脱氢变换炉的制作方法
1.本发明涉及二氧化碳捕集技术领域，尤其涉及一种脱氢变换炉。
背景技术：
2.燃烧前二氧化碳捕集工艺多采用变换工艺将合成气中的一氧化碳转换为二氧化碳和氢气（变换气），变换气再通过吸收剂溶液进行二氧化碳的吸收和解析，从而达到捕集二氧化碳的目的，而变换炉是燃烧前二氧化碳捕集技术中完成变换反应的关键设备。
3.相关技术中，变换炉分为绝热变换炉和等温变换炉，绝热变换炉在运行时，通过调节水气比分段控制反应深度，以达到变换炉催化剂床层不超温的目的，绝热变换需要设置多级变换以保证变换炉安全稳定运行，所以设备数量多，流程长，投资较高；等温变换炉则是通过及时移走催化剂床层反应热而实现各级变换炉不超温，相对与绝热变换，等温变换设备数量略少，但是流程也较复杂；而且以上两种炉型的气源中氢气含量超过50%，处理气量较大，氢气对变换反应产生抑制作用，多以需要较大的催化剂装填量，进而导致设备尺寸偏大。同时，为达到工艺要求的水汽比，需在变换炉外单独设置增湿器，流程较长。
技术实现要素：
4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种脱氢变换炉，该脱氢变换炉在合成气发生变换反应之前，先将合成气中大部分的氢气通过分离组件分离出合成气，极大减小了进入变换装置内的气流量，从而缩小了变换装置及后续设备的尺寸，同时增加了反应物一氧化碳的浓度，减少了反应产物氢气的浓度，促进变换反应平衡正向移动，从而使反应更加完全，且减少了催化剂的装填量，简化变换工艺流程。
5.本发明实施例的脱氢变换炉包括壳体、分离装置和变换装置，所述壳体具有进气口、排气口和氢气出口，所述分离装置连接于所述壳体内，所述分离装置与所述壳体限定出分离室，所述分离装置包括位于所述分离室内的分离组件，所述分离组件的第一端与所述进气口连通，所述分离组件用于将氢气分离至所述分离室内，所述分离室与所述氢气出口连通，所述变换装置连接于所述壳体内，所述变换装置与所述壳体限定出变换室，所述变换室与所述排气口连通，所述分离组件的第二端与所述变换室连通。
6.本发明实施例的脱氢变换炉在合成气发生变换反应之前，先将合成气中大部分的氢气通过分离组件分离出合成气，极大减小了进入变换装置内的气流量，从而缩小了变换装置及后续设备的尺寸，同时增加了反应物一氧化碳的浓度，减少了反应产物氢气的浓度，促进变换反应平衡正向移动，从而使反应更加完全，且减少了催化剂的装填量，简化变换工艺流程。
7.在一些实施例中，所述脱氢变换炉还包括混合件，所述壳体还具有混合室和蒸汽入口，所述分离组件、所述混合室和所述变换室顺次连通，所述混合件连接于所述混合室内，所述混合件呈环形且所述混合件的外周壁与所述壳体的内壁相抵，所述混合件中部的
内径小于两端的内径，所述蒸汽入口与所述混合室连通且所述蒸汽入口位于所述混合件和所述分离装置之间。
8.在一些实施例中，所述脱氢变换炉还包括蒸汽箱和多个雾化器，所述蒸汽箱连接于所述壳体内并位于所述混合件和所述分离装置之间，所述蒸汽箱呈环形，多个所述雾化器均连接于所述蒸汽箱并在所述蒸汽箱上间隔分布，所述混合室与所述蒸汽入口通过所述雾化器连通。
9.在一些实施例中，所述雾化器的第一端与所述蒸汽箱连通，所述雾化器的第二端朝向所述分离装置。
10.在一些实施例中，所述脱氢变换炉还包括第一隔板，所述第一隔板连接于所述壳体内并位于所述混合件和所述变换装置之间，所述第一隔板上设有多个第一通孔，多个所述第一通孔在所述第一隔板上间隔分布，所述混合室与所述变换室通过所述第一通孔连通。
