CN219898077U - 一种吸氢管式反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种吸氢管式反应器，包括有机液体原料罐、列管反应器、油浴加热器和产物罐，列管反应器的反应腔两端分别与油浴加热器的进液口和出液口连接，反应腔内设置有并联的多个反应列管，反应列管内设置有加氢催化剂，有机液体原料罐的出液口与反应列管的进口连接，反应列管的进口与氢气供给端连接，反应列管的出口与产物罐的进料口连接。本实用采用并联的反应列管群，适应不同的产量需求，提高反应效率，同时增加反应器内部的换热面积，提高换热效率，降低能耗。

Description

一种吸氢管式反应器

技术领域

本实用新型属于有机液体储氢技术领域，具体涉及一种吸氢管式反应器。

背景技术

有机液体储氢是一种新型的氢气储存技术，相比传统的高压氢气储存和液态氢气储存技术，它具有更高的能量密度、更安全可靠、更易于储存和运输等优点。有机液体载体在加氢过程中，需要用到加氢催化剂，而且需在较高的温度和氢压下进行，对反应器有一定的要求。为了能够大批量生产含氢的有机液体，有机液体载体就必须在反应器中不断流动，并在催化剂的作用下，持续地与氢气发生反应。同时，有机液体载体在反应器内应有足够的停留时间，保证有机液体载体有良好的氢化产率。

目前而言，列管式固定床反应器能够很好地满足以上有机液体载体加氢过程的需求。然而在实际生产过程中，往往受限于催化剂的性能，有机液体在反应器的列管中的逗留时间一般都比较长，才能保证含氢有机液体的氢化程度，因此反应器的列管长度都设计得比较长，相对应的催化剂装填量也随之增加，增加生产成本。另外，有机液体的加氢过程是一个放热过程，释放的热量在局部区域会产生较高的温升，产生积热，当温度过高时会使催化剂的活性和循环寿命降低。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供一种吸氢管式反应器，以解决现有有机液体加氢设备体积庞大、应用成本高和反应积热的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种吸氢管式反应器，包括有机液体原料罐、列管反应器、油浴加热器和产物罐，列管反应器的反应腔两端分别与油浴加热器的进液口和出液口连接，反应腔内设置有并联的多个反应列管，反应列管内设置有加氢催化剂，有机液体原料罐的出液口与反应列管的进口连接，反应列管的进口与氢气供给端连接，反应列管的出口与产物罐的进料口连接。

本实用采取上述技术方案的有益效果是：氢气供给端的氢气和有机液体原料罐内的有机液体通过反应列管的进口进入反应列管中，在反应列管中的加氢催化剂作用下，发生吸氢反应，所得产物则从反应列管的出口进入产物罐中。油浴加热器将导热油导入列管反应器的反应腔内，从而与反应腔内的反应列管进行换热。通过将反应腔设置多个并联的反应列管，可有效缩短列管反应器的长度，防止设备体积庞大。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，油浴加热器上设置有用于调节导热油的温度和进液速度的温控器，反应列管中设置有测温热电偶，温控器与测温热电偶通信连接。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：温控器可根据测温热电偶获得数据，调节油浴加热器的加热功率和进液口阀门，从而调节导热油的温度和进液速度，进行调节反应列管中温度。

进一步，反应腔的底部设置有预热共混腔，预热共混腔内设置有加氢催化剂。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：氢气和有机液体在进入反应腔之前，先进入预热共混腔内，有机液体和氢气互混，通过催化剂完成预热和预吸氢过程。预热共混腔既能起到原料预热，又能辅助发生吸氢反应，提高了系统含氢有机液体的产率。

进一步，反应腔的顶部设置有缓冲腔，缓冲腔的底部与反应腔的顶部之间设置有用于固定催化剂的夹持式过滤板，预热共混腔的顶部与反应腔的底部之间设置有用于固定催化剂的催化剂支撑网。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：夹持式过滤板和催化剂支撑网用于将反应腔内催化剂进行固定。

进一步，反应列管的顶部和底部分别与夹持式过滤板和催化剂支撑网接触，夹持式过滤板和催化剂支撑网的网孔直径为0.5~5μm。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：通过将反应列管的顶部和底部分别与夹持式过滤板和催化剂支撑网接触，可防止催化剂被带出反应列管。

进一步，反应腔的侧壁顶部设置有导热油入口，反应腔的侧壁底部设置有导热油出口，导热油入口与导热油出口分别与油浴加热器的出液口和进液口连接，反应列管的进口和出口分别设置于反应腔的底部和顶部。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：通过将油浴加热器的出液口与进液口分别设置于反应腔顶部和底部，将反应列管的进口和出口分别设置于反应腔的底部和顶部，使得反应腔内导热油流向与有机液体反应物流向互为逆向，增加换热量。

进一步，反应列管的进口与氢气供给端之间设置有氢气流量计和缓冲罐，缓冲罐的进口与惰性气体供给端连接，惰性气体供给端与有机液体原料罐顶部的进气口和产物罐的顶部的进气口连接。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：惰性气体供给端用于在反应前将原料罐、列管反应器、产物罐和系统中所有气/液管路的空气排掉。

进一步，有机液体原料罐顶部设有气体放空阀，有机液体原料罐外壁上设置有恒温加热套，有机液体原料罐的出液口设置于有机液体原料罐底部，有机液体原料罐的出液口下端设置有排净口，有机液体原料罐的出液口与进料泵的入口连接，进料泵的出口与反应列管的进口连接。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：气体放空阀用于排出有机液体原料罐中的空气，恒温加热套用于使有机液体原料罐中的有机液体保持恒定温度，降低有机液体进液粘度，排净口用于将有机液体原料罐中的有机液体排出，进料泵用于将有机液体原料罐中的有机液体泵入反应列管中。

进一步，产物罐的顶部设置有排气口，产物罐的外壁上设置有恒温加热套，产物罐的底部设置有出液口，出液口与进料泵的入口连接，出液口与进料泵间的管路上设置有排液阀。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：排气口用于排出产物罐中的空气，恒温加热套用于使产物罐中含氢有机液体保持恒定温度。产物罐的出液口与进料泵的入口连接，使得含氢有机液体可以通过进料泵再次进入列管反应器中，进行吸氢循环式反应，提高产物含氢有机液体的氢化程度。排液阀可用于取样，用于后续检测含氢有机液体的氢化程度。

进一步，列管反应器与产物罐之间设置有换热器，换热器的进气口与列管反应器出口连接，换热器的出气口与产物罐的进料口连接，换热器的进液口和出液口分别与有机液体原料罐连接。

本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：换热器用于将高温含氢有机液体和高温氢气与有机液体原料罐中的有机液体载体进行热交换，增加了系统的热能利用效率，进一步降低系统能耗。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用采用共混式预热反应方式，有效利用了催化剂低温反应区域，提高含氢有机液体的氢化程度；

2、本实用采用并联的反应列管群，适应不同的产量需求，提高反应效率，同时增加反应器内部的换热面积，提高换热效率，降低能耗；

3、反应腔内导热油流向与有机液体反应物流向互为逆向，增加换热量，同时油浴加热器可通过温控器自主调节温度和进液速度，降低设备能耗，延长催化剂寿命；

4、系统中集成了换热器，增加了系统的热能利用效率，进一步降低系统能耗；

5、产物罐中的含氢有机液体可通过管路循环加氢，减少设备体积和催化剂用量，提高产物的氢化程度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中，1、氢气供给端，2、惰性气体供给端，3、有机液体原料罐，4、进料泵，5、列管反应器，6、油浴加热器，7、换热器，8、产物罐，9、反应列管，10、预热共混腔，11、缓冲腔，12、夹持式过滤板，13、催化剂支撑网，14、缓冲罐，15、氢气流量计。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

本实用新型的实施例中，如图1所示，提供了一种吸氢管式反应器，包括氢气供给端1、惰性气体供给端2、有机液体原料罐3、列管反应器5、油浴加热器6、换热器7和产物罐8。

列管反应器5包括从下向上设置的预热共混腔10、反应腔和缓冲腔11，预热共混腔10与反应腔、反应腔与缓冲腔11间通过法兰盘连接。反应腔内设置有并联的多个反应列管9，反应列管9的入口与预热共混腔10连通，反应列管9的出口与缓冲腔11连接。反应列管9内设置有加氢催化剂和测温热电偶。预热共混腔10内设置有加氢催化剂。缓冲腔11的底部与反应腔的顶部之间设置有用于固定催化剂的夹持式过滤板12，预热共混腔10的顶部与反应腔的底部之间设置有用于固定催化剂的催化剂支撑网13。夹持式过滤板12和催化剂支撑网13的网孔直径为0.5~5μm。反应列管9的顶部和底部分别与夹持式过滤板和催化剂支撑网通过焊接连接，可防止催化剂被带出反应列管。列管反应器5底部设置有用排放空气的放净口、用于进料的进口，列管反应器5顶部设置有用于出料的出口。

氢气供给端1用于供给氢气，氢气供给端1的出口与缓冲罐14的入口连接，缓冲罐14的出口与列管反应器5底部的进口连接。氢气供给端1的出口与缓冲罐14之间设置有用于监控氢气流量的氢气流量计15。惰性气体供给端2与缓冲罐14的进口、有机液体原料罐3顶部的进气口和产物罐8的顶部的进气口连接。

有机液体原料罐3顶部设有气体放空阀，有机液体原料罐3外壁上设套有恒温加热套，有机液体原料罐3的出液口设置于有机液体原料罐3底部，有机液体原料罐3的出液口下端设置有排净口，有机液体原料罐3的出液口与进料泵4的入口连接，进料泵4的出口与列管反应器5的进口连接。进料泵4的出口处设置有单向阀，防止液体或气体逆向进入而损坏进料泵4。

反应腔的侧壁顶部设置有导热油入口，反应腔的侧壁底部设置有导热油出口，导热油入口与导热油出口分别与油浴加热器6的出液口和进液口连接，从而使得导热油流向与有机液体反应物流向相反。油浴加热器6上设置有用于调节导热油的温度和进液速度的温控器，温控器与测温热电偶通信连接。

列管反应器5顶部的出口与换热器7的进气口连接，换热器7的出气口与产物罐8的进料口连接，换热器7的进液口和出液口分别与有机液体原料罐3连接，从而使得高温含氢有机液体和高温氢气可将热量传递给有机液体原料罐3中的有机液体。

产物罐8的顶部设置有排气口，产物罐8的外壁上套设有恒温加热套。产物罐8的底部设置有出液口，出液口与进料泵4的入口连接，从而使得含氢有机液体可以通过进料泵再次进入列管反应器中，进行吸氢循环式反应，提高产物含氢有机液体的氢化程度。出液口与进料泵4间的管路上设置有排液阀，可用于取样检测含氢有机液体的氢化程度。

系统工作前，列管反应器5中的反应列管9和预热共混腔10中填充满吸氢催化剂，吸氢催化剂为Ru基贵金属催化剂或Ni基非贵金属催化剂。同时，有机液体原料罐3中装有一定量的有机液体载体，以备进行吸氢反应。惰性气体供给端2的惰性气体可为氮气、氩气中的一种。

