一种高效折流式热化学制氢反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种高效折流式热化学制氢反应器，包括壳体，所述壳体下端设置反应物入口，上端设置反应物出口，所述壳体上下壳体中间设置有折流挡板，折流挡板通过外沿所留通孔进行机械连接，折流挡板上方放置有上催化床，下方放置有下催化床，所述上催化床和下催化床内部包含有反应物流道，反应物流道内部嵌入换热管。本发明专利技术充分利用折流结构改变反应物在反应器内的流动，增大反应物在催化床中行程与停留时间，提高反应物在流道内的扰动，有效解决了反应器内传热传质性能不佳问题。了反应器内传热传质性能不佳问题。了反应器内传热传质性能不佳问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高效折流式热化学制氢反应器


[0001]本专利技术涉及热化学制氢
，具体涉及一种高效折流式热化学制氢反应器。

技术介绍

[0002]制氢反应器根据结构不同反应器可以分为管式反应器、板式反应器、膜反应器和微通道反应器等。其中管式反应器因单位体积具有较大换热面积，特别适用于热效应较大的制氢反应，同时由于其结构操作简单、生产效率高等优势，适用于大型化和连续化的生产场合，因此管式反应器广泛地应用于工业生产中热化学制氢领域。与此同时，热化学反应器需要内部良好的传热传质性能，这可以有效的强化化学反应过程，提升化学反应速率。
[0003]但是，现有的管式反应器普遍存在传热传质性能不佳的问题。以甲醇重整制氢反应为例，管式反应器内部温差可达80K，甲醇转化率20
‑
30％，相较于微通道反应器的温差10
‑
20K、甲醇转化率70
‑
80％存在较大差距，这一方面是管式反应器自身结构的限制，另一方面是催化剂材料导热性能不佳所致。

技术实现思路

[0004]为了克服以上现有技术存在的缺点，本专利技术提出一种高效折流式热化学制氢反应器，以解决管式反应器反应过程传热传质性能较差和内部温度梯度过大问题。本专利技术充分利用折流结构改变反应物在反应器内的流动路径，增大反应物在催化床中行程与停留时间，提高反应物在流道内的扰动，有效解决了反应器内传热传质性能不佳问题。此外，催化床高导热骨架结构可以使换热管高密度热量传导至催化床内部，有效降低反应器内部温度梯度。催化床采用多孔结构可以促进反应物与催化剂接触，有效提高热化学反应效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种高效折流式热化学制氢反应器，包括壳体，所述壳体下端设置反应物入口，上端设置反应物出口，所述壳体上下壳体中间设置有折流挡板，折流挡板上方放置有上催化床，下方放置有下催化床，所述折流挡板、上催化床和下催化床中心均开有大通孔，即为反应物流道，所述折流挡板、上催化床、下催化床和壳体上设置有换热管。
[0007]所述折流挡板、上催化床、下催化床和壳体均开有一圈共八个小通孔，小通孔等间距设置，嵌入换热管。
[0008]所述上催化床与壳体之间，以及与折流挡板之间；所述下催化床与壳体之间，以及与折流挡板之间；均设置有垫片；所述壳体下端设置反应物入口，上端设置反应物出口。
[0009]所述上催化床和下催化床为多孔结构，多孔结构采用在多孔基体上负载催化剂的方法，用于促进反应物与催化剂的接触。
[0010]所述换热管共八根，以每两根间距45
°
的环形阵列结构嵌入上催化床和下催化床，用于进一步提高催化床温度分布的均匀性。
[0011]所述换热管与上催化床和下催化床所开通孔之间填充高性能导热材料，用于减小换热管管壁与上催化床、下催化床多孔表面之间接触热阻，用于提高热传导效率。
[0012]所述壳体与折流挡板采用壳体
‑
挡板
‑
壳体三明治结构，在外沿使用螺栓螺母连接，方便反应器的装配与拆卸。
[0013]所述上催化床和下催化床为骨架结构，采用多孔高导热性能材料为基体，使换热管内高密度热量通过高导热骨架传递至催化床内部，提高催化床内温度分布的均匀度。
[0014]所述换热管中的导热流体流动方向与反应物入口进入的反应物流动方向相反。
[0015]所述壳体为不锈钢壳体。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]1、本专利技术采用的折流结构，提高了反应物在催化床中停留时间，使得反应物在催化床中充分扩散，可有效改善反应器内部传质性能不佳问题，利于反应进行。
[0018]2、本专利技术采用的折流结构，可以提高反应物在流道内的扰动，同时增加反应物在催化床中行程，可以有效促进反应物与催化床、换热管之间的换热，提高反应器内部传热性能，有利于热反应进行。
[0019]3、本专利技术采用高导热催化床骨架，使换热管高密度热量传导至催化床内部，可以有效改善催化床温度不均匀性问题，降低反应器内部温度梯度。
[0020]4、本反应采用的多孔结构，催化剂附着于催化床多孔骨架表面，可以提高有效反应面积，同时使得反应物与催化剂充分接触，提高催化效率。
附图说明
[0021]图1为高效折流式热化学制氢反应器结构示意图。
[0022]图2为高效折流式热化学制氢反应器中折流挡板结构示意图。
[0023]图3为高效折流式热化学制氢反应器中上、下催化床结构示意图。
[0024]其中，各部件及相应标记为：
[0025]1‑
反应物入口；2
‑
下催化床；3
‑
折流挡板；4
‑
上催化床；5
‑
反应物出口；6
‑
垫片；7
‑
反应物流道；8
‑
壳体；9
‑
换热管。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0027]图1为高效折流式热化学制氢反应器示意图，该装置工作时利用高温导热流体提供的高热流密度热能驱动热反应发生，导热流体流动方向与反应物流动方向相反。折流结构可以提高反应物在反应器内的停留时间和流道内的扰动，有效提高反应器的传热传质性能。催化床的骨架结构可以将热量传递至催化床内部，提高催化床温度分布均匀性，同时催化床的多孔结构有助于反应物与催化剂的充分接触，都有助于热反应的发生。
[0028]上述方案中，上催化床4、下催化床2表面附着催化剂，提高有效反应面积，促进反应物与催化剂接触。
[0029]垫片6采用柔性材料，对界面进行有效密封，保证反应物按规划路线流动。
[0030]所述换热管与上催化床和下催化床所开通孔之间填充高性能导热材料，用于减小换热管管壁与上催化床、下催化床多孔表面之间接触热阻，有效提高热传导效率。
[0031]壳体8与折流挡板3采用壳体
‑
挡板
‑
壳体三明治结构连接，便于反应器的组装与拆卸。壳体外部采用隔热材料包裹，降低反应器热损失。
[0032]本专利技术考虑到传统管式反应器因结构限制与催化剂导热性能不佳等因素导致其传热传质性能较差，在热化学制氢领域有一定局限，因而开发一种高效折流式热化学制氢反应器，采用折流结构提高反应器传热传质性能，同时采用在高导热催化床骨架上负载催化剂的方式，有效提高催化床内部温度分布的均匀性，进而提高热反应效率。
[0033]反应物从反应物入口1进入反应器，在下催化床2内发生热催化反应，在折流挡板3的阻挡下反应物进入反应物流道7，在上催化床4内继续发生热化学反应，最终由反应物出口5流出。该折流形式可以提高反应物在反应器内的行程与停留时间，同时增强其在流道内的扰动，有效提高反应器传热传质能力。
[0034]所述上催化床4、下催化床2采用高导热催化床骨架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效折流式热化学制氢反应器，其特征在于，包括壳体(8)，所述壳体(8)分为上壳体和下壳体，所述壳体(8)上设置反应物入口(1)和反应物出口(5)，所述壳体(8)上下壳体中间设置有折流挡板(3)，折流挡板(3)上方放置有上催化床(4)，下方放置有下催化床(2)，所述折流挡板(3)、上催化床(4)和下催化床(2)中心均开有大通孔，即为反应物流道(7)，所述折流挡板(3)、上催化床(4)、下催化床(2)和壳体(8)上设置有换热管(9)。2.根据权利要求1所述的一种高效折流式热化学制氢反应器，其特征在于，所述折流挡板(3)、上催化床(4)、下催化床(2)和壳体(8)均开有一圈共八个小通孔，小通孔等间距设置，嵌入换热管(9)。3.根据权利要求1所述的一种高效折流式热化学制氢反应器，其特征在于，所述上催化床(4)与壳体(8)之间，以及与折流挡板(3)之间；所述下催化床(2)与壳体(8)之间，以及与折流挡板(3)之间；均设置有垫片(6)；所述壳体(8)下端设置反应物入口(1)，上端设置反应物出口(5)。4.根据权利要求1所述的一种高效折流式热化学制氢反应器，其特征在于，所述上催化床(4)和下催化床(2)为多孔结构，多孔结构采用在多孔基体上负载催化剂的方法，用于促进反应物与催化剂的接触。5.根据权利要求1所述的一种高效折流式热化学制氢反...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢睿，孙杰，李东辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：