CN108704600A - 一种适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器，包括反应器本体，反应器本体外设有为加氢反应保温的加热夹套，反应器本体顶部的设有排气管，反应器本体内设有位于排气管正下方的管道，管道悬空固定在反应器本体内，管道内形成液体下降通道，管道与反应器本体内壁之间的间隙形成气液混合上升通道，管道的侧壁上设有导流孔，导流孔处连接有导流管，导流管的自由端伸出至反应器本体外，反应器本体内壁和管道外壁上都涂覆有催化剂涂层；反应器本体底部设有进液装置，反应器本体底部在气液混合上升通道的正下方设有进气装置。本发明提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；本发明的密封性有了相当大的保障，降低密封成本。
Description
技术领域
本发明属于储氢技术领域，具体涉及一种适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器。
背景技术
氢气是无色无味的气体，着火能量仅为0.019mJ，属于甲类易燃气体，与空气混合能形成***混合物，***极限范围为4.1％～74.1％。氢气扩散性强，易泄漏并不易被察觉；密度低，易于在设备、容器和建构筑物顶部积聚，遇火种、热源即发生燃烧、***。
国内外的实践表明，氢能可广泛应用于燃料电池车辆、发电、储能，也可掺入天然气用于工业和民用燃气。氢能作为清洁的二次能源具有可规模化储存的特性，其广泛应用可部分替代石油和天然气，成为能源消费的重要组成部分，对应对气候变化和保障能源供应安全等具有一定的支撑作用。充分利用氢能的优势和特点，在中国风电、光电、水电富余或弃风、弃光、弃水较多的地区，以及城市电网峰、谷时段电力负荷差异较大的城市和地区，采用电解水制氢获得氢源，根据各地区的经济发展状况和工农业产品以及人民生活水平等因素，采取电-氢-电、电-氢-用或两者混合的模式，消纳和储存富余电力或峰段电力，有助于化解电力行业的结构性过剩电量的“瓶颈”。
虽然氢气具有广泛的能源替代前景，但由于氢气密度很低，当氢气向一个敞开的空间泄漏后，会迅速扩散，而汽油燃料泄漏后向地面滴落，还会渗入缝隙，燃烧迅速、猛烈，因此氢气反应对加氢反应器要求具有较高安全性和传热效率。并研究出很多种类的加氢反应器，但是现有使用的加氢反应器大多为间歇式反应器，无法实现连续性生产，装置放大不易，传质传热效果不佳，限制其应用范围。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器，具有连续化生产，气体停留时间长，靠气体自身搅动液体达到强化传质传热等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器，包括反应器本体，反应器本体外设有为加氢反应保温的加热夹套，反应器本体顶部的设有排气管，所述反应器本体内设有位于排气管正下方的管道，所述管道悬空固定在反应器本体内，所述管道内形成液体下降通道，所述管道与反应器本体内壁之间的间隙形成气液混合上升通道，所述管道的侧壁上设有导流孔，导流孔处连接有导流管，导流管的自由端伸出至反应器本体外，所述反应器本体内壁和管道外壁上都涂覆有催化剂涂层；所述反应器本体底部设有进液装置，所述反应器本体底部在气液混合上升通道的正下方设有进气装置，所述液态储氢载体从进液装置进入至反应器本体内，氢气从进气装置注入至反应器本体内并将液态储氢载体带入到气液混合上升通道。
本发明的作用原理：液态储氢载体由进液装置进入反应器本体的底部，氢气通过进气装置注入反应器本体，并将液态储氢载体带入到气液混合上升通道，在气液混合上升通道内氢气气泡破碎成小气泡与储氢载体混合均匀，液态储氢载体在指定反应温度下与气体里的氢气在反应器本体内壁和管道外壁的催化剂涂层作用下发生加氢反应成为氢源材料，气液混合物在气体的推动作用下向上流动；其中，加氢反应为放热反应，加热夹套为加氢反应保温，气液混合物经由上升通道到达反应器本体上部的气液分离区域，氢气气泡脱离氢源材料由排气管排出反应器本体，部分液体在重力和氢气的驱动力双重作用下在液体下降通道内下降至反应器本体底部与新的液态储氢载体混合，部分液体通过管道内的导液管排出反应器本体。
