CN211837829U - 自热式脱氢反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自热式脱氢反应装置，涉及脱氢反应装置领域，解决了脱氢反应能量损耗大、装置体积大、脱氢效率低的技术问题，其技术方案要点是将自热反应腔、温控腔和脱氢反应腔全部都集成设计到一个脱氢反应单元里，使用上端板、下端板和紧固件对多个串联堆叠的脱氢反应单元进行固定，组装成脱氢反应装置。自热反应腔通过氢气和空气的化学反应产生热量，再通过隔离薄壁将热量传递给温控腔，温控腔通过导热剂流动对流换热将热量传导到脱氢反应腔，为脱氢反应持续提供所需的热量。整个过程能量损耗小，减少了热传导过程中额热量损失，装置体积小，功率密度高，脱氢能量效率高。
Description
技术领域
本公开涉及脱氢反应装置领域，尤其涉及一种自热式脱氢反应装置。
背景技术
脱氢本质是制氢，获得氢能，也可以用于含氢尾气及尾液处理，其反应过程是使含有氢原子的液体或者气体通过一定温度的反应堆，通过催化的方式使材料中的氢脱离，形成氢气溢出。
脱氢反应是一个吸热反应，如果要获得稳定的氢气流量，必须保证反应堆能够持续不断的提供脱氢所需的热量。现有脱氢反应装置的供热系统、温控系统和反应系统一般都是分开设置的，反应过程中热传导能量损失较大，从而影响了整体的脱氢效率。
实用新型内容
本公开提供了一种自热式脱氢反应装置，达到降低能量损失提高脱氢效率的技术目的。
本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种自热式脱氢反应装置，包括至少一个脱氢反应单元、上端板、下端板和紧固件，所述上端板、下端板分别与所述脱氢反应单元的顶部、底部连接，所述紧固件紧固所述上端板和下端板以及上、下端板之间的至少一个所述脱氢反应单元；
所述脱氢反应单元包括自热反应腔、温控腔和脱氢反应腔，所述温控腔设在所述自热反应腔和所述脱氢反应腔之间，所述自热反应腔和所述温控腔通过隔离薄壁连接；
所述自热反应腔包括自热腔反应流场，与氢气/空气混合气体进口和氢气/空气混合气体出口连接，且所述自热腔反应流场表面涂有燃烧催化剂涂层；
所述温控腔包括温控腔流场，与导热剂入口和冷却液出口连接；
所述脱氢反应腔包括脱氢腔流场，与含氢液体/气体入口和含氢液体/气体出口连接，且所述脱氢腔流场表面涂有脱氢催化剂涂层；
所述氢气/空气混合气体进口、氢气/空气混合气体出口、导热剂入口、冷却液出口、含氢液体/气体入口、含氢液体/气体出口都设在所述上端板上。
进一步地，所述自热反应腔、温控腔和脱氢反应腔均由耐高温密封材料密封；所述温控腔的密封材料为酚醛树脂胶粘剂或环氧树脂胶粘剂，所述自热反应腔和所述脱氢反应腔的密封材料为氟橡胶密封圈或石墨密封材料。
进一步地，所述自热腔流场的流道槽深为0.5mm，槽宽2-3mm，脊宽0.5mm；
所述温控腔流场的流道槽深为0.4mm，槽宽1-2mm，脊宽0.7mm；
所述脱氢腔流场的流道槽深为0.7mm，槽宽1-2mm，脊宽0.5mm。
进一步地，所述自热腔流场、温控腔流场、脱氢腔流场的流场壁厚为0.5mm。
进一步地，所述燃烧催化剂涂层为2％～20％Pt-SiO2催化剂或2％～20％Pt-C催化剂，其中铂当量为0.03mg/cm2～0.1mg/cm2。
进一步地，所述导热剂为沸点300摄氏度以上的导热油。
进一步地，所述上端板和所述下端板为铝合金或钢制端板。
本公开的有益效果在于：本公开所述的脱氢反应装置将自热反应腔、温控腔和脱氢反应腔全部都集成设计在一个脱氢反应单元里，使用上端板、下端板和紧固件对至少一个脱氢反应单元进行固定，形成脱氢反应装置，该脱氢反应装置具有结构紧凑，热传导效率高，整体脱氢能源消耗低等特点。
含有氢的液体材料或气体材料从材料入口进入到脱氢反应腔，同时将氢气和空气按比例混合后通过泵到气体入口进入自然反应腔。自热反应腔通过氢气和空气的化学反应达到高温，再通过隔离薄壁将热量传递给温控腔，温控腔通过导热剂流动产生对流换热将热量传导到脱氢反应腔，为脱氢反应提供热量，从而维持脱氢反应持续进行，脱氢反应完成后，氢气和已脱氢的材料从材料出口导出进入氢气分离装置。
整个过程能量损耗小，脱氢效率高。
附图说明
图1为脱氢反应装置结构示意图；
图2为脱氢反应装置俯视示意图；
图3自热反应腔剖面图；
图4温控腔剖面图；
图5脱氢反应腔剖面图；
图中：1-脱氢反应单元；2-上端板；3-下端板；4-紧固件；100-自热腔流场；101-气体进口；102-气体出口；200-温控腔流场；201-导热剂入口；202-冷却液出口；300-脱氢腔流场；301-材料入口；302-材料出口。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开技术方案进行详细说明。在本公开的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“下端”、“之间”、“顶部”、“底部”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公开和简化描述，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。
另外，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为脱氢反应装置结构示意图，如图1所示，脱氢反应装置包括至少一个脱氢反应单元、上端板、下端板和紧固件，上端板、下端板分别与多个堆叠在一起的脱氢反应单元连接，紧固件可通过装夹力设在上端板上，紧固上端板和下端板以及上、下端板之间的至少一个脱氢反应单元，紧固件可以是紧固螺栓等。图1是多个脱氢反应单元的组合，脱氢反应单元可以用石墨或不锈钢或钛合金制造，上端板和下端板为铝合金端板或钢制端板
脱氢反应单元包括自热反应腔、温控腔和脱氢反应腔，温控腔设在自热反应腔和脱氢反应腔之间，自热反应腔和温控腔之间通过隔离薄壁连接。
自热反应腔包括自热腔反应流场、氢气/空气混合气体进口和氢气/空气混合气体出口口，且自热腔反应流场表面涂有燃烧催化剂涂层，该燃烧催化剂涂层为定量厚度的氢氧催化燃烧催化剂涂层，具体厚度可依据实际反应而定。同时，为了防止氢气/空气混合气体从自热反应腔泄露，采用密封结构将自热反应腔与外界和含氢液体/气体隔离。
温控腔包括温控腔流场、导热剂入口和冷却液出口；脱氢反应腔包括脱氢腔流场、含氢液体/气体入口和含氢液体/气体出口，且脱氢腔流场表面涂有脱氢催化剂涂层，脱氢催化剂涂层的厚度也根据实际反应情况而定
燃烧催化剂涂层分布在自热腔反应流场的流道上，为2％～20％Pt-SiO2催化剂或2％～20％Pt-C催化剂,其中，铂当量为0.03mg/cm2～0.1mg/cm2；该燃烧催化剂可以降低氢氧反应活化能，促进氢氧反应进行，由于氢氧反应是一个放热反应，故反应过程会产生大量的热量。另外，脱氢催化剂涂层使用的催化剂为JM公司生产的催化剂，可从市场购买获取；导热剂为沸点300摄氏度以上的导热油。
图2为脱氢反应装置俯视示意图，从图2可知，氢气/空气混合气体进口和氢气/空气混合气体出口、导热剂入口和冷却液出口、含氢液体/气体入口和含氢液体/气体出口都设在上端面上，氢气/空气混合气体进口和氢气/空气混合气体出口与自热腔反应流场连接，导热剂入口和冷却液出口与温控腔流场连接，含氢液体/气体入口和含氢液体/气体出口与脱氢腔流场连接。
自热反应腔、温控腔和脱氢反应腔均由密封材料密封，温控腔的密封材料为酚醛树脂胶粘剂或环氧树脂胶粘剂，自热反应腔和所述脱氢反应腔的密封材料为氟橡胶密封圈或石墨密封材料。
图3、图4、图5分别为自热反应腔剖面图、温控腔剖面图、脱氢反应腔剖面图。自热腔反应流场的流道槽深为0.5mm，槽宽2-3mm，脊宽0.5mm；温控腔流场的流道槽深为0.4mm，槽宽1-2mm，脊宽0.7mm；脱氢腔流场的流道槽深为0.7mm，槽宽1-2mm，脊宽0.5mm。自热腔流场、温控腔流场、脱氢腔流场的流场壁厚为0.5mm，脊宽为各流道凸出部分的宽度，流道沟槽凸出为脊，凹下为槽。
