重整制氫裝置

重整制氫裝置可控制、采集、整理反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、氣相實(shí)時(shí)/累積流量、反應(yīng)壓力等數(shù)據(jù)。可實(shí)現(xiàn)催化劑性能評(píng)估、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等研究，并能準(zhǔn)確進(jìn)行物料衡算。

工作原理：

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

• PLC數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和控制

流量計(jì)、閥門、傳感器等均通過PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和根據(jù)所需測(cè)試流程進(jìn)行自動(dòng)控制，可直接在觸摸屏上設(shè)置目標(biāo)值，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制自熱式重整反應(yīng)器。

• 自主研發(fā)氣化器

此氣化器具有特殊的換熱結(jié)構(gòu)，使溫度均勻分布，從而保證水蒸氣快速穩(wěn)定的發(fā)生。這種結(jié)構(gòu)保證熱能的良好傳導(dǎo)，結(jié)構(gòu)可靠性強(qiáng)。最終通過PID控制汽化溫度，保證汽化穩(wěn)定可控。

• 自熱式重整反應(yīng)器

材質(zhì)為SUS 310S 設(shè)計(jì)壓力1Mpa，兩端由法蘭接頭密封，催化劑填裝量為200~6000g。

• 自主研發(fā)無死體積進(jìn)樣技術(shù)

由于系統(tǒng)中傳輸通道的存在，現(xiàn)有測(cè)試中均存在“死體積"現(xiàn)象，即輸入通道的流體并沒有全部經(jīng)過試樣，而是有一部分殘留在傳輸通道中，導(dǎo)致發(fā)生總量出現(xiàn)偏差。“死體積"是目前測(cè)試行業(yè)中未得到很好解決的一個(gè)難題。傳統(tǒng)方法采用減小傳輸通道容積的方法來降低“死體積"，但同時(shí)帶來加工的困難和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。

本公司自研無死體積進(jìn)樣技術(shù)，在不影響傳輸通道設(shè)計(jì)的前提下，通過輔助進(jìn)樣實(shí)現(xiàn)全部流體進(jìn)樣無殘留。

構(gòu)成模塊：

該裝置工藝流程由氣體進(jìn)料模塊、液體進(jìn)料模塊、反應(yīng)模塊、產(chǎn)物分析模塊、保溫模塊和控制系 統(tǒng)模塊組成。

• 氣體進(jìn)料模塊 

氣體進(jìn)料模塊由兩路氣路(CH4、N2)組成。氣體由減壓閥減壓后通過質(zhì)量流量控制器對(duì)氣體流量進(jìn) 行控制并計(jì)量，質(zhì)量流量控制器可通過軟件校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同介質(zhì)氣體在線切換。各氣路均設(shè)置氣 體過濾器，阻止顆粒物進(jìn)入后續(xù)管路造成儀表損傷及物料污染。氣路后端設(shè)置單向閥，防止各路氣體 串流。

該模塊后段設(shè)置靜態(tài)混合器，其內(nèi)部由周期混合單元焊接組成，負(fù)責(zé)將氣體和甲醇水汽化后蒸汽 均勻混合。本裝置客戶目標(biāo)氣體處理量為為 0~5Nm3/h，因此可選擇 SK-50/100、SV-5/100、SL-50/100 和 SX-25/100 四種型號(hào)的靜態(tài)混合器。

• 液體進(jìn)料模塊

液體進(jìn)料模塊由一路水溶液組成。液體由恒流雙柱塞泵進(jìn)行精準(zhǔn)進(jìn)樣，經(jīng)過微通道汽化器液體進(jìn) 行汽化，液體流量控制可通過注射器管徑和泵軟件校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)不同流量下蒸汽濃度進(jìn)行在線切換。

該模塊后段設(shè)置靜態(tài)混合器，其內(nèi)部由周期混合單元焊接組成，負(fù)責(zé)將氣體和甲醇水汽化后蒸汽 均勻混合。

• 水蒸氣發(fā)生模塊

使用雙柱塞泵與蒸汽發(fā)生器的組合實(shí)現(xiàn)水蒸汽的發(fā)生并過熱至 500 攝氏度以 上。

蒸發(fā)芯采用 SUS316L 不銹鋼材質(zhì)，整個(gè)裝置中與水或水蒸氣以及載氣接觸的零部件均需采用 SUS316L 不銹鋼材質(zhì)。蒸發(fā)模塊采用微通道換熱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)死體積小，換熱效率到達(dá) 90%以上。

