CN214261816U - 一种用于液态有机物脱氢的反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氢能储运及应用技术领域，公开了一种用于液态有机物脱氢的反应器，包括含有主体部的壳体，所述主体部的顶端设置上顶盖，下部连接下封头；所述主体部的内侧设置催化床，所述催化床内填充脱氢催化剂；所述主体部的内壁上设置有进料口；所述下封头上设置排液口，所述上顶盖上设置排气口；所述壳体的外表面设置安装有加热器的夹套。本实用新型通过采用多层催化床，并通过加热器给壳体内加热，为反应器在脱氢过程创造80～200℃的温度环境，使得液态有机物能够持续不断发生脱氢反应，并将氢气释放出来供给氢燃料电池等用氢装置，反应器的整体结构简单、体积较小，脱氢效率也较高。

Description

一种用于液态有机物脱氢的反应器

技术领域

本实用新型涉及氢能储运及应用技术领域，更具体的说，特别涉及一种用于液态有机物脱氢的反应器。

背景技术

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。

现有技术针对液态有机物脱氢，大多关注液态有机物脱氢系统或脱氢方法或脱氢催化剂，即使针对液态有机物脱氢的反应器，其脱氢效率低、结构复杂，体积也较大。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种用于液态有机物脱氢的反应器，整体结构简单、体积较小，脱氢效率也较高。

为了解决以上提出的问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供一种用于液态有机物脱氢的反应器，包括含有主体部的壳体，所述主体部的顶端设置上顶盖，下部连接下封头；所述主体部的内侧设置催化床，所述催化床内填充脱氢催化剂；所述主体部的内壁上设置有进料口；所述下封头上设置排液口，所述上顶盖上设置排气口；所述壳体的外表面设置安装有加热器的夹套。

进一步地，所述主体部的高度范围内平行设置有所述催化床，每层催化床通过支架与对应的下一层进行连接；每层催化床的底部设置不锈钢的丝网，用于承载所述脱氢催化剂。

进一步地，所述催化床采用5～20层，相邻两层催化床之间的间距为10～100mm；所述脱氢催化剂颗粒的直径为0.1～3mm，每层装填高度为10～50mm。

进一步地，所述夹套采用电加热夹套，位于所述主体部和下封头的外表面，所述加热器采用防爆电加热器，用于对所述壳体内的液体进行加热，所述加热器还连接温控装置。

进一步地，所述夹套外部包裹保温材料，用于对壳体内的液体进行保温。

进一步地，所述保温材料采用纳米纤维保温材料或喷涂隔热保温涂料。

进一步地，所述壳体的主体部为直筒段，其与上顶盖之间通过法兰连接，其与所述下封头的连接部位设置不锈钢的孔板，所述不锈钢孔板位于所述催化床下方。

进一步地，所述孔板上的孔径为3～10mm，相邻孔之间呈正三角形排列。

进一步地，所述反应器采用不锈钢制承压反应釜，所述上顶盖、主体部和下封头均采用不锈钢材质。

进一步地，所述上顶盖上还设置有用于保护反应器的安全阀、用于测量壳体内压力的测压口、以及用于测量壳体内温度的测温口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的用于液态有机物脱氢的反应器，通过采用多层催化床，并通过加热器给壳体内加热，为反应器在脱氢过程创造80～200℃的温度环境，使得液态有机物能够持续不断发生脱氢反应，并将氢气释放出来供给氢燃料电池等用氢装置，反应器的整体结构简单、体积较小，脱氢效率也较高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本实用新型用于液态有机物脱氢的反应器的整体结构示意图。

图2为本实用新型中不锈钢孔板的局部示意图。

附图标记说明如下：1-壳体、2-上顶盖、3-下封头、4-催化床、5-进料口、6-排液口、7-排气口、8-夹套、9-安全阀、10-测压口、11-测温口。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。

本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1所示，本实用新型提供一种用于液态有机物脱氢的反应器，该反应器包括含有主体部的壳体1，所述主体部的顶端设置上顶盖2，下部连接下封头3；所述主体部的内侧设置催化床4，所述催化床4内填充脱氢催化剂。所述主体部的内壁上设置有进料口5，所述下封头3上设置排液口6，所述上顶盖2上设置排气口7。所述壳体1的外表面设置安装有加热器的夹套8。

进一步地，所述主体部的高度范围内平行设置有所述催化床4，每层催化床4通过支架与对应的下一层进行连接。具体的，所述催化床4采用5～20层，相邻两层催化床4的间距为10～100mm。

本实用新型实施例中，所述催化床4的数量太少，或相邻两层催化床4的间距太大的话，都会影响壳体1内液态有机物脱氢反应的效果，而数量太多或间距太小，又会影响反应器的整体结构，因此本实用新型实施例催化床4采用5～20层平行设置，相邻两层的间距优选为10～100mm，其数量和间距可以根据实际需要进行调整，这样在保证壳体1内液态有机物能够可靠进行脱氢反应的情况下，使得反应器的整体结构简单、体积小。

进一步地，每层所述催化床的底部设置不锈钢的丝网，可以避免被腐蚀，用于承载脱氢催化剂颗粒。具体的，本实用新型实施例中，所述催化床4为圆柱状，所采用的脱氢催化剂颗粒的直径为0.1～3mm，每层装填高度为10～50mm，可以使得液态有机物与脱氢催化剂能够充分接触，从而确保脱氢反应进行彻底。

进一步地，所述夹套8采用电加热夹套，位于所述主体部和下封头3的外表面，所述加热器采用防爆电加热器，用于对所述壳体1内的液体进行加热，所述加热器连接温控装置。具体的，所述加热器的功率为3～15kW，当加热器满功率运行时，反应器壳体1内液体可被加热至＞200℃，将加热器与温控装置连接，通过精确温度调节，使得反应器能够长期稳定工作于80～200℃环境，能够为脱氢反应提供稳定的温度环境，保证脱氢反应的可靠性和有效性。

进一步地，所述夹套8外部包裹保温材料，用于对壳体1内的液体进行保温，所述保温材料采用纳米纤维保温材料或喷涂隔热保温涂料。本实用新型实施例中，由于所述壳体1内的脱氢反应为吸热反应，需要维持恒定的高温环境，通过所述夹套8外部设置保温材料，可以避免所述壳体1通过夹套8向外部环境释放热量导致热量损失，保证了壳体1内液态有机物脱氢反应的可靠性和稳定性。

进一步地，所述壳体1的主体部为直筒段，其与上顶盖2之间通过法兰连接，其与所述下封头3的连接部位设置不锈钢的孔板，所述不锈钢孔板位于所述催化床4下方。

具体的，所述孔板上的孔径为3～10mm，相邻孔呈正三角形排列，参阅图2所示，孔A、B、C之间呈正三角形，可以保证所述壳体1内的液体在与所述催化床4上脱氢催化剂充分接触后，能够顺利、可靠地通过不锈钢孔板，并从排液口6排除。所述孔板上设置的孔数量太多、孔径太大，则液体流出排液口6的速度过快，无法保证其与脱氢催化剂实现充分接触；而数量太少、孔径太小，则影响排液速度，并影响反应器的工作效率。

进一步地，所述反应器采用不锈钢制承压反应釜，所述上顶盖2、主体部和下封头3均采用不锈钢材质，其直径为200～1500mm，容积为0.05～1.2m³。本实用新型实施例中，由于碳钢易于受到腐蚀，而且不能与壳体1内的物料直接接触，选择不锈钢作为反应器的材料，优选为316L不锈钢，其可长时间接触有机介质，从而保证整个反应器脱氢反应的可靠性和有效性。

进一步地，所述上顶盖2上还设置有用于保护反应器的安全阀9、用于测量壳体1内压力的测压口10、用于测量壳体1内温度的测温口11，通过设置所述安全阀9、测压口10和测温口11，可以保证所述壳体1内液体反应的可靠性和安全性。具体的，所述测压口10上安装压力表或压力变送器来进行测压，所述测温口11上安装铂电阻或热电偶，并与显示仪表连接来实现测温。