系统工作时，先打开惰性气体供给端2的气体阀门，排掉有机液体原料罐3、列管反应器5、换热器7、产物罐8和系统所有气/液管路的空气。然后打开油浴器加热6，使列管反应器5中的导热油达到预设温度（120~200℃）。氢气供给端1先调成4~6MPa的压力，然后打开阀门，让氢气充满列管反应器5中的多个反应列管9和系统后段的气/液管道。接着，有机液体原料罐3中的有机液体通过进料泵4打入列管反应器5的预热共混腔10内，同时氢气供给端1调整成6~10MPa的压力，阀门设置为打开状态，氢气同步进入列管反应器5的预热共混腔10内，有机液体和氢气互混，通过催化剂导热完成预热和预吸氢过程。预热后的有机液体和氢气进入反应列管9中，在吸氢催化剂作用下发生吸氢反应。吸氢后的有机液体和氢气通过换热器7，与有机液体原料罐3中的有机液体载体进行热交换，完成热交换的高含氢有机液体和氢气进入产物罐8。含氢有机液体可以通过可通过产物罐8的排液口取样，测试当前含氢有机液体的氢化程度。根据氢化程度可选择将产物罐8的出液口打开，使产物罐8中的有机液体再次通过进料泵4进入列管反应器5，进行吸氢循环式反应，以提高产物含氢有机液体的氢化程度。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种吸氢管式反应器，其特征在于：包括有机液体原料罐（3）、列管反应器（5）、油浴加热器（6）和产物罐（8），所述列管反应器（5）的反应腔两端分别与所述油浴加热器（6）的进液口和出液口连接，所述反应腔内设置有并联的多个反应列管（9），所述反应列管（9）内设置有加氢催化剂，所述有机液体原料罐（3）的出液口与所述反应列管（9）的进口连接，所述反应列管（9）的进口与氢气供给端（1）连接，所述反应列管（9）的出口与所述产物罐（8）的进料口连接。

2.根据权利要求1所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述油浴加热器（6）上设置有用于调节导热油的温度和进液速度的温控器，所述反应列管（9）中设置有测温热电偶，所述温控器与所述测温热电偶通信连接。

3.根据权利要求1所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述反应腔的底部设置有预热共混腔（10），所述预热共混腔（10）内设置有加氢催化剂。

4.根据权利要求3所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述反应腔的顶部设置有缓冲腔（11），所述缓冲腔（11）的底部与所述反应腔的顶部之间设置有用于固定催化剂的夹持式过滤板（12），所述预热共混腔（10）的顶部与所述反应腔的底部之间设置有用于固定催化剂的催化剂支撑网（13）。

5.根据权利要求4所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述反应列管（9）的顶部和底部分别与所述夹持式过滤板（12）和所述催化剂支撑网（13）接触，所述夹持式过滤板（12）和所述催化剂支撑网（13）的网孔直径为0.5~5μm。

6.根据权利要求1所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述反应腔的侧壁顶部设置有导热油入口，所述反应腔的侧壁底部设置有导热油出口，所述导热油入口与所述导热油出口分别与所述油浴加热器（6）的出液口和进液口连接，所述反应列管（9）的进口和出口分别设置于所述反应腔的底部和顶部。

7.根据权利要求1所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述反应列管（9）的进口与氢气供给端（1）之间设置有氢气流量计（15）和缓冲罐（14），所述缓冲罐（14）的进口与惰性气体供给端（2）连接，所述惰性气体供给端（2）与有机液体原料罐（3）顶部的进气口和所述产物罐（8）的顶部的进气口连接。

8.根据权利要求1所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述有机液体原料罐（3）顶部设有气体放空阀，所述有机液体原料罐（3）外壁上设置有恒温加热套，所述有机液体原料罐（3）的出液口设置于所述有机液体原料罐（3）底部，所述有机液体原料罐（3）的出液口下端设置有排净口，所述有机液体原料罐（3）的出液口与进料泵（4）的入口连接，所述进料泵（4）的出口与所述反应列管（9）的进口连接。

9.根据权利要求8所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述产物罐（8）的顶部设置有排气口，所述产物罐（8）的外壁上设置有恒温加热套，所述产物罐（8）的底部设置有出液口，所述出液口与所述进料泵（4）的入口连接，所述出液口与所述进料泵（4）间的管路上设置有排液阀。

10.根据权利要求1所述的吸氢管式反应器，其特征在于：所述列管反应器（5）与所述产物罐（8）之间设置有换热器（7），所述换热器（7）的进气口与所述列管反应器（5）出口连接，所述换热器（7）的出气口与所述产物罐（8）的进料口连接，所述换热器（7）的进液口和出液口分别与所述有机液体原料罐（3）连接。