[发明专利]一种供热脱氢一体化反应器

说明书

本发明公开了一种氢气催化燃烧供热脱氢一体化反应器，包括储氢液体预反应腔、催化燃烧第一反应腔、储氢液体主反应腔和催化燃烧第二反应腔共四个腔室，四个腔室上部为混合气体分布腔，催化燃烧第一反应腔、储氢液体主反应腔及催化燃烧第二反应腔下部为脱氢液体汇流腔，储氢液体预反应腔和储氢液体主反应腔彼此相连构成脱氢反应腔，腔内装有催化剂分布基体材料和脱氢催化剂，催化燃烧第一反应腔和催化燃烧第二反应腔彼此相连构成氢气催化燃烧腔，腔内装有催化剂分布基体材料和氢气催化燃烧催化剂；该一体化反应器结构紧凑、能量效率高、安全可靠，可实现小型化自供热供氢，并且冷启动后可实现氢燃料自供给，无需外部大量携带。

技术领域

本发明属于氢气催化燃烧和储氢液体脱氢技术领域，特别是涉及一种供热脱氢一体化反应器。

背景技术

氢在利用过程中不产生温室气体和氮氧化物，是一种清洁的二次能源，因此被认为是解决资源枯竭和环境压力等问题的理想能源。然而氢能技术在规模制备、存储、运输和高效使用等环节仍存在一些问题，其中在常温常压下安全有效存储和运输是亟待攻克的关键技术之一，目前包括环己烷、十氢化萘和甲苯等液态储氢材料以储氢量高和安全性能好等储运优势得到广泛的研究，但是由于释放氢气的过程中均存在脱氢温度高的问题，严重制约其规模化应用。

目前常使用电加热或导热油加热等方式对液态储氢材料脱氢反应进行供热，需额外提供电加热装置或导热油炉，然而电加热存在着能耗大，导热油炉也存在着系统体积大、能量转化与热利用效率低的问题，不符合供氢装置小型化和高效化的要求。因此，解决问题的关键是如何实现预热、供热与脱氢反应的集成设计，减少中间环节的热量传递和散失、提高系统热效率，实现装置小型化和高效化。

在铂、钯和钌等贵金属催化剂作用下，氢气可以在较低温度下实现完全燃烧，产生的热量可以为脱氢反应供热。因此，基于氢的催化燃烧技术，设计一个一体化脱氢反应器，可将集预热、供热与脱氢反应于一体。由于预热、供热和脱氢反应集成设计，提高了系统热量利用效率和减小了系统体积，可实现催化燃烧供热反应器小型化。由于氢的低温催化燃烧，无需外部供热，可实现反应器的冷启动；氢气催化燃烧产生的热量传递给储氢液体发生脱氢反应，可实现在线制氢。反应器产生的氢气一部分供外界用氢设备使用，一部分返回一体化反应器的催化燃烧腔，实现燃料的自供给。

发明内容

本发明的目的是为了解决储氢液体脱氢反应中热效率低、系统体积庞大的问题，甚至是解决重整反应、加脱氢反应、原料预热等装置中供热装置热效率以及小型化的问题，提供了一种供热脱氢一体化反应器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种供热脱氢一体化反应器，包括从外侧到中心依次设置的储氢液体预反应腔、催化燃烧第一反应腔、储氢液体主反应腔和催化燃烧第二反应腔共四个腔室，相邻两个腔室之间通过金属壁面隔开互不连通，相邻腔室内流体通过并流或者逆流形式进行间壁换热；还包括位于四个腔室上部的混合气体分布腔和位于催化燃烧第一反应腔、储氢液体主反应腔及催化燃烧第二反应腔下部的脱氢液体汇流腔，所述的脱氢液体汇流腔底部设有脱氢后气液混合物出口，所述的混合气体分布腔内设有催化燃烧尾气腔，催化燃烧尾气腔与催化燃烧第一反应腔和催化燃烧第二反应腔均通过流道连通，催化燃烧尾气腔上还设有混合气体入口和催化燃烧尾气出口，所述的脱氢液体汇流腔均与储氢液体预反应腔和储氢液体主反应腔通过流道连通；所述的储氢液体预反应腔和储氢液体主反应腔彼此相连构成脱氢反应腔，腔内装有催化剂分布基体材料和脱氢催化剂，储氢液体预反应腔底部设有储氢液体入口；所述的催化燃烧第一反应腔和催化燃烧第二反应腔彼此相连构成氢气催化燃烧腔，腔内装有催化剂分布基体材料和氢气催化燃烧催化剂。

所述的两处催化剂分布基体材料均为导热系数高的多孔介质材料或者蜂窝状材料，两者可为相同材料或者不同材料；所述的脱氢催化剂为铂系贵金属催化剂；所述的氢气催化燃烧催化剂为钯系、铂系或者其合金催化剂。

所述的脱氢催化剂为直径1～3mm的球形铂系贵金属催化剂，均匀分布于催化剂分布基体材料上；所述氢气催化燃烧催化剂均匀分布于催化剂分布基体材料上。