CN108043332A - 一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器 - Google Patents

一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器，包括脱氢反应器主体、过渡区、气液分离区以及热源；过渡区位于脱氢反应器主体的顶部，且渐扩连接至气液分离区的底部；热源供热于脱氢反应器主体和气液分离区。本发明的反应器使得液态氢源材料与脱氢催化剂充分接触，确保脱氢反应进行彻底；同时完成氢气的气液分离，提供合格的氢气直接应用，简化后续氢气应用工艺。

Description

一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器
技术领域
本发明涉及氢气储运中的脱氢技术领域，特别涉及一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器。
背景技术
化石能源存在储量有限、可再生周期长及污染等问题，因此清洁可再生能源成为开发利用的热点。氢能源是一种燃烧热值高、存量丰富、对环境无污染的绿色可持续发展能源，是公认的清洁无污染(零碳)、可再生、储量丰富的新型二次能源。目前，氢能应用的主要问题在于氢的高效存储和安全运输。常用的储氢方式有三种：(低温)液态存储、(高压)压缩气态存储和(低压)固态储氢。专利CN201510167977.7提供了一种液态氢源材料进行脱氢反应的插层式反应装置，但是，在该装置中液态氢源材料与脱氢催化剂单程接触，若要确保脱氢反应充分进行，反应釜内插层长度较长，设备规模较大，而且反应釜产生的氢气中携带大量的液体材料液滴，需要外设气液分离装置方可满足后续用氢工艺的要求，结构复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种脱氢效率高、工艺简单、成本低的应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器，包括脱氢反应器主体1、过渡区2、气液分离区3以及热源4；过渡区2位于脱氢反应器主体1的顶部，且渐扩连接至气液分离区3的底部；热源4供热于脱氢反应器主体1和气液分离区3。
所述的脱氢反应器主体1的底部设置有底板14；脱氢反应器主体1的内部自下而上交错布置折流板16；底板14与其上方邻近的折流板16之间构成预热腔13；折流板16之间填充有负载脱氢催化剂的填料12；底板14的上方设置有入口管15，脱氢反应器主体1的顶部侧面设置有出口管11。
折流板16中错开布置有加热管17和筛孔18；折流板16的一侧不与脱氢反应器主体1的筒体相连接，形成液体通道19；邻近折流板形成的邻近液体通道之间的位置呈180°。
气液分离区3的底部设置有支撑板31，支撑板31的上部设置有负载脱氢催化剂的填料32；气液分离区3设置有加热区33；气液分离区3的顶部设置有出口管34。
气液分离区3的横截面积大于脱氢反应器主体1的横截面积。
负载脱氢催化剂的填料12，其密度自下而上逐渐降低。
支撑板31的填料32上负载的脱氢催化剂的量显著低于脱氢反应器主体1的填料12上负载的脱氢催化剂的量。
热源4供热于脱氢反应器主体1和气液分离区3，连接至底板14、折流板16和加热区33。脱氢反应器主体1的反应温度为80～300℃。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)将脱氢反应器主体与气液分离区结合成为一个整体，一体化完成脱氢及气液分离，获得的氢气可直接用于后续应用。
(2)液态氢源材料与脱氢催化剂接触反应前，先经过预热腔的预热至反应温度，确保脱氢反应有效进行。
(3)设置折流板，延长液态氢源材料的流动路径以及与脱氢催化剂的接触时间，确保脱氢反应进行地彻底。
(4)折流板上设置筛孔作为脱氢反应释放出的氢气通道，氢气气流自下而上通过水平流过的液态氢源材料，扰动液态氢源材料，使得液态氢源材料与填料上的脱氢催化剂充分接触。
(5)过渡区及气液分离区的横截面积增大，降低氢气气流的速度，延长停留时间，更好地完成气液分离。
(6)合理布置脱氢催化剂分布，随着液态氢源材料逐步释放出氢气，可逐渐减少脱氢催化剂的负载，节省脱氢催化剂的投入。
(7)本发明的反应器使得液态氢源材料与脱氢催化剂充分接触，确保脱氢反应进行彻底；同时完成氢气的气液分离，提供合格的氢气直接应用，简化后续氢气应用工艺。
附图说明
图1是本发明的一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器的示意图。
图中，
1-脱氢反应器主体；11-出口管，12-负载脱氢催化剂的填料，13-预热腔，14-底板，15-入口管，16-折流板，17-加热管，18-筛孔，19-液体通道；
2-过渡区；
3-气液分离区；31-支撑板，32-负载脱氢催化剂的填料，33-加热区，34-出口管；
4-热源。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
储氢载体为不饱和芳香烃化合物和/或杂环不饱和化合物其中的一种或多种与溶剂的混合物；
