小装置内反应管排列的中心线的直径等最小化装置体积且能够提高改质器内反应热的热交换效率的技术。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在解决如上所述的问题，目的在于提供一种能够通过减小圆筒形加热结构的反应管排列的中心线的直径提高装置紧凑化率的水蒸气改质器。并且，本专利技术的目的是提供一种尽管装置小型化但能够抑制反应管的局部加热且降低反应管之间温度偏差以提高反应均匀性的水蒸气改质器。并且，本专利技术的目的是提供一种降低后续工程的热负荷且能够减少热损失以简化工程构成的水蒸气改质器。技术方案本专利技术涉及用于生产氢的氢制备反应器的改质管。本专利技术的一个形态涉及水蒸气改制器，包括：外壳；燃烧器，其在所述外壳的内部中心生成反应热；多个反应管，其以所述燃烧器为中心排列于同心圆；对流传热诱导用套管，其相隔地位于所述反应管的外侧面且包围所述反应管的侧面；以及排气排出管，其连通于所述对流传热诱导用套管排出排气，其中，所述反应管的外侧面与所述对流传热诱导用套管之间的相隔空间的下端开放。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述对流传热诱导用套管可不具有孔。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述对流传热诱导用套管包围从反应管的下端到上端的所述反应管的侧面，并且固定于外壳内侧上端，一侧面可连通于排气排出管。并且，所述对流传热诱导用套管的长度可以是上端位于同一线上的反应管的长度的50至120％。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述排气排出管可位于外壳上端一侧面。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述燃烧器可具有能够垂直向下诱导燃烧热的燃烧引导部。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述外壳还可以包括位于内侧面的原料预热管。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述原料预热管可以是沿着外壳的内侧面下端的外周面向上配置的线圈形态。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述水蒸气改质器的排气排出管可在外壳的一侧面位于所述原料预热管的注入口的下方。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述外壳具有所述反应管能够贯通的孔，所述孔上设置有支撑反应管的支撑部件，所述反应管的注入原料气体的原料气体注入管及排出改质气体的改质气体排出管可露在所述支撑部件的上端。根据本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器，所述外壳可含有选自陶瓷纤维断热材料及微孔断热材料中任意一种以上的断热材料。根据本专利技术的另一实施形态，提供一种氢制备反应器，包括上述水蒸气改质器。技术效果本专利技术的水蒸气改质器能够通过圆筒形加热结构显著减小反应管排列的中心线的直径，因此具有能够显著提高装置紧凑化率的优点。尤其，尽管装置小型化但能够抑制反应管的局部加热且降低所述反应管之间的反应温度偏差，因此具有能够实施整体均匀的反应且增进耐久性的优点。并且，本专利技术具有降低后续工程的热负荷且减少热损失使得具有卓越的热交换效率的优点。附图说明图1示出本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器的剖面；图2示出本专利技术的一个实现例的包括原料预热管的水蒸气改质器的剖面；图3示出本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器的平面图；图4放大示出本专利技术的实施例中数值解析对象部分；图5是本专利技术的实施例2、实施例4及实施例5的CFD分析曲线图，示出对应于各套筒长度的生成气体氢分率的轮廓线(contour)。附图标记说明1：水蒸气改质器100：燃烧器101：燃烧引导部102：燃料供应管103：燃烧空气供应管110：燃烧腔体120：热交换流路200：反应管201：原料气体注入管202：改质气体排出管203：对流传热诱导用套管204：排气排出孔300：外壳301：排气排出管302：第一断热层303：第二断热层304：预热原料注入管305：预热原料排出管306：原料预热管具体实施方式以下通过附图及具体例对本专利技术的水蒸气改质器进行更具体的说明。但下述具体例或实施例只是用于详细说明本专利技术的一个参照而已，本专利技术并不局限于此，可以以多种形态实现。并且，无其他定义的情况下所有技术术语与科学术语具有与本专利技术所属
的任一技术人员通常理解的意思相同的意思。本申请的说明过程中使用的术语只是为了有效记载特定具体例，目的并非限定本专利技术。并且，以下介绍的附图是为了向本领域的技术人员充分说明本专利技术的思想而作为例子提供的。因此本专利技术不限于以下公开的附图，可以具体化为其他形态，以下公开的附图为了明确本专利技术的思想而可能夸张示出。并且说明书全文中相同的附图标记表示相同的构成要素。并且说明书及技术方案中使用的单数形态在文中无特别指示的前提下还可以包括复数形态。本专利技术中的术语‘反应管’表示位于氢制备装置内用于执行改质反应的反应器，水蒸气改质器内的多个改质反应管配置成具有刺刀(bayonet)形态。本专利技术中的术语‘原料’是包括碳化合物及水的液态或气态物质的总称。本专利技术中的术语‘包括’、‘具有’或‘有’在没有特别记载的情况下表示可内在相应构成要素，因此应解释为并非除外其他构成要素，而是还可以包括其他构成要素。包括技术或科学术语在内的所有术语在无其他定义的前提下，具有与本专利技术所属
的一般技术人员的通常理解相同的意思。本专利技术涉及具有多个对原料气体进行改质的反应管的水蒸气改质器。图1示出本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器的剖面图。如图1所示，本专利技术的一个实现例的水蒸气改质器1包括至少一个以上对原料气体进行改质的改质反应管。具体地，包括外壳300、位于所述外壳300的内部中心生成反应热的燃烧器100、以所述燃烧器100为中心同心圆排列的多个反应管200、相隔地位于所述反应管200外侧面且包围所述反应管200的侧面且下端开放的对流传热诱导用套管203及连通于所述对流传热诱导用套管203且排出排气的排气排出孔204及排气排出管301。所述外壳300的内部提供能够设置燃烧器100等各种构成部件的空间。所述外壳300的内部中心具有燃烧器100。并且，所述外壳300的内部具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水蒸气改质器，其具有至少一个对原料气体进行改质的反应管，包括：外壳；燃烧器，其在所述外壳的内部中心生成反应热；多个反应管，其以所述燃烧器为中心排列于同心圆；对流传热诱导用套管，其相隔地位于所述反应管的外侧面且包围所述反应管的侧面；以及排气排出管，其连通于所述对流传热诱导用套管排出排气，其中，所述反应管的外侧面与所述对流传热诱导用套管之间的相隔空间的下端开放。

【技术特征摘要】
2017.11.17 KR 10-2017-0153904;2018.03.15 KR 10-2011.一种水蒸气改质器，其具有至少一个对原料气体进行改质的反应管，包括：外壳；燃烧器，其在所述外壳的内部中心生成反应热；多个反应管，其以所述燃烧器为中心排列于同心圆；对流传热诱导用套管，其相隔地位于所述反应管的外侧面且包围所述反应管的侧面；以及排气排出管，其连通于所述对流传热诱导用套管排出排气，其中，所述反应管的外侧面与所述对流传热诱导用套管之间的相隔空间的下端开放。2.根据权利要求1所述的水蒸气改质器，其中：所述对流传热诱导用套管不具有孔。3.根据权利要求1所述的水蒸气改质器，其中：所述对流传热诱导用套管包围从反应管的下端到上端的所述反应管的侧面，并且固定于外壳内侧上端，一侧面连通于排气排出管。4.根据权利要求1所述的水蒸气改质器，其中：所述对流传热诱导用套管的长度为上端位于同一线上的反应管的长...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东柱，尹旺来，朴相浩，黄英在，金宇铉，
申请(专利权)人：韩国能量技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR