CN215234077U - 一种新型高效有机液体脱氢板式反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型高效有机液体脱氢板式反应器，所述反应器内设置有板式反应区，所述板式反应区包括用板片隔断的数个反应通道和数个供热区，反应通道和供热区平行间隔排列，所述反应通道内填充脱氢催化剂，液态氢油进入反应器后通过反应通道进行脱氢反应，由四周的供热区为反应提供热量，反应产物氢气和液态储油从反应器内排出。本申请的高效有机液体脱氢板式反应器，是利用板式反应器进行氢油脱氢反应，兼具板式反应器高传热系数的优点，可以实现加热介质(供热区)与脱氢反应通道的快速换热，实现同时换热以及氢油的脱氢反应。

Description

一种新型高效有机液体脱氢板式反应器

技术领域

本实用新型属于化工设备领域，特别涉及一种新型高效有机液体脱氢板式反应器。

背景技术

氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车及移动装置等领域有着广泛的应用前景。近10年来，美国、欧洲、日本等发达国家以及我国政府部门和企业投入了巨额资金来发展“氢能经济”，在大规模化氢制备、氢燃料电池等领域都有所突破。2015年世界主要汽车厂商(包括上汽)将批量生产氢燃料电池车。据美国能源部和美国工程院的预测，氢燃料电池车将在15年至20年之内取代现有燃油车及混合动力车，在全球汽车市场居主导地位。此外，氢能技术还可用于备用电源、储能、削峰填谷式并网发电及分布式供能、助燃及环境保护等领域。可以预见，当氢能技术迅速完成市场化进程融入人们的生活后，国家的能源危机以及环境压力将得到极大缓解。

氢能技术包括氢的规模制备、储存和运输、高效率使用以及配套基础设施的建设等环节，其中储存和运输,是安全有效的利用氢能是最关键技术之一。目前，工业上主要采用在-253℃的液化氢或350～700个大气压下高压氢等储运技术，高压氢或液化氢技术及其应用所需能耗是制氢成本的20倍以上，且存在泄漏或储氢罐压力过高等安全隐患。如果能够将氢分子吸附在某种载体上，实现常温常压下的安全储存，待使用时，能将氢在温和条件下，可控的释放，则可有效地，安全使用氢能。因此，全球主要的工业国家都在研发基于常温常压的液态有机储氢技术。以德国为例，开发的液态有机储氢技术能够实现较温和条件下的吸/放氢循环，但释放的氢气时含有毒害燃料电池的副产物气体产生，同时容量低及使用不方便等重要缺陷；日本目前正在研发基于甲苯等传统有机材料的储氢技术，但脱氢温度过高(大于300℃)，且同样存在副产物毒化燃料电池的问题。因而这两种储氢技术规模化应用受到制约。

中国地质大学(武汉)可持续能源实验室研究团队，在中组部第二批“千人计划”程寒松教授的带领下，在原美国工作基础上，通过长期的探索和研究，发现了一类液态有机共轭分子储氢材料，此类材料具有熔点低(目前开发的技术已低至-20℃)、闪点高(150℃以上)、并在自制高效催化剂作用下，释放气体纯度高(99.99％)、脱氢温度低(约150℃)等特点，且循环寿命高(2000次以上)、可逆性强，并且不产生一氧化碳等毒害燃料电池的气体。作为氢的载体，这类材料在使用过程中始终以液态方式存在，可以像石油一样在常温常压下储存和运输，完全可利用现有汽油输送方式和加油站构架。本项目首次提出了将常温常压下的液态储氢材料脱氢释放的氢气直接进入燃料电池或内燃机系统的储氢与燃料电池或内燃机一体化技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对液态储氢材料，提供一种新型高效有机液体脱氢板式反应器。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种新型高效有机液体脱氢板式反应器，所述反应器内设置有板式反应区，所述板式反应区包括用板片隔断的数个反应通道和数个供热区，反应通道和供热区平行间隔排列，所述反应通道内填充脱氢催化剂，液态氢油进入反应器后通过反应通道进行脱氢反应，由两侧的供热区为反应提供热量，反应产物氢气和液态储油从反应器内排出。

进一步的，板式反应区的顶部设置有第一滤网板，用于固定脱氢催化剂。

进一步的，反应器内设置有分布板，所述分布板位于反应器底部液态氢油入口与板式反应区之间，分布板上设置有孔径为0.1～0.5mm的通孔，通孔的分布对应反应通道的分布，液态氢油通过分布板的通孔均匀的进入不同的反应通道。

进一步的，板式反应区与分布板之间设置有第二滤网板，用于固定脱氢催化剂。

进一步的，脱氢催化剂涂敷在板片上或填装在反应通道内进行固定。

进一步的，供热区采用加热介质进行加热，所述加热介质为高温烟气、导热油或蒸汽。

进一步的，反应器底部设置有液态氢油入口，并在入口处设置有预热器，液态氢油被预热后进入板式反应区反应。

进一步的，反应器内还设置有丝网除沫器，位于反应器的顶部，对反应产物氢气和液态储油进行气液分离，气体从上部排出反应器，液体从侧面排出反应器。

进一步的，板片的表面压制有波浪纹、人字纹、斜波纹或凸点纹。

进一步的，反应器的最外部采用双层腔体，双层腔体夹层内流动热介质。

本申请的高效有机液体脱氢板式反应器，是利用板式反应器进行氢油脱氢反应，兼具板式反应器高传热系数的优点，可以实现加热介质(供热区)与脱氢反应通道的快速换热，实现同时换热以及氢油的脱氢反应。利用本申请的反应器，可以方便实现单个反应器的脱氢，也可以是多个反应器串联多级脱氢，每级反应器的脱氢产率可以根据实际使用需求而定。

附图说明

图1是实施例高效有机液体脱氢板式反应器的结构剖面图。

图2是实施例高效有机液体脱氢板式反应器局部示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

液态储氢载体(即液态储油)是一种可在常温常压下呈现液态的储氢体系，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。

进一步地，储氢组分选自杂环不饱和化合物，杂环不饱和化合物中的杂原子为N、S、O及P中的一种或多种。

进一步地，杂环不饱和化合物中杂环和芳环的总数为1～20，杂原子的总数为1～20。

进一步地，相对于液态储氢体系的总质量而言，低熔点化合物的质量分数为5～95％。

进一步地，液态储氢体系还包括加氢添加剂，加氢添加剂为极性溶剂和/或非极性溶剂。

进一步地，相对于每克储氢组分而言，加氢添加剂的加入量为0.1～10mL。

进一步地，不同的储氢组分分别选自苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、苯乙炔、蒽、萘、芴、苯胺、咔唑、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、吲哚、N-甲基吲哚、N-乙基吲哚、N-丙基吲哚、喹啉、异喹啉、吡啶、吡咯、呋喃、苯并呋喃、噻吩、嘧啶及咪唑所组成的组及其衍生物。

进一步地，极性溶剂选自乙醇、甲醇、乙醚、甲醚、乙腈、乙酸乙酯、甲酰胺、异丙醇、正丁醇、二氧六环、正丁醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿及二氯乙烷中的一种或多种。

进一步地，非极性溶剂选自正己烷、正戊烷、环己烷、均三甲苯、二硫化碳、石油醚及四氯化碳中的一种或多种。

进一步地，储氢体系还包括脱氢添加剂，脱氢添加剂选自十氢化萘、均三甲苯、石油醚及苯醚中的一种或多种。

进一步地，相对于每克储氢组分而言，脱氢添加剂的加入量为0.1～10mL。

液态储氢载体在加氢催化剂的作用下进行加氢化学反应生成液态氢源材料(即液态氢油)，液态氢源材料在脱氢催化剂的作用下进行脱氢化学反应还原为液态储氢载体。

一种新型高效有机液体脱氢板式反应器，反应器内设置有板式反应区，板式反应区包括用板片隔断的数个反应通道和数个供热区，反应通道和供热区平行间隔排列。反应通道内填充脱氢催化剂，液态氢油进入反应器后通过反应通道进行脱氢反应，由两侧的供热区为反应提供热量，反应产物氢气和液态储油从反应器内排出。

一个实施例，板式反应区的顶部设置有第一滤网板，用于固定脱氢催化剂。

一个实施例，反应器内设置有分布板，分布板位于反应器底部液态氢油入口与板式反应区之间，分布板上设置有孔径为0.1～0.5mm的通孔，通孔的分布对应反应通道的分布，液态氢油通过分布板的通孔均匀的进入不同的反应通道。

一个实施例，板式反应区与分布板之间设置有第二滤网板，用于固定脱氢催化剂。

一个实施例，脱氢催化剂涂敷在板片上或填装在反应通道内进行固定。

一个实施例，供热区采用加热介质进行加热，加热介质为高温烟气、导热油或蒸汽。

一个实施例，反应器底部设置有液态氢油入口，并在入口处设置有预热器，液态氢油被预热后进入板式反应区反应。

一个实施例，反应器内还设置有丝网除沫器，位于反应器的顶部，对反应产物氢气和液态储油进行气液分离，气体从上部排出反应器，液体从侧面排出反应器反应产生的氢气通过丝网除沫器后排出反应器。为了防止气体从液体口排出，还需设置液位控制。

一个实施例，板片表面压制有波浪纹，人字纹，斜波纹或凸点纹。

一个实施例，反应器的最外部采用双层腔体，双层腔体夹层内流动热介质。

一个实施例，如图1和2所示的新型高效有机液体脱氢板式反应器，反应器最外部采用双层腔体1，双层腔体夹层内流动热介质。反应器的底部设置有液态氢油入口2。顶部设置有氢气出口3。双层腔体内从液态氢油入口到氢气出口依次设置有预热器4、分布板5、板式反应区6和丝网除沫器7。

预热器可以为电加热形式，可以为管道形式(通热介质)。

板式反应区包括用板片隔断的数个反应通道8和数个供热区9，反应通道和供热区平行间隔排列。反应通道内填充脱氢催化剂，板式反应区的顶部和底部分别设置有第一滤网板10和第二滤网板11，用于固定脱氢催化剂。板片的表面设置有波浪纹、人字纹或斜波纹。反应器轴向方向设置多个装填口，能快速方便装填催化剂。供热区采用加热介质进行加热，加热介质为高温烟气、导热油或蒸汽。可方便选用多种加热介质进行加热，余热利用可以大大提高整体系统的能量效率。

如图2所示分布板位于反应器底部，分布板上设置有孔径为0.1～0.5mm的通孔，通孔的分布对应反应通道的分布，液态氢油通过分布板的通孔均匀的进入不同的反应通道。反应通道间距一般为8～15mm；热侧通道根据加热介质的不同间距不同，采用导热油间距可与反应通道一致；采用烟气或蒸汽，间距需适当增加，保证较小的压损。

丝网除沫器位于反应器的顶部，对反应产物氢气和液态储油进行气液分离，气体从上部排出反应器，液体从侧面排出反应器(储油出口12)。丝网的设置能有效减少氢气的带液量。丝网除沫器集成在反应器内部，第一能有效提高气液分离效率；第二分离的液体滴落至反应区，进一步提高反应效率。

液态氢油进入反应器后，先被预热，然后通过分布板被均匀的送入反应通道进行脱氢反应，由四周的供热区为反应提供热量，反应产物氢气和液态储油从反应区排出后液态储油从一侧排出，氢气通过丝网除沫器后排出反应器。填装口设置在近滤网板处，滤网板与反应通道构成的板片之间有一定距离，保证可以填装催化剂，更为特殊地，滤网板一侧抬高，有效减小供热侧无法达到的区域催化剂的量。

本实用新型将板式换热器应用于固定床反应，通过滤网板的设置解决了催化剂的装填问题，通过集成丝网除沫器和液体分布器，更为高效地进行传质。这样集成了高效的传质和传热，使得反应产率和收率得到极大提高。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述反应器内设置有板式反应区，所述板式反应区包括用板片隔断的数个反应通道和数个供热区，反应通道和供热区平行间隔排列，所述反应通道内填充脱氢催化剂，液态氢油进入反应器后通过反应通道进行脱氢反应，由两侧的供热区为反应提供热量，反应产物氢气和液态储油从反应器内排出。

2.根据权利要求1所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述板式反应区的顶部设置有第一滤网板，用于固定脱氢催化剂。

3.根据权利要求1所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述反应器内设置有分布板，所述分布板位于反应器底部液态氢油入口与板式反应区之间，分布板上设置有孔径为0.1～0.5mm的通孔，通孔的分布对应反应通道的分布，液态氢油通过分布板的通孔均匀的进入不同的反应通道。

4.根据权利要求3所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述板式反应区与分布板之间设置有第二滤网板，用于固定脱氢催化剂。

5.根据权利要求3所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述脱氢催化剂涂敷在板片上或填装在反应通道内进行固定。

6.根据权利要求1所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述供热区采用加热介质进行加热，所述加热介质为高温烟气、导热油或蒸汽。

7.根据权利要求1所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述反应器底部设置有液态氢油入口，并在入口处设置有预热器，液态氢油被预热后进入板式反应区反应。

8.根据权利要求1所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述反应器内还设置有丝网除沫器，位于反应器的顶部，对反应产物氢气和液态储油进行气液分离，气体从上部排出反应器，液体从侧面排出反应器。

9.根据权利要求1所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述板片的表面压制有波浪纹、人字纹、斜波纹或凸点纹。

10.根据权利要求1所述的新型高效有机液体脱氢板式反应器，其特征在于：所述反应器的最外部采用双层腔体，双层腔体夹层内流动热介质。

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