不饱和芳香烃化合物选自苯、甲苯、乙苯、丙苯、异丙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、苯乙烯、萘、蒽、菲、苯酚、苯胺及其衍生物；
杂环不饱和化合物选自咔唑、吲哚、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑、N-异丙基咔唑、N-正丁基咔唑、N-甲基吲哚、N-乙基吲哚、吡嗪、呋喃、吡咯、噻唑、吡啶、环戊吡嗪、苯并噻唑及其衍生物；
溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丙醇、正丁醇、乙醚、甲醚、乙腈、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、正丁醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷、二氯乙烷、正己烷、环己烷、正戊烷、正辛烷、二硫化碳、石油醚其中的一种或多种。
如图1所示，一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器，包括脱氢反应器主体1、过渡区2、气液分离区3以及热源4；过渡区2位于脱氢反应器主体1的顶部，且渐扩连接至气液分离区3的底部；热源4供热于脱氢反应器主体1和气液分离区3。所述的脱氢反应器主体1的底部设置有底板14；脱氢反应器主体1的内部自下而上交错布置折流板16；底板14与其上方邻近的折流板16之间构成预热腔13；折流板16之间填充有负载脱氢催化剂的填料12；底板14的上方设置有入口管15，脱氢反应器主体1的顶部侧面设置有出口管11。折流板16中错开布置有加热管17和筛孔18；折流板16的一侧不与脱氢反应器主体1的筒体相连接，形成液体通道19；邻近折流板形成的邻近液体通道之间的位置呈180°。气液分离区3的底部设置有支撑板31，支撑板31的上部设置有负载脱氢催化剂的填料32；气液分离区3设置有加热区33；气液分离区3的顶部设置有出口管34。气液分离区3的横截面积大于脱氢反应器主体1的横截面积。负载脱氢催化剂的填料12，其密度自下而上逐渐降低。支撑板31的填料32上负载的脱氢催化剂的量显著低于脱氢反应器主体1的填料12上负载的脱氢催化剂的量。热源4供热于脱氢反应器主体1和气液分离区3，连接至底板14、折流板16和加热区33。脱氢反应器主体1的反应温度为80～300℃。
本发明工作时，液态氢源材料从入口管15进入预热腔13预热至反应温度，经液体通道19上升至折流板16的上部空间；液态氢源材料沿折流板16以及液体通道19自下而上与负载脱氢催化剂的填料12接触，释放出的氢气沿折流板16的筛孔18逐层上升；释放氢气后的液态氢源材料被称为储氢载体，自脱氢反应器主体1的出口管11流出；携带有储氢载体液滴的氢气进入过渡区2，然后进入气液分离区3，穿过支撑板31与负载脱氢催化剂的填料32接触，储氢载体液滴被负载脱氢催化剂的填料32拦截，完成气液分离；同时储氢载体中混合的液态氢源材料与负载脱氢催化剂的填料32继续接触反应释放出残余的氢气；经气液分离后的氢气经气液分离区3的出口管34排出送至氢气应用系统。在本发明工作时，热源4的热量可通过支管连接至底板14、折流板16以及加热区33，维持脱氢反应器主体1以及气液分离区3的反应温度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也不超出本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种应用于液态氢源材料的高效脱氢反应器，其特征在于：包括脱氢反应器主体、过渡区、气液分离区以及热源；过渡区位于脱氢反应器主体的顶部，且渐扩连接至气液分离区的底部；热源供热于脱氢反应器主体和气液分离区。
2.根据权利要求1所述的高效脱氢反应器，其特征在于：所述的脱氢反应器主体的底部设置有底板；脱氢反应器主体的内部自下而上交错布置折流板；底板与其上方邻近的折流板之间构成预热腔；折流板之间填充有负载脱氢催化剂的填料；底板的上方设置有入口管，脱氢反应器主体的顶部侧面设置有出口管。
3.根据权利要求2所述的高效脱氢反应器，其特征在于：折流板中错开布置有加热管和筛孔；折流板的一侧不与脱氢反应器主体的筒体相连接，形成液体通道；邻近折流板形成的邻近液体通道之间的位置呈180°。
4.根据权利要求1所述的高效脱氢反应器，其特征在于：气液分离区的底部设置有支撑板，支撑板的上部设置有负载脱氢催化剂的填料；气液分离区设置有加热区；气液分离区的顶部设置有出口管。
5.根据权利要求1所述的高效脱氢反应器，其特征在于：气液分离区的横截面积大于脱氢反应器主体的横截面积。
6.根据权利要求1所述的高效脱氢反应器，其特征在于：负载脱氢催化剂的填料，其密度自下而上逐渐降低。
7.根据权利要求4所述的高效脱氢反应器，其特征在于：支撑板的填料上负载的脱氢催化剂的量显著低于脱氢反应器主体的填料上负载的脱氢催化剂的量。
8.根据权利要求1所述的高效脱氢反应器，其特征在于：热源供热于脱氢反应器主体和气液分离区，连接至底板、折流板和加热区；脱氢反应器主体的反应温度为80～300℃。
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