11.在一些实施例中，所述分离装置还包括第二隔板和第三隔板，所述第二隔板、所述第三隔板和所述壳体组成的腔体构成所述分离室，所述第二隔板上设有多个第二通孔，多个所述第二通孔在所述第二隔板上间隔分布，所述分离组件的第一端与所述进气口通过所述第二通孔连通，所述第三隔板上设有多个第三通孔，多个所述第三通孔在所述第三隔板上间隔分布，所述分离组件的第二端与所述变换室通过所述第三通孔连通。
12.在一些实施例中，所述分离组件包括多个膜分离管，所述膜分离管的第一端与所述第二通孔连通，所述膜分离管的第二端与所述第三通孔连通，所述膜分离管用于将氢气分离至所述分离室内，多个所述膜分离管与多个所述第二通孔一一对应，多个所述膜分离管与多个所述第三通孔一一对应。
13.在一些实施例中，所述脱氢变换炉还包括变换催化剂，所述变换催化剂装填于所述变换室内。
14.在一些实施例中，所述变换装置包括位于所述变换室内的换热管，所述壳体还具有冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口靠近于所述分离装置，所述换热管两端分别与所述冷却水入口和冷却水出口连通，所述变换催化剂与所述换热管的外壁接触并可通过所述换热管的外壁与所述换热管内的冷却水进行热交换。
15.在一些实施例中，所述壳体包括筒体、第一封头和第二封头，所述第一封头和所述第二封头分别连接于所述筒体两端，所述进气口设置于所述第一封头，所述排气口设置于所述第二封头，所述筒体上还设置有人孔。
附图说明
16.图1是本发明实施例的脱氢变换炉的示意图。
17.图2是本发明另一实施例的脱氢变换炉的示意图。
18.附图标记：壳体1；第一封头11；进气口111；第二封头12；排气口121；氢气出口13；混合室14；蒸汽入口15；冷却水入口16；冷却水出口17；筒体18；分离装置2；分离室21；第二隔板22；第三隔板23；第二通孔24；第三通孔25；膜分离管26；
变换装置3；变换室31；变换催化剂32；换热管33；混合件41；蒸汽箱42；雾化器43；第一隔板5；人孔6。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.以下结合附图描述本发明实施例的脱氢变换炉。
21.如图1和图2所示，本发明实施例的脱氢变换炉包括壳体1、分离装置2和变换装置3。
22.其中，壳体1具有进气口111和排气口121，进气口111位于壳体1的下端，进气口111用于与上游合成气管道（未示出）连通，上游合成器管道通过进气口111向壳体1内输送合成气，排气口121位于壳体1的上端，排气口121用于与下游变换气管道（未示出）连通，壳体1内生成的变换气通过排气口121排出至下游变换气管道内。
23.分离装置2连接于壳体1内，分离装置2与壳体1限定出分离室21，分离装置2包括位于分离室21内的分离组件，分离组件的第一端与进气口111连通，分离组件用于将氢气分离至分离室21内，壳体1还具有氢气出口13，氢气出口13位于壳体1的中部并与分离室21连通，分离室21内的氢气通过氢气出口13排出壳体1。
24.变换装置3连接于壳体1内，变换装置3与壳体1限定出变换室31，变换室31与排气口121连通，分离组件的第二端与变换室31连通，合成气经过分离组件分离出氢气后，剩余的气体进入变换室31内发生变换反应并生成变换气，随后变换气从排气口121处排出壳体1。
25.本发明实施例的脱氢变换炉在合成气发生变换反应之前，先将合成气中近一半的氢气通过分离组件分离出合成气，极大减小了进入变换装置3内的气流量，从而缩小了变换装置3及后续设备的尺寸，同时增加了反应物一氧化碳的浓度，减少了反应产物氢气的浓度，促进变换反应平衡正向移动，从而使反应更加完全，且减少了催化剂的装填量，简化变换工艺流程。
