CN115304025A - 一种液体有机物快速储氢方法及专用文丘里喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体有机物快速储氢方法,该储氢方法采用喷射回路反应器,以粉末型Pd/Al2O3为催化剂,对N‑乙基咔唑进行加氢处理;喷射回路反应器中文丘里喷射器的进口段开口内径:喷嘴内径:气室收口内径:混合段长度:扩散段长度的比例为34:(1.5~3):(2.5~6):(300~400):(1000~1500),扩散段的开口角度为15°~25°。本发明采用喷射回路反应器进行有机液体储氢工艺,可明显减少加氢时间,提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于氢气储存技术领域,具体涉及一种采用新型反应器设备——回路反应器进行液体有机物快速加氢的工艺方法。
背景技术
由于全球气候变暖和环境污染等问题,全世界的节能减排任务日益严峻。氢能已成为最理想化的清洁能源。
氢的储存是一个至关重要的技术,已经成为氢能利用走向规模化的瓶颈。储氢问题涉及氢生产、运输、最终应用等所有环节,储氢问题不解决,氢能的应用则难以推广。氢是气体,它的输送和储存比固体煤、液体石油更困难。一般而论,氢气可以气体、液体、化合物等形态储存。氢的储存方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢和储氢材料储氢等。
高压气态储氢是最常用的氢气储存方式,也是最成熟的储氢技术,且在常温下就可以进行。但是,它最大的弱点是单位质量的储氢密度只有1%(质量分数)左右,无法满足更高应用的要求。低温液态储氢要求温度低于零下250℃,较多应用于航天领域。液体有机物储氢技术在储氢密度和储运便利性上兼具优势,但存在加氢压力高、催化剂成本高、生产效率低和产能有限等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷,提供一种能够快速高效的加氢方式,以减少氢气储运所需的成本,提高生产效率同时减少催化剂的用量。
为了达到上述目的,本发明提供了一种液体有机物快速储氢方法,该储氢方法采用喷射回路反应器,以粉末型Pd/Al2O3为催化剂,对N-乙基咔唑进行加氢处理;所述喷射回路反应器中文丘里喷射器的进口段开口内径:喷嘴内径:气室收口内径:混合段长度:扩散段长度的比例为34:(1.5~3):(2.5~6):(300~400):(1000~1500),扩散段的开口角度为15°~25°。
本发明以喷射回路反应器为反应设备,通入的氢气在文丘里喷射器中形成具有大比表面积的微小气泡,增大气液接触,加快反应速度;同时物料从反应釜底部经循环泵、热交换器进入文丘里喷射器,气液固混合物料和反应釜内物料进行冲击,起到促进分散混合的效果,促进反应进一步进行。
而针对一定压力温度条件下具体的某一化学反应过程,文丘里喷射器的设计结构尺寸极大的影响了反应物质之间相互分散接触的效果,从而最终影响化工生产效率。本发明对文丘里喷射器结构尺寸进行设计,更加适用于N-乙基咔唑储氢,能有效减少了加氢时间,提高生产效率。
在部分实施例中,作为优选的,加氢处理过程中控制反应体系温度为140~160℃,体系压力为3~4MPa,文丘里喷射器喷嘴处流体线速度控制在80~110m/s。
采用喷射回路反应器进行加氢反应,可以有效降低反应压力,增加工艺安全性,减少设备投资。
在部分实施例中,作为优选的,所述粉末型Pd/Al2O3催化剂中Pd负载量为2wt%;所述N-乙基咔唑与粉末型Pd/Al2O3催化剂的用量比例为10~20g:1g。
更为具体的,本发明还提供了一种不使用溶剂的储氢方法,该储氢方法包括如下步骤:向回路反应器中加入熔融N-乙基咔唑、以及Pd/Al2O3催化剂粉末,向体系中通入氢气完成空气置换,升温至反应温度后,立即充入氢气至反应压力,同时调节文丘里喷射器喷嘴处流体线速度,进行加氢反应;整个反应过程中无溶剂参与,同时维持反应体系的压力和温度,至加氢反应完成。
由于无溶剂参与反应,单位液体的储氢量大大提高,储氢密度获得了大幅度提升,进一步节约了储运成本。
作为优选的,所述回路反应器中文丘里喷射器的进口段开口内径:喷嘴内径:气室收口内径:混合段长度:扩散段长度的比例为34:2.3:4.5:350:1300,扩散段的开口角度为20°;反应过程中控制文丘里喷射器喷嘴处流体线速度为95m/s。
加氢处理过程中控制反应体系温度为150℃,体系压力为4MPa。
另一方面,本发明还提供了有溶剂参与时,该液体有机物快速储氢方法的具体步骤:向回路反应器中加入1,4-二氧杂环己烷、N-乙基咔唑、以及Pd/Al2O3催化剂粉末,向体系中通入氢气完成空气置换,升温至反应温度后,立即充入氢气至反应压力,同时调节文丘里喷射器喷嘴处流体线速度,进行加氢反应;整个反应过程维持反应体系的压力和温度,至加氢反应完成。
以溶剂参与加氢反应,能达到较好的催化效果,催化剂利用率高。
在部分实施例中,作为优选的,所述回路反应器中文丘里喷射器的进口段开口内径:喷嘴内径:气室收口内径:混合段长度:扩散段长度的比例为34:2.3:4:350:1250,扩散段的开口角度为20°;反应过程中控制文丘里喷射器喷嘴处流体线速度为95m/s。
加氢处理过程中控制反应体系温度为150℃,体系压力为4MPa。
本发明相比现有技术具有以下优点:
1、本发明采用喷射回路反应器进行有机液体储氢工艺,可明显减少加氢时间,提高生产效率。
2、本发明仅采用粉末型催化剂即能达到较好的催化效果,不涉及催化剂成型,节约催化剂生产成本,并且催化剂利用率(单位时间单位质量催化剂转化的反应物)高。
3、本发明采用的反应器体积小,大大降低了生产投资成本。
附图说明
图1为本发明采用氧化铝载体的XRD图谱;
图2为本发明采用氧化铝载体的孔容孔径分布图;
图3为本发明液体有机物储氢工艺的加氢反应路线;
图4为本发明液体有机物储氢工艺用喷射回路反应器的结构示意图;
图5为图4中文丘里喷射器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明N-乙基咔唑加氢反应(如图3所示)采用回路反应器进行间歇式反应。回路反应器包括反应釜1、循环泵4、热交换器3和文丘里喷射器2四部分,如图4所示。
反应器工作时,循环泵启动。反应液体在回路中大流量循环,文丘里喷射器2高速喷射,在工作喷嘴处形成负压,使得气体(氢气)被吸进文丘里喷射器中。反应釜1的顶部一侧设有支管与进气口相连,在局部可形成气路循环。文丘里喷射器中形成具有大比表面积的微小气泡,增大气液接触,加快反应速度。文丘里喷射器下端位于液面以下,气液固混合物料和反应釜内物料进行冲击,起到促进分散混合的效果,促进反应进一步进行。物料从反应釜底端经循环泵4进入热交换器,从反应釜1顶端进入文丘里喷射器2。热交换器3移走或提供反应过程中放出或吸收的热量,控制反应温度波动±1℃。随着反应进行,反应物逐渐减少,生成物逐渐增多,待反应完全结束,从反应釜底端排出生成物。
本专利中热交换器可采用管式换热器或板式换热器。
针对一定压力温度条件下具体的某一化学反应过程,文丘里喷射器的设计结构尺寸极大的影响了反应物质之间相互分散接触的效果,从而最终影响化工生产效率。结合图3,本专利中文丘里喷射器2,具体由渐缩管形状的进口段21、喷嘴24、混合段22、扩散段23以及气室26等多部分组成。如图5所示,气室26的侧面设有气体循环管25,并与反应釜1顶部相连,提供局部范围的气体循环空间。
N-乙基咔唑加氢的初始阶段,将1,4-二氧杂环己烷(无溶剂参与的反应中,1,4-二氧杂环己烷不加入)加入反应釜中,再将N-乙基咔唑和Pd/Al2O3催化剂粉末充分混合,混合均匀一起经进料口加入回路反应器的反应釜内通过进气口向反应器中通入H2至体系压力2MPa,开启循环泵4使釜内液体缓慢流动,放空,重复6次置换回路反应器内空气,升温至预设反应温度(升温时间约10min)后立即充入H2至反应压力,并调节循环泵4至流速达到一定值,记为反应开始时间。
反应结束时,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min)。放空釜内气体,放出釜内液体,过滤分离,取液体进行气相色谱分析,得到N-乙基咔唑的转化率和产物选择性。
以下实施例中Pd/Al2O3催化剂粉末:
氧化铝载体来自金陵石化烷基苯厂,直径1-2mm球形,研细后使用,SBET=211m2/g,孔容0.9cm3/g,孔径15.1nm(如图1、2所示);
用浸渍法制备负载型Pd/Al2O3催化剂。称取氧化铝粉末,加入到一定体积的PdCl2盐酸水溶液中,不断搅拌,80℃水浴中加热蒸干,120℃空气干燥12h,500℃空气焙烧2h,后经500℃(空气+水蒸汽)混合气脱氯处理6h,得Pd/Al2O3催化剂,其中Pd元素占Al2O3的质量分数为2%。
实施例1