本发明降膜反应器有着极大的反应面积，加氢反应为氢气、储氢载体与催化剂气液固三相反应，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比，反应器本体内壁和管道外壁都涂覆有催化剂，都是提供加氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；本发明反应器本体内无动设备，因加氢反应为体积缩小反应，压力越高反应效果越好，密封性有了相当大的保障，降低密封成本；本发明采用加热夹套换热方式，因加氢反应为放热反应，故加热夹套的作用不仅是保持反应体系的温度，同时还可以带出部分反应热，防止体系飞温而导致的催化剂积碳失活，储氢载体结焦等问题。
作为本发明的一种改进，所述进液装置包括进液管，进液管插装固定在反应器本体底部且位于液体下降通道的正下方，进液管的上管口设有密封盖，进液管上侧壁的四周均匀开有进液孔。
作为本发明的一种改进，所述进气装置包括进气管和环形管，进气管固定在反应器本体底部，环形管固定在进气管内端，且环形管与进气管内端相连通，环形管顶壁上沿圆周方向开有多个出气孔，所述出气孔位于气液混合上升通道的正下方。
进一步地，所述加热夹套上设有热载体进口和热载体出口，所述热载体进口位于加热夹套的上部，所述热载体出口位于加热夹套的下部。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明反应器有着极大的反应面积，加氢反应为氢气、液体储氢载体与催化剂气液固三相反应，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比，反应器本体内壁和管道外壁都涂覆有催化剂，都是提供加氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；
2、本发明反应器本体内无动设备，因加氢反应为体积缩小反应，压力越高反应效果越好，密封性有了相当大的保障，降低密封成本；
3、本发明采用加热夹套换热方式，因加氢反应为放热反应，故加热夹套的作用不仅是保持反应体系的温度，同时还可以带出部分反应热，防止体系飞温而导致的催化剂积碳失活，储氢载体结焦等问题。
附图说明
图1为本发明适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器的示意图；
图2为本发明适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器进气装置环形管的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例
请参考图1至图2，一种适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器，包括反应器本体10，反应器本体10外设有为加氢反应保温的加热夹套20，反应器本体10顶部的设有排气管11；
所述反应器本体10内设有位于排气管11正下方的管道30，所述管道30悬空固定在反应器本体10内，所述管道30内形成液体下降通道70，所述管道30与反应器本体10内壁之间的间隙形成气液混合上升通道60，所述管道30的侧壁上设有导流孔31，导流孔31处连接有导流管32，导流管32的自由端伸出至反应器本体10外，所述反应器本体10内壁和管道30外壁上都涂覆有催化剂涂层；
所述反应器本体10底部设有进液装置40，所述反应器本体10底部在气液混合上升通道60的正下方设有进气装置50，所述液态储氢载体从进液装置40进入至反应器本体10内，氢气从进气装置50注入至反应器本体10内并将液态储氢载体带入到气液混合上升通道60。
本发明的作用原理：液态储氢载体由进液装置进入反应器本体的底部，氢气通过进气装置注入反应器本体，并将液态储氢载体带入到气液混合上升通道，在气液混合上升通道内氢气气泡破碎成小气泡与储氢载体混合均匀，液态储氢载体在指定反应温度下与气体里的氢气在反应器本体内壁和管道外壁的催化剂涂层作用下发生加氢反应成为氢源材料，气液混合物在气体的推动作用下向上流动；其中，加氢反应为放热反应，加热夹套为加氢反应保温，气液混合物经由上升通道到达反应器本体上部的气液分离区域，氢气气泡脱离氢源材料由排气管排出反应器本体，部分液体在重力和氢气的驱动力双重作用下在液体下降通道内下降至反应器本体底部与新的液态储氢载体混合，部分液体通过管道内的导液管排出反应器本体。
