[发明专利]一种微通道LOHC加氢系统及方法

说明书

本发明公开了一种微通道LOHC加氢系统及方法，其中，加压泵出口连接微混合器LOHC入口，微混合器出口连接微反应器三相流入口，微反应器三相流出口连接相分离器入口，相分离器H₂出口连接压缩机入口，压缩机出口连接微混合器H₂入口，相分离器催化剂出口连接微混合器催化剂入口。微混合器中LOHC、H₂、催化剂混合，H₂为分散相；微反应器中LOHC和H₂在催化剂作用下发生反应，反应热量由冷却工质带走；相分离器中催化剂与LOHC主流分离，送回微混合器中循环使用。本发明利用了微通道高面积体积比和微细颗粒催化剂高比表面积的优势，增强了传热传质速度，提高了加氢反应速度。本发明还回收利用了脱氢催化剂和反应释放的热量，实现了化工过程物质和能量的高效利用。

技术领域

本发明属于氢能源领域，具体涉及一种微通道LOHC加氢系统及方法。

背景技术

H₂作为一种真正意义上的清洁燃料，被认为是解决未来能源环境问题的关键之一。其生产、储存、运输和使用有别于传统燃料，单位体积能量密度的限制使H₂长距离输送难以像煤炭、石油一样高效。H₂的标准沸点远低于天然气，采用液氢方式储存和运输成本过高，而管道输送过程中的氢脆问题尚未解决。液体有机氢载体(LOHC)通过可逆加氢脱氢反应实现H₂的吸收和释放，其性质与汽油相近，能够与现有加油站设备兼容，是一种极具潜力的H₂储存和运输形式。

目前，已报道的LOHC主要有：萘、苯、联苯、二苄基甲苯、乙基咔唑、丙基咔唑、喹啉、二氧化碳等。这些物质的加氢反应条件各不相同，但总的来说，加氢反应是一个加压条件下的放热反应，需要使用催化剂降低反应活化能，加快反应速度。由于LOHC沸点和热分解温度较低，反应放热量较高(～60kJ/mol-H₂)，为了保证高的加氢速度和转化率，反应温度窗口一般较窄，维持温度窗口难度较高。

微通道水力直径小于1mm，具有面积体积比大，换热强度高等优点，能够满足加氢反应对设备性能的要求。传统填充床反应器流动阻力大，将催化剂制成微细颗粒，分散于反应物流体一并送入反应器中，能够有效降低压力损失。此外，微细颗粒催化剂具有更高的比表面积和催化活性，有助于进一步提高加氢反应速度。微细颗粒金属催化剂导热系数较高，均匀分散在流体中还能起到一定的强化传热作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微通道LOHC加氢系统及方法，包括加压泵、微混合器、微反应器、相分离器和压缩机。加压泵出口连接微混合器LOHC入口，微混合器出口连接微反应器三相流入口，微反应器三相流出口连接相分离器入口，相分离器H₂出口连接压缩机入口，压缩机出口连接微混合器H₂入口，相分离器催化剂出口连接微混合器催化剂入口。微混合器中LOHC、H₂、催化剂混合，H₂为分散相；微反应器中LOHC和H₂在催化剂作用下发生反应，反应热量由冷却工质带走；相分离器中催化剂与LOHC主流分离，送回微混合器中循环使用。本发明利用了微通道高面积体积比和微细颗粒催化剂高比表面积的优势，增强了传热传质速度，提高了加氢反应速度。同时，本发明还回收了脱氢催化剂和反应释放的热量，实现了化工过程物质和能量的高效利用。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种微通道LOHC加氢系统，包括加压泵、微混合器、微反应器、相分离器和压缩机；

加压泵出口连接微混合器LOHC入口，微混合器出口连接微反应器三相流入口，微反应器三相流出口连接相分离器入口，相分离器H₂出口连接压缩机入口，压缩机出口连接微混合器H₂入口，相分离器催化剂出口连接微混合器催化剂入口；