一种沼气自热重整多孔介质反应装置

技术领域

本发明涉及化学反应装置领域，特别是涉及一种沼气自热重整多孔介质反应装置。

背景技术

甲烷自热重整、甲烷自热干重整、沼气自热重整和垃圾填埋气自热重整制合成气技术对生物质气的高效利用，以及减少温室气体的排放，实现碳中和目标有着非常重要的意义。

本发明可以在不使用催化剂的条件下，利用一种沼气自热重整多孔介质反应装置实现持续高效的自热重整反应，不仅能够彻底解决传统催化重整反应器中催化剂积炭问题，而且可以在不需要对沼气和垃圾填埋气进行预处理的条件下，实现持续高效的自热重整制合成气反应，可大幅降低自热重整制合成气的成本。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于：提供一种沼气自热重整多孔介质反应装置，能够实现高效持续的自热重整反应，从而彻底解决传统催化重整反应器中催化剂积炭问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沼气自热重整多孔介质反应装置，包括装置壳体、设于装置壳体内的多孔介质反应器、分别连接于装置壳体的第一气管和第二气管；

装置壳体与多孔介质反应器之间设有第一空间；

多孔介质反应器中心设有由热辐射聚焦而成的高温反应区；

多孔介质反应器内部密集填充有多孔介质；

第一空间和高温反应区之间通过多孔介质连通形成反应气体内通路；

第一气管、反应气体内通路和第二气管依次连通。

进一步，第一气管与第二气管互相套接。

进一步，装置壳体外设有换热器，换热器两端分别连接于第一气管和第二气管。

进一步，第一气管依次穿过装置壳体一侧和整个多孔介质反应器且连接于第一空间，第二气管依次穿过装置壳体一侧和多孔介质反应器一侧且连接于高温反应区。

进一步，第一气管依次穿过装置壳体一侧和多孔介质反应器一侧且连接于高温反应区，第二气管穿过装置壳体一侧且连接于高温反应区。

进一步，第一气管和第二气管均设于装置壳体上侧。

进一步，反应气体内通路截面沿反应气体流通路径逐渐变化。

进一步，多孔介质反应器为球形、椭球形、圆筒形或多面体，装置壳体形状与多孔介质反应器相适应。

进一步，多孔介质为惰性多孔介质、催化剂或催化剂与惰性多孔介质组成的混合物。

进一步，多孔介质具有一种或一种以上孔隙率。

总的说来，本发明具有如下优点：

(1)反应气体混合物进入第二气管后，能够被第一气管内的高温气体预热，有利于化学反应的稳定进行，同时也能提高反应器中心高温区的温度，有利于化学反应的完全进行。

(2)反应气体混合物进入多孔介质反应器后，由于多孔介质反应器的传热特性，可在其中形成超绝热高温，有利于重整反应的持续稳定进行。

(3)气体沿多孔介质反应器的半径方向流动，流通截面积逐渐变化，有利于把火焰锋面稳定在多孔介质内。

(4)在反应装置的中心区域，受周围多孔介质反应器壁面的辐射，形成了中心高温区，有利于实现高效的自热重整反应。

(5)布置于多孔介质反应装置空腔内高温区的气管高温段，可以延长气体在高温区的停留时间，有利于重整反应的完全进行。

(6)沼气或者垃圾填埋气无需预处理可直接使用，从而大幅降低成本。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为球形多孔介质反应器的结构示意图。

图3为实施例2的结构示意图。

图4为实施例3的结构示意图。

图5为实施例4的结构示意图。

图6为实施例5的结构示意图。

图7为实施例7的结构示意图。

图8为圆筒形多孔介质反应器的结构示意图。

图9为实施例9的结构示意图。

图10为实施例10的结构示意图。

图11为实施例11的结构示意图。

附图标记：

101-第一气管、1011-气管高温段、102-第二气管、103-装置壳体、104-多孔介质反应器；

201-上孔、202-多孔介质反应器外壁、203-多孔介质反应器内壁、204-多孔介质、205-中心空腔、206-下孔；

3-换热器；

401-反应器上盖板、402-反应器下盖板、403-盖板孔。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

如图1、图2所示，一种沼气自热重整多孔介质反应装置，包括第一气管101、第二气管102、球形装置壳体103、球形多孔介质反应器104。装置壳体103与多孔介质反应器104之间留有间隙以形成第一空间。多孔介质反应器104包括多孔介质反应器外壁202、多孔介质反应器内壁203以及内外壁面之间填充的多孔介质204，多孔介质204可以是惰性多孔介质，如三氧化二铝，也可以是催化剂，或是催化剂与惰性多孔介质混合而成。多孔介质204可以为相同孔隙率，也可以为多种孔隙率混合。第一气管101与气管高温段1011连接，气管高温段1011位于多孔介质反应器104中心位置，可以延长反应气体在高温区的停留时间，有利于完全反应。

多孔介质204内，反应气体可以形成超绝热燃烧，燃烧温度高，有利于稳定着火，而且反应气体沿半径方向从外向内流动。第一空间和高温反应区之间通过多孔介质204连通形成反应气体内通路，反应气体内通路的流通截面积逐渐变化，有利于将火焰控制在多孔介质204内，同时在球形多孔介质反应器104中心的中心空腔205内，由于多孔介质反应器内壁203的辐射放热，而在中心空腔205中心形成高温反应区，从而保证反应的高效完成。第一气管101从球形多孔介质反应器104的上孔201插入球形多孔介质反应器104中心的中心空腔205中间，可以延长反应气体在高温反应区的停留时间，有利于完全反应。第二气管102从第一气管101的上方插入，并穿过球形多孔介质反应器104的下孔206，可以使反应气体得到高温气体的加热，有利于反应气体的着火，同时也能提高反应温度，有利于反应的稳定进行。