26.可选的，还包括氢气引风机（未示出），氢气引风机的进风口与氢气出口13连通，氢气引风机通过氢气出口13将分离室21内的氢气抽出。
27.如图1所示，可选的，变换装置3为等温变换装置3。
28.如图2所示，可选的，变换装置3为绝热变换装置3。
29.如图1和图2所示，在一些实施例中，脱氢变换炉还包括混合件41，壳体1还具有混合室14和蒸汽入口15，分离组件、混合室14和变换室31自下而上依次排布并顺次连通，混合件41连接于混合室14内，混合件41呈环形且混合件41的外周壁与壳体1的内壁相抵，混合件41中部的内径小于两端的内径使混合件41形成缩口，蒸汽入口15与混合室14连通且蒸汽入口15位于混合件41和分离装置2之间，蒸汽入口15与上游蒸汽管道连通，上游蒸汽管道内的蒸汽通过蒸汽入口15进入壳体1内并与壳体1内的合成气掺混，完成对合成气的混合增湿。
30.由此，本发明实施例的脱氢变换炉通过混合件41的设置，使分离组件内经过氢气
分离后的的合成气进入混合室14内时，合成气与进入混合室14内的蒸汽掺混并一同朝向变换室31内流动，当混合气体流经混合件41的缩口时，由于流通截面缩小而使气流加速，当混合气体离开缩口时，由于流通截面增大而使流速降低，进而增加了气流扰动，提高了合成气和蒸汽的混合效果，从而提高了增湿效果。
31.如图1和图2所示，在一些实施例中，脱氢变换炉还包括蒸汽箱42和多个雾化器43，蒸汽箱42连接于壳体1内并位于混合件41和分离装置2之间，蒸汽箱42呈环形并连接于壳体1的内壁上，多个雾化器43均连接于蒸汽箱42并在蒸汽箱42上间隔分布，混合室14与蒸汽入口15通过雾化器43连通，蒸汽箱42和雾化器43用于将从蒸汽入口15进入壳体1的蒸汽雾化分散，以提高合成气和蒸汽的掺混效果。
32.进一步地，雾化器43的第一端（如图1所示的上端）与蒸汽箱42连通，雾化器43的第二端（如图1所示的下端）朝向分离装置2，使合成气与蒸汽形成对流，进一步提高合成气与蒸汽的掺混效果。
33.如图1和图2所示，在一些实施例中，脱氢变换炉还包括第一隔板5，第一隔板5连接于壳体1内并位于混合件41和变换装置3之间，第一隔板5上设有多个第一通孔（未示出），多个第一通孔在第一隔板5上间隔分布，混合室14与变换室31通过第一通孔连通，第一隔板5对变换装置3进行支撑，同时，多个第一通孔对气流进行均匀分布，使混合室14内的气体均匀地进入变换室31内。
34.如图1和图2所示，在一些实施例中，分离装置2还包括第二隔板22和第三隔板23，第三隔板23位于第二隔板22上方，且第二隔板22和第三隔板23的侧壁均与壳体1的内壁相抵，第二隔板22、第三隔板23和壳体1组成的腔体构成分离室21，第二隔板22上设有多个第二通孔24，多个第二通孔24在第二隔板22上间隔分布，分离组件的第一端与进气口111通过第二通孔24连通，第二隔板22对分离装置2进行支撑，而且多个第二通孔24对气流进行均匀分布，使合成气均匀地进入分离组件内，第三隔板23上设有多个第三通孔25，多个第三通孔25在第三隔板23上间隔分布，分离组件的第二端与变换室31通过第三通孔25连通，分离组件内经过分离氢气后的合成气通过第三通孔25均匀地流入混合室14内。
35.如图1和图2所示，在一些实施例中，分离组件包括多个膜分离管26，膜分离管26的第一端（如图1中所示的下端）与第二通孔24连通，膜分离管26的第二端（如图1中所示的上端）与第三通孔25连通，膜分离管26为中空膜材料管，可允许氢气从中空膜材料管内部透出到外部，其他气体则不能透过，使膜分离管26将氢气分离至分离室21内，其它气体在膜分离管26内自膜分离管26的第一端向膜分离管26的第二端流动，多个膜分离管26与多个第二通孔24一一对应，多个膜分离管26与多个第三通孔25一一对应，使膜分离管26在分离室21内均匀分布，提高膜分离管26的效率。
