一种适用于液态氢源材料的脱氢反应的刮膜式降膜反应器的制作方法

本发明属于脱氢技术领域，具体涉及一种适用于液态氢源材料的脱氢反应的刮膜式降膜反应器。

背景技术

氢能源因具有来源丰富、可再生、能量密度高和燃烧清洁等特点，被认为是为21世纪最具发展潜力的能源。氢能系统主要包括氢源开发、储氢、输氢和氢的利用技术等，其中，储氢是氢能有效利用的关键所在。有机液体储氢技术以其储氢量大、能量密度高、液态储运安全方便等优点引起了很多国家的关注,该技术有望在未来氢能储运中发挥重要作用。

有机液体氢化物储氢是借助某些不饱和的烃类(苯、甲苯、萘等)与氢气的一对可逆反应(脱氢反应和脱氢反应)来实现的。脱氢反应实现氢的储存(化学键合)，脱氢反应实现氢的释放。有机液体氢化物储氢技术具有储氢量大，储存、运输、维护、保养安全方便，便于利用现有储油和运输设备，可多次循环使用等优点。有机液体储氢有两个方向具有应用前景。一是应用于氢燃料电池汽车，汽车在加油站加注环烷烃，在车内脱氢供给给氢燃料电池，芳烃再返回加油站脱氢生产环烷烃，实现循环利用，达到绿色环保的目的。另一个应用就是利用储氢实现能源的跨季节跨地区储存和运输。氢能丰富时，通过芳烃脱氢储存氢气；氢能需求时，通过脱氢工厂脱氢。

现有技术的脱氢反应器在进行脱氢时，会出现返混现象，而降低了产物的纯度，而且进行脱氢后，还需再外加一个气液分离器对氢气进行气液分离处理，增加了脱氢处理的成本。

技术实现要素：

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氢源材料的脱氢反应的刮膜式降膜反应器，具有连续化生产，压降小，无需外置气液分离器，无轴向返混等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于液态氢源材料的脱氢反应的刮膜式降膜反应器，包括反应器本体，反应器本体上部的侧壁在圆周方向上设有进液孔，反应器本体上部在进液孔的上方设有排气管，反应器本体的底部设有排液孔，反应器本体在进液孔处设有液体分布器，液体分布器让液体从进液孔均匀地进入到反应器本体内，反应器本体内壁涂覆有脱氢催化剂，反应器本体外壁设有保温夹套，反应器本体上设有刮膜装置，刮膜装置包括驱动单元和搅拌轴，搅拌轴竖向地设置反应器本体内，搅拌轴由驱动单元驱动转动，搅拌轴在进液孔下方设有桨叶，桨叶的外端面与反应器本体内壁留有间隙，桨叶旋转后将落入间隙的液体刮成一层均匀的液膜；所述反应器本体内在桨叶的上方设有让氢气穿过的除沫器。

本发明的作用原理：液态氢源材料由进液孔输入刮膜式降膜反应器，具体地液体分布器让液体从进液孔均匀地进入到反应器本体内，液态氢源材料沿反应器本体内壁向下流，催化剂反应壁流下，刮膜桨叶在驱动单元的带动下将液态氢源材料沿催化剂反应壁刮成一层均匀的液膜，达到液体均匀分布和一定程度上的强化传质的作用；液态氢源材料在指定反应温度下与反应器本体内壁上的脱氢催化剂作用下发生脱氢反应成为储氢载体，脱氢反应为吸热反应，保温夹套为脱氢反应提供热量，储氢载体达到反应器本体的底部，由排液孔排出反应器；脱氢反应生成的氢气在压力作用下由反应器本体的排气管排出，由于氢气是从液体状的氢源材料中产出的，可能氢气中会夹带少量的液滴，氢气在排出反应器本体前，氢气先穿过除沫器，夹带在氢气上的液滴会吸附于除沫器之上，从而实现气液分离。