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L 1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑300g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末20g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度150℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力4MPa,调节循环泵4至流速95m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为4MPa,温度为150±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为95m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:2.3:4:350:1250,扩散段开口角度为20°,如图5所示。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率98.8%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性99.6%,催化剂利用率即每克催化剂每分钟处理量1.57g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.42g(耗氢量0.42%)。
实施例2
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L 1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑200g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末10g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度140℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力3.4MPa,调节循环泵4至流速80m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为3.4MPa,温度为140±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为80m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:1.5:2.5:300:1000,扩散段开口角度为16°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率80.3%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性87.4%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量1.49g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.22g(耗氢量0.22%)。
实施例3
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L 1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑200g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末15g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度145℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力3.6MPa,调节循环泵4至流速90m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为3.6MPa,温度为145±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为90m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:2:3:350:1100,扩散段开口角度为18°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率84.9%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性88.9%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量1.07g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.23g(耗氢量0.23%)。
实施例4
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L 1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑400g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末30g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度155℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力3.8MPa,调节循环泵4至流速100m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为3.8MPa,温度为155±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为100m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:2.5:5:380:1400,扩散段开口角度为23°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率97.7%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性94.1%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量1.3g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.53g(耗氢量0.53%)。
实施例5
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑550g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末45g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度160℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力4MPa,调节循环泵4至流速110m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为4MPa,温度为160±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为110m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:3:6:400:1500,扩散段开口角度为25°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率98%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性91.2%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量1.16g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.70g(耗氢量0.70%)。
实施例6
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L 1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑550g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末45g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度160℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力3MPa,调节循环泵4至流速110m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为3MPa,温度为160±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为110m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:3:6:400:1500,扩散段开口角度为25°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率94.2%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性85.7%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量1.05g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.65g(耗氢量0.65%)。
对比例7
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L 1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑550g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末45g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2.6MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度160℃(升温时间约10min),调节循环泵4至流速110m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为2.6MPa,温度为160±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为110m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:3:6:400:1500,扩散段开口角度为25°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率72.3%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性78.9%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量0.74g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.55g(耗氢量0.55%)。
从实施例5、实施例6、对比例7可以看出,随着反应压力的降低,N-乙基咔唑转化率降低,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性降低,催化剂利用率降低,单位原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)的耗氢量降低。
实施例8
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L 1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑450g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末35g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度155℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力4MPa,调节循环泵4至流速105m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为4MPa,温度为155±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为105m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:3:6:400:1450,扩散段开口角度为24°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率97%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性93.3%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量1.24g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.58g(耗氢量0.58%)。
对比例9
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入4L 1,4-二氧杂环己烷,N-乙基咔唑450g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末35g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度155℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力4MPa,调节循环泵4至流速105m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为4MPa,温度为155±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为105m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:3:6:250:1450,扩散段开口角度为24°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率75.3%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性85.4%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量0.88g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.47g(耗氢量0.47%)。
从实施例8、对比例9可以看出,随着文丘里喷射器混合段长度的降低,N-乙基咔唑转化率降低,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性降低,催化剂利用率降低,单位原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)的耗氢量降低。
实施例10
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入100℃的熔融N-乙基咔唑800g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末80g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度150℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力4MPa,调节循环泵4至流速95m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为4MPa,温度为150±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为95m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:2.3:4.5:350:1300,扩散段开口角度为20°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率95.5%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性398.8%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量1.00g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(熔融的N-乙基咔唑)消耗氢5.83g(耗氢量5.83%)。
实施例11