• 氣體預(yù)熱模塊

按照氣體流量，從400℃升至 700℃，計(jì)算需要的預(yù)熱功率。過熱器采用硅碳棒作為加熱器件，預(yù)熱管采用 SUS310S 高溫不銹鋼材料，為強(qiáng)化換熱內(nèi)部將 填充陶瓷片。

• 反應(yīng)模塊

反應(yīng)模塊由一臺(tái)甲烷水重整固定床反應(yīng)管組成，內(nèi)置催化劑格柵支撐內(nèi)構(gòu)件，反應(yīng)管主體材料為 310S，兩端為法蘭加石墨密封圈。采用硅碳棒作為加熱元件，最高操作溫度 900℃ (該溫度實(shí)際已顯著高于催化劑最高工作溫度和熱沖擊溫度)，使用壓力略高于大氣壓。反應(yīng)管 的加熱管式爐控制，在反應(yīng)器軸向設(shè)置 K 型鎧裝多點(diǎn)測(cè)溫?zé)犭娕迹O(jiān)測(cè)反應(yīng)管上下段惰性填料和中間 催化劑床層多點(diǎn)溫度。反應(yīng)體系壓強(qiáng)由減壓閥、背壓閥聯(lián)合確定。反應(yīng)管入口安裝壓力表和卸荷閥， 實(shí)時(shí)顯示反應(yīng)管壓強(qiáng)，防止壓強(qiáng)過高造成儀器損壞和安全事故。此外，設(shè)置壓力變送器，能夠?qū)毫?信號(hào)輸送至控制儀表及計(jì)算機(jī)，進(jìn)行壓力報(bào)警。

• 產(chǎn)物分析模塊

甲烷催化燃燒產(chǎn)物主要為 H2、CO2、CO 還有為反應(yīng)的 H2O，因此本裝置需要產(chǎn)物冷卻和氣液分 離設(shè)備，需將產(chǎn)物物流至冷凝器,冷凝器采用盤管和冰水機(jī)進(jìn)行降溫，降溫后再進(jìn)入氣液分離器，再經(jīng) 干燥器進(jìn)行干燥。

• WGS 發(fā)應(yīng)模塊

甲烷水蒸氣重整產(chǎn)物中 CO 含量最高可以達(dá)到 8~9%，為避免長期使用過程中 CO 引發(fā)的積碳， 需配置 WGS 變換反應(yīng)模塊，將 CO 含量降低到 5%以下,接近 2%，WGS 反應(yīng)模塊為反應(yīng)管和催化劑 組成，結(jié)構(gòu)形式為圓筒型，反應(yīng)前需要將氣體溫度降低到 300℃左右在進(jìn)入 WGS 反應(yīng)模塊。

• 保溫模塊

本保溫模塊分布位置、方式及作用如下：(1)各路氣氛氣體至靜態(tài)混合器入口；(2)甲烷水汽化蒸汽 出口至混合預(yù)熱器入口；(3) 混合預(yù)熱器出口至反應(yīng)管；(5)流向變換模塊至在線分析儀；以上部位需 包裹一定厚度的保溫層或保溫套，減少反應(yīng)管/管路/接頭/閥門的熱損失，使接近絕熱環(huán)境。混合預(yù)熱 器外部設(shè)置電加熱。

• 控制系統(tǒng)模塊

裝置控制系統(tǒng)為多元集成控制系統(tǒng)，增強(qiáng)了裝置的穩(wěn)定性，并能夠靈活的定制各種擴(kuò)展功能，以 實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化程度更高要求：

適配信捷 PLC 模擬量控制和溫度控制模擬，選用 10 寸威綸通觸摸屏。

該裝置設(shè)計(jì)采用同類裝置標(biāo)準(zhǔn)化組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，用戶操作門檻低，功能如下：

1）程序升溫流程設(shè)置；

2）溫度、壓力等參數(shù)自整定；

3）聯(lián)鎖機(jī)制設(shè)置； 

4）裝置報(bào)警記錄；

5）實(shí)時(shí)曲線