36.可选的，膜分离管26的耐压范围不大于10mpa，且膜分离管26在分离室21内均匀间隔分布。
37.如图1所示，在一些实施例中，脱氢变换炉还包括变换催化剂32，变换催化剂32装填于变换室31内，变换催化剂32催化合成气进行变换反应，提高变换反应的反应速率。
38.如图1所示，在一些实施例中，变换装置3包括位于变换室31内的换热管33，壳体1还具有冷却水入口16和冷却水出口17，冷却水入口16靠近于分离装置2，换热管33两端分别与冷却水入口16和冷却水出口17连通，变换催化剂32与换热管33的外壁接触并可通过换热
管33的外壁与换热管33内的冷却水进行热交换，冷却水由冷却水入口16进入换热管33内并与变换催化剂32进行热交换，从而吸收变换室31内的热量使变换室31内的温度降低，保证变换设备安全稳定运行；当合成气流量不变时，通过控制冷却水的流量以控制变换室31内的温度，当冷却水流量不变时，通过控制合成气的流量以控制变换室31内的温度。
39.如图1和图2所示，在一些实施例中，壳体1包括筒体18、第一封头11和第二封头12，第一封头11和第二封头12分别连接于筒体18两端，进气口111设置于第一封头11，排气口121设置于第二封头12，筒体18上还设置有人孔6，便于对筒体18内的零部件进行更换或检修。
40.如图1所示，在一个具体的实施例中，合成气（主要成分为一氧化碳和氢气，其中氢气占比大于50%）经进气口111进入第一封头11和第二隔板22之间，此部分合成气通过第二通孔24均匀上行至膜分离管26内，位于膜分离管26内的合成气中的大部分氢气穿透膜分离管26的管壁进入分离室21内并通过氢气出口13排出至下游系统，合成气中其余部分（如一氧化碳、氮气、硫化氢、水）无法穿透膜分离管26并沿膜分离管26上行并通过第三通孔25进入混合室14内。
41.由雾化器43向下喷淋的蒸汽与上行至混合室14内的合成气对流混合并继续上行，当混合气体流经混合件41的缩口时，由于流通截面缩小而使气流加速，当混合气体离开缩口时，由于流通截面增大而使流速降低，进而增加了气流扰动，提高了合成气和蒸汽的混合效果，随后混合气体继续上行至第一隔板5处，此部分的混合气体通过第一通孔均匀上行至变换室31内。
42.进入变换室31内的合成气与变换催化剂32接触并发生变换反应，同时冷却水由冷却水入口16进入换热管33内并与变换催化剂32进行热交换并从冷却水出口17排出，将变换反应放出的热量及时移走，促进变换反应平衡正向移动，使反应更加完全，经过变换反应后生成的变换气通过排气口121排出至下游系统。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
48.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
技术特征：