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入100℃的熔融N-乙基咔唑500g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末50g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度140℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力4MPa,调节循环泵4至流速85m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为4MPa,温度为140±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为85m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:1.5:2.5:300:1000,扩散段开口角度为16°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率83.4%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性85.3%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量0.76g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(熔融的N-乙基咔唑)消耗氢4.75g(耗氢量4.75%)。
实施例12
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入100℃的熔融N-乙基咔唑700g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末70g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度145℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力4MPa,调节循环泵4至流速90m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为4MPa,温度为145±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为90m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:2:3.2:350:1150,扩散段开口角度为20°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率86.9%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性94.6%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量0.87g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(熔融的N-乙基咔唑)消耗氢5.20g(耗氢量5.20%)。
实施例13
向5L的回路反应器(反应釜体积5L),加入100℃的熔融N-乙基咔唑1000g以及2wt%的Pd/Al2O3催化剂粉末100g。通过进气口向反应器中通入氢气至体系压力为2MPa,开启循环泵,使反应釜内液体缓慢流动,放空,重复六次置换回路反应器内空气升温至预设反应温度155℃(升温时间约10min)后立即充入氢气至反应压力4MPa,调节循环泵4至流速105m/s,记为反应时间。反应过程中,控制连续反应釜的氢气压力恒定为4MPa,温度为155±1℃。反应10min,立即降低循环泵4流速并迅速降温至室温(降温时间约3min),放空后取液体产物分析计算转化率及选择性。
反应过程中,文丘里喷射器喷嘴处线速度控制为105m/s,详细设计尺寸具体为进口段开口内径D1:喷嘴内径D2:气室收口内径D3:混合段长度L1:扩散段长度L2的比例为34:2.8:5.2:400:1450,扩散段开口角度为24°。反应产物经气相色谱分析,N-乙基咔唑转化率95%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性97.6%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量0.98g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(熔融的N-乙基咔唑)消耗氢5.77g(耗氢量5.77%)。
从实施例10-13可以看出,当无溶剂参与时,每克原料液(熔融的N-乙基咔唑)的耗氢量为的耗氢量大大提升,储氢密度和储运便利性上具有极大的优势。
对比例15(反应釜加氢)
采用向2L反应釜中加入400mL1,4-二氧杂环己烷,30gN-乙基咔唑,2gPd/Al2O3(采用与本发明实施例1相同的催化剂Pd/Al2O3粉末),升温至预设温度140℃,氢气压力7MPa(氢气顶住压力,即未关闭氢气气路阀门),反应时间时间3h,冷却降温,卸压取样分析,N-乙基咔唑转化率97.8%,产物十二氢-N-乙基咔唑选择性89.6%,催化剂利用率-即每克催化剂每分钟处理量0.078g十二氢-N-乙基咔唑/(g·min),耗氢量-即每100克原料液(N-乙基咔唑和1,4-二氧杂环己烷的混合溶液)消耗氢0.40g(耗氢量为0.40%)。
Claims (10)
1.一种液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述储氢方法采用喷射回路反应器,以粉末型Pd/Al2O3为催化剂,对N-乙基咔唑进行加氢处理;所述回路反应器中文丘里喷射器的进口段开口内径:喷嘴内径:气室收口内径:混合段长度:扩散段长度的比例为34:(1.5~3):(2.5~6):(300~400):(1000~1500),扩散段的开口角度为15°~25°。
2.根据权利要求1所述的液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述加氢处理过程中控制反应体系温度为140~160℃,体系压力为3~4MPa,文丘里喷射器喷嘴处流体线速度控制在80~110m/s。
3.根据权利要求2所述的液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述粉末型Pd/Al2O3催化剂中Pd负载量为2wt%;所述N-乙基咔唑与粉末型Pd/Al2O3催化剂的用量比例为10~20g:1g。
4.根据权利要求2所述的液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述液体有机物快速储氢方法包括如下步骤:向回路反应器中加入熔融N-乙基咔唑、以及Pd/Al2O3催化剂粉末,向体系中通入氢气完成空气置换,升温至反应温度后,立即充入氢气至反应压力,同时调节文丘里喷射器喷嘴处流体线速度,进行加氢反应;整个反应过程中无溶剂参与,同时维持反应体系的压力和温度,至加氢反应完成。
5.根据权利要求4所述的液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述回路反应器中文丘里喷射器的进口段开口内径:喷嘴内径:气室收口内径:混合段长度:扩散段长度的比例为34:2.3:4.5:350:1300,扩散段的开口角度为20°;反应过程中控制文丘里喷射器喷嘴处流体线速度为95m/s。
6.根据权利要求5所述的液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述加氢处理过程中控制反应体系温度为150℃,体系压力为4MPa。
7.根据权利要求2所述的液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述液体有机物快速储氢方法包括如下步骤:向回路反应器中加入1,4-二氧杂环己烷、N-乙基咔唑、以及Pd/Al2O3催化剂粉末,向体系中通入氢气完成空气置换,升温至反应温度后,立即充入氢气至反应压力,同时调节文丘里喷射器喷嘴处流体线速度,进行加氢反应;整个反应过程维持反应体系的压力和温度,至加氢反应完成。
8.根据权利要求7所述的液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述回路反应器中文丘里喷射器的进口段开口内径:喷嘴内径:气室收口内径:混合段长度:扩散段长度的比例为34:2.3:4:350:1250,扩散段的开口角度为20°;反应过程中控制文丘里喷射器喷嘴处流体线速度为95m/s。
9.根据权利要求8所述的液体有机物快速储氢方法,其特征在于,所述加氢处理过程中控制反应体系温度为150℃,体系压力为4MPa。
10.N-乙基咔唑加氢用文丘里喷射器,其特征在于,所述文丘里喷射器的进口段开口内径:喷嘴内径:气室收口内径:混合段长度:扩散段长度的比例为34:(1.5~3):(2.5~6):(300~400):(1000~1500),扩散段的开口角度为15°~25°。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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