本发明降膜反应器有着极大的反应面积，加氢反应为氢气、液体储氢载体与催化剂气液固三相反应，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比，反应器本体内壁和管道外壁都涂覆有催化剂，都是提供加氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；本发明反应器本体内无动设备，因加氢反应为体积缩小反应，压力越高反应效果越好，密封性有了相当大的保障，降低密封成本；本发明采用加热夹套换热方式，因加氢反应为放热反应，故加热夹套的作用不仅是保持反应体系的温度，同时还可以带出部分反应热，防止体系飞温而导致的催化剂积碳失活，储氢载体结焦等问题。
在本实施例中，所述进液装置40包括进液管41，进液管41插装固定在反应器本体10底部且位于液体下降通道70的正下方，进液管41的上管口设有密封盖，进液管41上侧壁的四周均匀开有进液孔42。在进液管上侧壁均匀开有进液孔，可以使得液体分别喷射到气液混合上升通道的底部，再由气体带入到气液混合上升通道，流动更加均匀更加有效率。
在本实施例中，所述进气装置50包括进气管51和环形管52，进气管51固定在反应器本体10底部，环形管52固定在进气管51内端，且环形管52与进气管51内端相连通，环形管52顶壁上沿圆周方向开有多个出气孔53，所述出气孔53位于气液混合上升通道的正下方。开有多个出气孔的环形管将进入反应器内的气体重新分布，令气体均匀进入到反应器内，而且气体从进气管再由环形管输入至反应器本体内，可以增加气体的流速。
在本实施例中，所述加热夹套20上设有热载体进口21和热载体出口22，所述热载体进口21位于加热夹套20的上部，所述热载体出口22位于加热夹套20的下部。
所述催化剂涂层为先在催化剂反应壁内涂覆一层AlOOH溶胶，经过煅烧生成一层γ-Al2O3涂层，然后再在此涂层上再涂覆一层含有贵金属Pt、Rh、Ru、Pd和非贵金属Ni、Co、Mg、Ca、Fe其中的一种或者多种盐类作为前驱体，通过煅烧、还原得到贵金属Pt、Rh、Ru、Pd和非贵金属Ni、Co、Mg、Ca、Fe其中一种或者多元催化剂。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明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发明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，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器，包括反应器本体，反应器本体外设有为加氢反应保温的加热夹套，反应器本体顶部的设有排气管，其特征在于：所述反应器本体内设有位于排气管正下方的管道，所述管道悬空固定在反应器本体内，所述管道内形成液体下降通道，所述管道与反应器本体内壁之间的间隙形成气液混合上升通道，所述管道的侧壁上设有导流孔，导流孔处连接有导流管，导流管的自由端伸出至反应器本体外，所述反应器本体内壁和管道外壁上都涂覆有催化剂涂层；所述反应器本体底部设有进液装置，所述反应器本体底部在气液混合上升通道的正下方设有进气装置，所述液态储氢载体从进液装置进入至反应器本体内，氢气从进气装置注入至反应器本体内并将液态储氢载体带入到气液混合上升通道。
2.根据权利要求1所述的适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器，包括反应器本体，其特征在于：所述进液装置包括进液管，进液管插装固定在反应器本体底部且位于液体下降通道的正下方，进液管的上管口设有密封盖，进液管上侧壁的四周均匀开有进液孔。
3.根据权利要求1所述的适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器，包括反应器本体，其特征在于：所述进气装置包括进气管和环形管，进气管固定在反应器本体底部，环形管固定在进气管内端，且环形管与进气管内端相连通，环形管顶壁上沿圆周方向开有多个出气孔，所述出气孔位于气液混合上升通道的正下方。
4.根据权利要求1所述的适用于液态储氢载体的加氢反应的气升式环流反应器，包括反应器本体，其特征在于：所述加热夹套上设有热载体进口和热载体出口，所述热载体进口位于加热夹套的上部，所述热载体出口位于加热夹套的下部。
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