本实施例的工作过程为：

反应气体混合物进入第二气管102后，被第一气管101以及多孔介质反应器104中心的中心空腔205内的高温气体预热，然后经过装置壳体103与球形多孔介质反应器104之间的第一空间，从球形多孔介质反应器104的多孔介质反应器外壁202进入多孔介质反应器104，并在多孔介质反应器104内发生放热化学反应，然后进入多孔介质反应器104中心的高温反应区205，完成化学反应后，经第一气管101排出反应装置。

本实施例中，第一气管101为出气管，第二气管102为进气管。

实施例2

如图3所示，和实施例1相比，主要区别在于，装置壳体103和多孔介质反应器104的形状都为椭球形。

实施例3

如图4所示，和实施例1相比，主要区别在于，反应装置的装置壳体103和多孔介质反应器104的形状都为球形多面体。

实施例4

如图5所示，和实施例1相比，主要区别在于，第二气管102包裹在第一气管101露出于装置壳体103的外侧，利用第一气管101中高温气体的余热加热第二气管102中的反应气体。第二气管102穿过装置壳体103和球形多孔介质反应器104之间的第一空间和球形多孔介质反应器104上侧，延伸至球形多孔介质反应器104的中心空腔205内。反应气体经过第二气管102进入球形多孔介质反应器104的中心空腔205后，沿球形多孔介质反应器104的半径由内向外流动，在球形多孔介质反应器104内进行自热重整反应后，经由球形多孔介质反应器104和装置壳体103之间的第一空间，通过第一气管101流出反应装置。

实施例5

如图6所示，本实施例和实施例4的主要区别在于在第二气管102和第一气管101之间设置有换热器3，通过换热器3把第一气管101中高温气体的热量传递给第二气管102中的反应气体。

实施例6

本实施例和实施例5的主要区别在于反应气体的流动方向相反，即反应气体从第一气管101进入反应装置，最后经第二气管102流出反应装置。反应气体进入第一气管101后，经过换热器3，被第二气管102中流出的高温气体加热，然后经过装置壳体103和多孔介质反应器104之间的第一空间，进入多孔介质反应器104，并在其中进行自热重整反应，最后通过中心空腔205和第二气管102流出反应器。

实施例7

如图7、图8所示，和实施例1相比，主要区别在于装置壳体103和多孔介质反应器104的形状都为圆筒形。

圆筒形多孔介质反应器104包括反应器上盖板401、多孔介质反应器内壁203、多孔介质反应器外壁202和反应器下盖板402。第二气管102穿过上盖板上的盖板孔403。多孔介质反应器内壁203和多孔介质反应器外壁202、以及反应器上盖板401和反应器下盖板402之间围成的空间内填充有多孔介质204。

第二气管102与气管高温段1011连接，气管高温段1011位于多孔介质反应器104中心位置，可以延长反应气体在高温区的停留时间，有利于完全反应。气管高温段1011管壁上可以开孔，有利于反应气体在多孔介质反应器104内均匀分布。

反应气体在圆筒形多孔介质反应器104内可以形成超绝热燃烧，燃烧温度高，有利于稳定着火，同时四周多孔介质反应器内壁203的辐射放热可在反应装置中心形成高温区，从而保证反应的稳定进行。沿圆筒形多孔介质反应器104半径方向，气体流通截面积逐渐变化，有利于把火焰锋面控制在多孔介质反应器104内。

本实施例的工作过程为：

反应气体混合物经第一气管101进入装置后，被第二气管102内的高温气体预热，然后经过装置壳体103与圆筒形多孔介质反应器104之间的第一空间，从圆筒形多孔介质反应器104的多孔介质反应器外壁202进入圆筒形多孔介质反应器104后进行化学反应，然后进入中心空腔205内的高温反应区，完成自热重整反应后经气管高温段1011和第二气管102，排出反应装置。

本实施例中，第一气管101为进气管，第二气管102为出气管。

实施例8

和实施例7相比主要区别在于，反应气体的流动方向相反，即反应气体从第二气管102进入反应装置后，进行化学反应，然后从第一气管101流出反应装置。

实施例9

如图9所示，和实施例7相比主要区别在于，在反应装置第一气管101和第二气管102之间增加换热器3。反应气体从第一气管101进入换热器3后，被第二气管102中高温气体加热，然后进入反应装置。

实施例10

如图10所示，反应气体从第二气管102进入多孔介质反应器104与装置壳体103之间的第一空间，从多孔介质反应器104的多孔介质反应器外壁202进入多孔介质反应器104，在其中发生化学反应，然后从多孔介质反应器104的多孔介质反应器内壁203流出，进入反应装置的中心空腔205内的高温反应区，然后从气管高温段1011与第二气管102之间的孔隙，经第一气管101排出反应装置。

本实施例中，气管高温段1011的管壁上开孔，从而保证多孔介质反应器104中气体流速均匀分布。反气管高温段1011深入多孔介质反应器104的中部，有利于延长高温区的反应时间。第二气管102从第一气管101的上方插入第一气管101，经过气管高温段1011，穿过多孔介质反应器104的下挡板后，进入多孔介质反应器104与装置壳体103之间的第一空间，可以充分利用高温气体的余热加热反应气体，有利于化学反应的稳定进行。

实施例11

如图11所示，本实施例和实施例10的主要区别在于，装置壳体103、多孔介质反应器104、第一气管101和第二气管102都是圆筒形多面体。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。