1.一种脱氢变换炉，其特征在于，包括：壳体，所述壳体具有进气口、排气口和氢气出口；分离装置，所述分离装置连接于所述壳体内，所述分离装置与所述壳体限定出分离室，所述分离装置包括位于所述分离室内的分离组件，所述分离组件的第一端与所述进气口连通，所述分离组件用于将氢气分离至所述分离室内，所述分离室与所述氢气出口连通；变换装置，所述变换装置连接于所述壳体内，所述变换装置与所述壳体限定出变换室，所述变换室与所述排气口连通，所述分离组件的第二端与所述变换室连通。2.根据权利要求1所述的脱氢变换炉，其特征在于，还包括混合件，所述壳体还具有混合室和蒸汽入口，所述分离组件、所述混合室和所述变换室顺次连通，所述混合件连接于所述混合室内，所述混合件呈环形且所述混合件的外周壁与所述壳体的内壁相抵，所述混合件中部的内径小于两端的内径，所述蒸汽入口与所述混合室连通且所述蒸汽入口位于所述混合件和所述分离装置之间。3.根据权利要求2所述的脱氢变换炉，其特征在于，还包括蒸汽箱和多个雾化器，所述蒸汽箱连接于所述壳体内并位于所述混合件和所述分离装置之间，所述蒸汽箱呈环形，多个所述雾化器均连接于所述蒸汽箱并在所述蒸汽箱上间隔分布，所述混合室与所述蒸汽入口通过所述雾化器连通。4.根据权利要求3所述的脱氢变换炉，其特征在于，所述雾化器的第一端与所述蒸汽箱连通，所述雾化器的第二端朝向所述分离装置。5.根据权利要求2所述的脱氢变换炉，其特征在于，还包括第一隔板，所述第一隔板连接于所述壳体内并位于所述混合件和所述变换装置之间，所述第一隔板上设有多个第一通孔，多个所述第一通孔在所述第一隔板上间隔分布，所述混合室与所述变换室通过所述第一通孔连通。6.根据权利要求1所述的脱氢变换炉，其特征在于，所述分离装置还包括第二隔板和第三隔板，所述第二隔板、所述第三隔板和所述壳体组成的腔体构成所述分离室，所述第二隔板上设有多个第二通孔，多个所述第二通孔在所述第二隔板上间隔分布，所述分离组件的第一端与所述进气口通过所述第二通孔连通，所述第三隔板上设有多个第三通孔，多个所述第三通孔在所述第三隔板上间隔分布，所述分离组件的第二端与所述变换室通过所述第三通孔连通。7.根据权利要求6所述的脱氢变换炉，其特征在于，所述分离组件包括多个膜分离管，所述膜分离管的第一端与所述第二通孔连通，所述膜分离管的第二端与所述第三通孔连通，所述膜分离管用于将氢气分离至所述分离室内，多个所述膜分离管与多个所述第二通孔一一对应，多个所述膜分离管与多个所述第三通孔一一对应。8.根据权利要求1所述的脱氢变换炉，其特征在于，还包括变换催化剂，所述变换催化剂装填于所述变换室内。9.根据权利要求8所述的脱氢变换炉，其特征在于，所述变换装置包括位于所述变换室内的换热管，所述壳体还具有冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口靠近于所述分离装置，所述换热管两端分别与所述冷却水入口和冷却水出口连通，所述变换催化剂与所述换热管的外壁接触并可通过所述换热管的外壁与所述换热管内的冷却水进行热交换。10.根据权利要求1所述的脱氢变换炉，其特征在于，所述壳体包括筒体、第一封头和第
二封头，所述第一封头和所述第二封头分别连接于所述筒体两端，所述进气口设置于所述第一封头，所述排气口设置于所述第二封头，所述筒体上还设置有人孔。
技术总结
本发明公开了一种脱氢变换炉，所述脱氢变换炉包括壳体、分离装置和变换装置，所述壳体具有进气口、排气口和氢气出口，所述分离装置连接于所述壳体内，分离装置与壳体限定出分离室，分离装置包括位于分离室内的分离组件，分离组件的第一端与进气口连通，分离组件用于将氢气分离至分离室内，分离室与氢气出口连通，变换装置连接于壳体内，变换装置与壳体限定出变换室，变换室与排气口连通，分离组件的第二端与变换室连通。本发明的脱氢变换炉在合成气发生变换反应之前，先将合成气中大部分的氢气通过分离组件分离出合成气，极大减小了进入变换装置内的气流量，减少了反应产物氢气的浓度，促进变换反应平衡正向移动，并减少了催化剂的装填量。剂的装填量。剂的装填量。