该自热式脱氢反应装置的工作原理为：含有氢的液体材料或气体材料从材料入口进入到脱氢反应腔，同时将氢气和空气按比例混合后通过泵到气体入口进入自然反应腔。氢气加空气混合物进入自热反应腔后，在燃烧催化剂涂层的催化作用下发生剧烈的化学无火燃烧，温度可以达到400度以上，这一剧烈化学反应产生的热量通过脱氢反应单元的隔离薄壁传递到温控腔，温控腔通过导热剂流动产生对流换热，然后热量传导到脱氢反应腔，为脱氢反应提供热量，从而维持脱氢反应持续进行，脱氢反应完成后，氢气和已脱氢的材料从材料出口导出。脱氢使用的材料比如有：醇类脱氢制氢，其他烷烃类或芳香烃化合物脱氢制氢。
以上为本公开示范性实施例，本公开的保护范围由权利要求书及其等效物限定。
Claims (7)
1.一种自热式脱氢反应装置，其特征在于，包括至少一个脱氢反应单元、上端板、下端板和紧固件，所述上端板、下端板分别与所述脱氢反应单元的顶部、底部连接，所述紧固件紧固所述上端板和下端板以及上、下端板之间的至少一个所述脱氢反应单元；
所述脱氢反应单元包括自热反应腔、温控腔和脱氢反应腔，所述温控腔设在所述自热反应腔和所述脱氢反应腔之间，所述自热反应腔和所述温控腔通过隔离薄壁连接；
所述自热反应腔包括自热腔反应流场，与氢气/空气混合气体进口和氢气/空气混合气体出口连接，且所述自热腔反应流场表面涂有燃烧催化剂涂层；
所述温控腔包括温控腔流场，与导热剂入口和冷却液出口连接；
所述脱氢反应腔包括脱氢腔流场，与含氢液体/气体入口和含氢液体/气体出口连接，且所述脱氢腔流场表面涂有脱氢催化剂涂层；
所述氢气/空气混合气体进口、氢气/空气混合气体出口、导热剂入口、冷却液出口、含氢液体/气体入口、含氢液体/气体出口都设在所述上端板上。
2.如权利要求1所述的自热式脱氢反应装置，其特征在于，所述自热反应腔、温控腔和脱氢反应腔均由耐高温密封材料密封；所述温控腔的密封材料为酚醛树脂胶粘剂或环氧树脂胶粘剂，所述自热反应腔和所述脱氢反应腔的密封材料为氟橡胶密封圈或石墨密封材料。
3.如权利要求2所述的自热式脱氢反应装置，其特征在于，所述自热腔反应流场的流道槽深为0.5mm，槽宽2-3mm，脊宽0.5mm；
所述温控腔流场的流道槽深为0.4mm，槽宽1-2mm，脊宽0.7mm；
所述脱氢腔流场的流道槽深为0.7mm，槽宽1-2mm，脊宽0.5mm。
4.如权利要求3所述的自热式脱氢反应装置，其特征在于，所述自热腔反应流场、温控腔流场、脱氢腔流场的流场壁厚为0.5mm。
5.如权利要求4所述的自热式脱氢反应装置，其特征在于，所述燃烧催化剂涂层为2％～20％Pt-SiO2催化剂或2％～20％Pt-C催化剂，其中铂当量为0.03mg/cm2～0.1mg/cm2。
6.如权利要求5所述的自热式脱氢反应装置，其特征在于，所述导热剂为沸点300摄氏度以上的导热油。
7.如权利要求1-6任一所述的自热式脱氢反应装置，其特征在于，所述上端板和所述下端板为铝合金或钢制端板。
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| CN201922046374.8U Active CN211837829U (zh) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 自热式脱氢反应装置 |
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- 2019-11-25 CN CN201922046374.8U patent/CN211837829U/zh active Active
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