本发明刮膜式降膜反应器有着极大的反应面积，脱氢反应为液态氢源材料与催化剂作用产生氢气，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比涂覆有催化剂的内壁都是提供脱氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；而且本发明刮膜式降膜反应器的液体向下流动，气体向上流动，轴向无返混现象，提高了产物的纯度，降低后期分离成本；本发明的桨叶旋转后将落入间隙的液态氢源材料刮成一层均匀的液膜，从而使得液态氢源材料均匀分布，增加液态氢源材料和反应器本体内壁催化剂的接触面积，达到强化传质传热的作用；氢气在排出反应器本体前，氢气先穿过除沫器，夹带在氢气上的液滴会吸附于除沫器之上，从而实现气液分离。

作为本发明的一种改进，所述除沫器为钢丝过滤网。

作为本发明一种改进，所述液体分布器为固定在进液孔所在反应器本体外壁的环形容器，反应器本体上部的侧壁沿圆周方向设有若干个进液孔，环形容器上设有进液管。

作为本发明一种改进，所述反应器本体的下部设有液体收集装置，液体收集装置与反应器本体排液孔相连通，液体收集装置上设有排液管。

进一步地，所述液体收集装置为固定在反应器本体下部外部的环形容器，环形容器设有排液管，所述反应器本体的下部沿圆周方向设有多个排液孔。

作为本发明一种改进，所述驱动单元为搅拌电机，搅拌电机设置在反应器本体顶面，所述搅拌电机的输出轴通过磁性联轴器与搅拌轴相连接，具体地，搅拌电机的输出轴与磁性联轴器的外磁体连接，搅拌轴与磁性联轴器的内磁体连接。

作为本发明一种改进，所述桨叶包括支臂及刮板，支臂内端固定在搅拌轴上，刮板固定在支臂外端，且刮板的外端面与反应器本体内壁相平行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明刮膜式降膜反应器有着极大的反应面积，脱氢反应为液态氢源材料与催化剂作用产生氢气，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比涂覆有催化剂的内壁都是提供脱氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；

2、本发明刮膜式降膜反应器的液体向下流动，气体向上流动，轴向无返混现象，提高了产物的纯度，降低后期分离成本；

3、本发明的桨叶旋转后将落入间隙的液态氢源材料刮成一层均匀的液膜，从而使得液态氢源材料均匀分布，增加液态氢源材料和反应器本体内壁催化剂的接触面积，达到强化传质传热的作用；

4、氢气在排出反应器本体前，氢气先穿过除沫器，夹带在氢气上的液滴会吸附于除沫器之上，从而实现气液分离，无需外置气液分离器，降低脱氢成本。

附图说明

图1为本发明适用于液态氢源材料的脱氢反应的刮膜式降膜反应器的示意图。

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1，一种适用于液态氢源材料的脱氢反应的刮膜式降膜反应器，包括反应器本体10，反应器本体10上部的侧壁在圆周方向上设有进液孔11，反应器本体10上部在进液孔11的上方设有排气管12，反应器本体10的底部设有排液孔13，反应器本体10在进液孔11处设有液体分布器20，液体分布器20让液体从进液孔11均匀地进入到反应器本体10内，反应器本体10内壁涂覆有脱氢催化剂，反应器本体10外壁设有保温夹套30；

反应器本体10上设有刮膜装置40，刮膜装置40包括驱动单元41和搅拌轴42，搅拌轴42竖向地设置反应器本体10内，搅拌轴42由驱动单元41驱动转动，搅拌轴42在进液孔11下方设有桨叶，桨叶的外端面与反应器本体10内壁留有间隙，桨叶旋转后将落入间隙的液体刮成一层均匀的液膜；

所述反应器本体10内在桨叶的上方设有让氢气穿过的除沫器50。

本发明的作用原理：液态氢源材料由进液孔输入刮膜式降膜反应器，具体地液体分布器让液体从进液孔均匀地进入到反应器本体内，液态氢源材料沿反应器本体内壁向下流，催化剂反应壁流下，刮膜桨叶在驱动单元的带动下将液态氢源材料沿催化剂反应壁刮成一层均匀的液膜，达到液体均匀分布和一定程度上的强化传质的作用；液态氢源材料在指定反应温度下与反应器本体内壁上的脱氢催化剂作用下发生脱氢反应成为储氢载体，脱氢反应为吸热反应，保温夹套为脱氢反应提供热量，储氢载体达到反应器本体的底部，由排液孔排出反应器；脱氢反应生成的氢气在压力作用下由反应器本体的排气管排出，由于氢气是从液体状的氢源材料中产出的，可能氢气中会夹带少量的液滴，氢气在排出反应器本体前，氢气先穿过除沫器，夹带在氢气上的液滴会吸附于除沫器之上，从而实现气液分离。

