[发明专利]基于滴流床连续脱氢反应器的产氢用氢一体化装置及方法

权利要求书

1.一种基于滴流床连续脱氢反应器的产氢用氢一体化装置，其特征在于：所述装置包括：微量注射泵(1)、换热器(2)、预热器(4)、反应器(8)、气液分离器(15)、气相色谱仪(18)、PSA变压吸附机(21)、质子交换燃料膜电池(23)和空压机(27)；脱氢原料由微量注射泵(1)注入，微量注射泵(1)出口与换热器(2)冷介质进口相连；换热器(2)冷介质出口通过管道与预热器(4)入口连通，预热器(4)出口与反应器(8)入口连通；反应器(8)上端气相出口通过上口开关阀(9)与换热器(2)热介质进口连通，反应器(8)下端液相出口通过下口开关阀(13)与气液分离器(15)入口连通；气液分离器(15)上端气相出口通过上端三通阀(14)换热器(2)热介质进口连通，气液分离器(15)下端液相出口通过下端三通阀(17)与气相色谱仪(18)连通，脱氢反应后的产物由下端三通阀(17)的另一出口采出，去后续处理；换热器(2)热介质出口通过管道与PSA变压吸附机(21)入口连通，PSA变压吸附机(21)出口与质子交换膜燃料电池(23)入口连通，空气由空压机(27)注入，空压机(27)出口与质子交换膜燃料电池(23)入口连通，产物水经由质子交换燃料电池(23)出口流出。

2.如权利要求1所述的一种基于滴流床连续脱氢反应器的产氢用氢一体化装置，其特征在于：所述预热器(4)由加热管(3)、设置在加热管(3)外部的隔热外层(30)和测量预热器温度的热电偶温度计(5)组成。

3.如权利要求1所述的一种基于滴流床连续脱氢反应器的产氢用氢一体化装置，其特征在于：还包括：设于预热器(4)和反应器(8)之间的用于测量保温温度的测量保温温度的热电偶温度计(6)。

4.如权利要求1所述的一种基于滴流床连续脱氢反应器的产氢用氢一体化装置，其特征在于：所述反应器(8)由反应管(11)、置于反应管(11)内顶部的除沫器(7)和液体分布器(28)、置于反应管(11)内的催化剂层(29)以及用于测量反应温度的热电偶温度计(10)和用于测量反应器温度的热电偶温度计(12)组成。

5.如权利要求1所述的一种基于滴流床连续脱氢反应器的产氢用氢一体化装置，其特征在于：所述气液分离器(15)中还设置有测量气液分离器温度的热电偶温度计(16)。

6.如权利要求1所述的一种基于滴流床连续脱氢反应器的产氢用氢一体化装置，其特征在于：所述质子交换燃料电池(23)内部由扩散层(26)、质子交换膜(25)和催化剂层(24)组成，其中催化剂层(24)位于中心，质子交换膜(25)位于催化剂层(24)两侧，将催化剂层(24)与扩散层(26)分隔开来。

7.一种基于滴流床连续脱氢反应器的产氢用氢一体化方法，其特征在于：采用如权利要求1-6任一所述的装置，包括如下步骤：

S1、脱氢原料由微量注射泵(1)以一定的体积流率加入预热器(4)中进行流体的预热处理，经预加热后，从预热器(4)进入到反应器(8)中，由液体分布器(28)将流股进行均匀分布，在反应管(11)中自上而下的流动，直至与催化剂层(29)进行接触，发生脱氢反应；

S2、反应产物由乙基咔唑类有机物和氢气组成，氢气在反应管(11)中自下而上流动，经过除沫器(7)去除夹带的液体，由上口开关阀(9)处管道流出反应器(8)至换热器(2)；

S3、脱氢之后的乙基咔唑类有机混合物在反应管(11)中自上而下流动，由下口开关阀(13)处管道流出反应器(8)至气液分离器(15)；

S4、分离后，氢气由气液分离器(15)上端出口处流出，经上端三通阀(14)控制流入换热器(2)，或进行气体排空；液体由气液分离器(15)下端出口处流出，经下端三通阀(17)控制直接收集作为加脱氢循环的加氢原料，或直接进气相色谱仪(18)进行组分的在线分析；

S5、产物中的氢气通过换热器(2)与初始脱氢原料进行热量交换，以充分利用能量，换热后的氢气经PSA变压吸附机(21)提纯；随后高纯氢气直接通入质子交换膜燃料电池(23)负极处作为燃料；质子交换膜燃料电池(23)的正极燃料为由空压机(27)输入到燃料电池正极处的空气。