本实用新型实施例中，所述反应器的整体形状和尺寸可以根据实际需要进行调整，即所述主体部和下封头3的形状可以根据实际需要进行相应的调整，其尺寸可以根据实际需要进行相应的增大或减小。

本实用新型实施例中，通过进料口5将有机液体输入反应器的壳体1内，输入完成后，开启加热器进行加热，使壳体1内部开始升温，当温度达到80～100℃时，有机液体在脱氢催化剂颗粒的催化作用下，脱氢反应开始发生，并将反应器的排液口6排出的液体循环至反应器的进料口5。所述壳体1内继续升温，脱氢反应速度变快，气体源源不断通过反应器顶部的排气口10释放，并根据反应程度以及氢气产量不断调节反应器壳体1内的温度。

下面通过具体实施例来进一步说明本实用新型提供的用于液态有机物脱氢的反应器。

实施例一

该反应器采用不锈钢制承压反应釜，所述壳体1的容积为0.24m³，其主体部为直筒段，所述主体部的直径为500mm。所述主体部的顶端设置不锈钢的上顶盖2，下部连接不锈钢的下封头3。

所述催化床4采用8层平行设置在所述主体部的高度范围内，每层催化床4通过支架与对应的下一层进行连接，相邻催化床之间的间距为50mm。每层催化床4为圆柱状，其底部设置不锈钢的丝网，用于承载脱氢催化剂颗粒，所述脱氢催化剂颗粒的直径为0.5mm，每层催化剂的装填高度为50mm。

反应器壳体1的主体部和封头3的外表面设置电加热的夹套8，夹套8内安装防爆电的加热器，加热器功率为5kW。所述夹套8的外部还包裹纳米纤维的保温材料。将加热器与温控装置连接，通过精确温度调节，使得反应器长期稳定工作于80～200℃环境。所述壳体1的主体部与下封头3的连接部位设置不锈钢的孔板，所述孔板的孔径为5mm，相邻孔呈正三角形排列，孔间距为15mm；所述不锈钢孔板位于所述催化床4下方。

所述主体部的侧壁上设置有进料口5，所述下封头3上设置排液口6，所述上顶盖2上设置有排气口6、安全阀9、测压口10、测温口11。反应器底部的排液口6通过高温循环泵与反应器顶部的进料口5相连，反应器顶部的排气口6与气体冷却器相连，气体冷却器下游依次设置气液分离器和气体流量计。

上述中，通过高温循环泵将储罐中有机液体输入所述反应器的壳体1内。液体输入完成后，开启防爆电加热器，使得反应器壳体1的内部开始升温，当温度达到80～100℃时，脱氢反应开始发生。通过高温循环泵将反应器内液体自反应器的排液口6循环至反应器的进料口5，循环流量约为1L/min。

所述壳体1内继续升温，脱氢反应速度变快，气体源源不断通过反应器顶部排气口10释放，经气体冷却器冷却和气液分离后测量得到的氢气流量。根据反应程度以及氢气产量不断调节反应器壳体1内的温度，直到反应器壳体1内的温度达到200℃，直至反应结束，在此期间氢气流量最高达到200L/min。

实施例二

该反应器采用不锈钢制承压反应釜，所述壳体1的容积为1m³，其主体部为直筒段，所述主体部的直径为1000mm。

所述催化床4采用15层平行设置在所述主体部的高度范围内，相邻催化床之间的间距为80mm。每层催化床4为圆柱状，其底部设置不锈钢的丝网，用于承载脱氢催化剂颗粒，所述脱氢催化剂颗粒的直径为1mm，每层催化剂的装填高度为30mm。