本发明刮膜式降膜反应器有着极大的反应面积，脱氢反应为液态氢源材料与催化剂作用产生氢气，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比涂覆有催化剂的内壁都是提供脱氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；而且本发明刮膜式降膜反应器的液体向下流动，气体向上流动，轴向无返混现象，提高了产物的纯度，降低后期分离成本；本发明的桨叶旋转后将落入间隙的液态氢源材料刮成一层均匀的液膜，从而使得液态氢源材料均匀分布，增加液态氢源材料和反应器本体内壁催化剂的接触面积，达到强化传质传热的作用；氢气在排出反应器本体前，氢气先穿过除沫器，夹带在氢气上的液滴会吸附于除沫器之上，从而实现气液分离。

在本实施例中，所述除沫器50为钢丝过滤网。夹带在氢气上的液滴会吸附于钢丝过滤网之上，而氢气则通过钢丝过滤网。

在本实施例中，所述液体分布器20为固定在进液孔11所在反应器本体外壁的环形容器，反应器本体10上部的侧壁沿圆周方向设有若干个进液孔11，环形容器上设有进液管21。储氢载体先通过进液管进入到环形容器内，再由环形容器再分布后从若干个进液孔进入到反应器本体内，同时形成若干个储氢载体进入点，提高液体的均匀程度。

在本实施例中，所述反应器本体10的下部设有液体收集装置60，液体收集装置60与反应器本体排液孔13相连通，液体收集装置60上设有排液管。具体地，所述液体收集装置60为固定在反应器本体10下部外部的环形容器，环形容器设有排液管61，所述反应器本体的下部沿圆周方向设有多个排液孔。将液体收集装置设置为环形容器的结构，能增加收集面积，更加有效收集液体，而且可以在反应器本体下部四周都设有排液孔，可以使得液体流动更加均匀。

在本实施例中，所述驱动单元41为搅拌电机，搅拌电机设置在反应器本体10顶面，所述搅拌电机的输出轴通过磁性联轴器45与搅拌轴42相连接，具体地，搅拌电机的输出轴与磁性联轴器45的外磁体连接，搅拌轴42与磁性联轴器45的内磁体连接。通过磁性联轴器的连接方式，可以减少在反应器本体的开孔，增强反应器本体的气密性；因加氢反应为体积缩小反应，压力越高反应效果越好，同时体系内有氢气存在，密封难度相当大，使用磁力感应传动，电机输出轴与下部的搅拌轴不直接接触，密封性有了相当大的保障。

在本实施例中，所述桨叶包括支臂43及刮板44，支臂43内端固定在搅拌轴42上，刮板44固定在支臂43外端，且刮板44的外端面与反应器本体40内壁相平行。刮板在搅拌轴的带动下旋转，旋转后的刮板将落入到刮板的外端面与反应器本体内壁之间间隙的液体刮成一层均匀的液膜，为使刮膜效果更好，刮板为长度方向与反应器本体内壁相平行的长板条，板条越长形成的刮膜面积越大，刮膜效果越好。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明刮膜式降膜反应器有着极大的反应面积，脱氢反应为液态氢源材料与催化剂作用产生氢气，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比涂覆有催化剂的内壁都是提供脱氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；

2、本发明刮膜式降膜反应器的液体向下流动，气体向上流动，轴向无返混现象，提高了产物的纯度，降低后期分离成本；

3、本发明的桨叶旋转后将落入间隙的液态氢源材料刮成一层均匀的液膜，从而使得液态氢源材料均匀分布，增加液态氢源材料和反应器本体内壁催化剂的接触面积，达到强化传质传热的作用；

4、氢气在排出反应器本体前，氢气先穿过除沫器，夹带在氢气上的液滴会吸附于除沫器之上，从而实现气液分离，无需外置气液分离器，降低脱氢成本。

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。