反应器壳体1的主体部和封头3的外表面设置电加热的夹套8，夹套8内安装防爆电的加热器，加热器功率为10kW。所述夹套8的外部喷涂隔热的保温材料。将加热器与温控装置连接，通过精确温度调节，使得反应器长期稳定工作于80～200℃环境。所述壳体1的主体部与下封头3的连接部位设置不锈钢的孔板，所述孔板的孔径为8mm，相邻孔呈正三角形排列，孔间距为20mm；所述不锈钢孔板位于所述催化床4下方。

反应器底部的排液口6通过高温循环泵与反应器顶部的进料口5相连，反应器顶部的排气口6与气体冷却器相连，气体冷却器下游依次设置气液分离器和气体流量计。

上述中，通过高温循环泵将储罐中有机液体输入所述反应器的壳体1内。液体输入完成后，开启防爆电加热器，使得反应器壳体1的内部开始升温，当温度达到80～100℃时，脱氢反应开始发生。通过高温循环泵将反应器内液体自反应器的排液口6循环至反应器的进料口5，循环流量约为1L/min。

所述壳体1内继续升温，脱氢反应速度变快，气体源源不断通过反应器顶部排气口10释放，经气体冷却器冷却和气液分离后测量得到的氢气流量。根据反应程度以及氢气产量不断调节反应器壳体1内的温度，直到反应器壳体1内的温度达到200℃，直至反应结束，在此期间氢气流量最高达到200L/min。

上述实施例中，所述壳体1的尺寸越大，加热器的功率越大，在保证脱氢反应有效性的前提下，有机物脱氢反应的速率也就越大，提高了整个反应器的工作效率。

本实用新型提供的用于液态有机物脱氢的反应器，在压力为常压、温度为80～200℃时，采用喹啉、乙基咔唑、吡啶等作为液态有机物的关键材料，设置多层催化床4，并将钌、铑、铂、钯等贵金属中的一种或几种作为活性组分的脱氢催化剂，通过加热器给壳体1内加热，为反应器在脱氢过程创造80～200℃的温度环境，液态有机物持续发生脱氢反应，氢气向外持续释放，释放出来的氢气可以供给氢燃料电池等用氢装置，其整体结构简单、体积较小，脱氢效率也较高。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：包括含有主体部的壳体，所述主体部的顶端设置上顶盖，下部连接下封头；所述主体部的内侧设置催化床，所述催化床内填充脱氢催化剂；所述主体部的内壁上设置有进料口；所述下封头上设置排液口，所述上顶盖上设置排气口；所述壳体的外表面设置安装有加热器的夹套。

2.根据权利要求1所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述主体部的高度范围内平行设置有所述催化床，每层催化床通过支架与对应的下一层进行连接；每层催化床的底部设置不锈钢的丝网，用于承载所述脱氢催化剂。

3.根据权利要求2所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述催化床采用5～20层，相邻两层催化床之间的间距为10～100mm；所述脱氢催化剂颗粒的直径为0.1～3mm，每层装填高度为10～50mm。

4.根据权利要求1所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述夹套采用电加热夹套，位于所述主体部和下封头的外表面，所述加热器采用防爆电加热器，用于对所述壳体内的液体进行加热，所述加热器还连接温控装置。

5.根据权利要求1所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述夹套外部包裹保温材料，用于对壳体内的液体进行保温。

6.根据权利要求5所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述保温材料采用纳米纤维保温材料或喷涂隔热保温涂料。

7.根据权利要求1所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述壳体的主体部为直筒段，其与上顶盖之间通过法兰连接，其与所述下封头的连接部位设置不锈钢的孔板，所述不锈钢孔板位于所述催化床下方。

8.根据权利要求7所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述孔板上的孔径为3～10mm，相邻孔之间呈正三角形排列。

9.根据权利要求1所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述反应器采用不锈钢制承压反应釜，所述上顶盖、主体部和下封头均采用不锈钢材质。

10.根据权利要求1所述的用于液态有机物脱氢的反应器，其特征在于：所述上顶盖上还设置有用于保护反应器的安全阀、用于测量壳体内压力的测压口、以及用于测量壳体内温度的测温口。

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