【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工反应工程，尤其涉及一种管壳式换热反应装置及反应方法。
技术介绍
1、在能源转型和“双碳”的大背景下，氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系，对构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现碳达峰碳中和目标，具有重要意义。
2、目前制氢的主要方式有电解水和热化学反应等，制氢反应过程需要吸收大量热量。太阳辐射能是地球上最丰富的可再生能源。在聚光太阳能热利用系统中，太阳能集热器可将太阳辐射能转化为热能，并将太阳能储存在热工质中，吸收热量后的高温热工质可进一步为各种热化学制氢反应提供能量。
3、相比于传统的热工质，如导热油(操作温度上限～400℃)、熔融盐(操作温度上限～600℃)等，颗粒可以作为一种操作温度更高的热工质被应用，其操作温度上限可以达到1000℃以上。此外，颗粒成本低廉，而且颗粒相比于熔融盐类热工质在充放热过程中能够表现出更加稳定的理化性能。颗粒不同于液态热工质，颗粒在传热过程中必须保持流化状态才能获得优良的传热性能，静止条件下颗粒的传热系数极低。因此，有必要开发能够以颗粒为热工质，且能够稳定、高效的使用颗粒供热的太阳能热利用系统，以充分发挥清洁能源太阳能的价值。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提出了一种管壳式换热反应装置及反应方法，本专利技术提出的由流化床换热的管壳式换热反应器，可以与热工质颗粒储热系统对接，使用热工质颗粒的显热为热化学反应制氢过程、以及其他所有在列管式反应器中进行
2、根据本申请的一个方面，本专利技术提供了一种管壳式换热反应装置，其特征在于，所述管壳式换热反应装置包括：
3、上封头，
4、壳体，其位于所述上封头的下部且与所述上封头相接；
5、下封头，其位于所述壳体的下部且与所述壳体相接；
6、流化气出气管，其穿过所述上封头与所述壳体连通；
7、流化气进气管，其穿过所述下封头与所述壳体连通；
8、反应原料进料口，其穿过所述壳体的上部；
9、反应原料出料口，其穿过所述壳体的下部；
10、固定床反应器，其分别与所述反应原料进料口和所述反应原料出料口相连通；
11、热工质颗粒进料管，与所述壳体相连通；
12、热工质颗粒出料管，与所述壳体相连通且与位于所述热工质颗粒进料管的侧部；
13、其中，反应原料通过所述反应原料进料口进入固定床反应器内，与固定床反应器内的催化剂接触，并在通过所述热工质颗粒进料管进入所述壳体内的热工质颗粒的加热作用下进行反应。
14、如上所述的管壳式换热反应装置，其中，还包括反应原料分布器，所述固定床反应器通过所述反应原料分布器与所述反应原料进料口相连通。
15、如上所述的管壳式换热反应装置，其中，还包括反应产物汇集管，所述固定床反应器通过所述反应产物汇集管与所述反应产物出料口相连通。
16、如上所述的管壳式换热反应装置，其中，所述壳体的形状为圆柱体，直径为d，长度为l，其长径比l/d范围在1～20。
17、如上所述的管壳式换热反应装置，其中，所述上封头是带有直边段的椭圆封头，直径为d1，总高为l1，长径比l1/d1范围在1～10；和/或
18、所述下封头是带有直边段的椭圆封头，直径为d2，总高为l2，长径比l2/d2范围在1～10。
19、如上所述的管壳式换热反应装置，其中，所述固定床反应器包括沿轴向设置的多个列管式反应器，所述列管式反应器的形状为圆柱体，直径为d，长度为l，内部填有催化剂，填装量占所述列管式反应器的容积的10％～95％；长径比l/d范围在2～50，所述列管式反应器的长度l与所述壳体的直径比值l/d范围在1～35。
20、如上所述的管壳式换热反应装置，其中，所述热工质颗粒进料管和所述热工质颗粒出料管与所述壳体的连接处等高或不等高，所述热工质颗粒进料管和所述热工质颗粒出料管与所述壳体的连接处位于所述固定床反应器高度的1/5～4/5处。
21、如上所述的管壳式换热反应装置，其中，通过所述热工质颗粒进料管进入所述壳体内的热工质颗粒为geldart-a类或geldart-b类颗粒，其密度为1500～5000kg/m3，粒径50～300μm，填充高度为所述固定床反应器高度的1/5～4/5。
22、如上所述的管壳式换热反应装置，其中，所述列管式反应器通过固定支架固定在所述壳体内。
23、根据本申请的另一个方面，本公开还提供了一种反应方法，其中，使用根据如上所述的管壳式换热反应装置进行反应。
24、本专利技术人研究发现，颗粒式太阳能集热器与储热系统已有相关报道，但其应用局限于产生蒸汽等利用形式。使用颗粒供能的化学反应器尚未见到报道。
25、本专利技术提出的由流化床供热的管壳式换热反应器，可以与颗粒储热系统对接，使用热工质颗粒的显热为热化学反应制氢过程、以及其他所有在列管式反应器中进行的化学反应、相变等吸热过程供能，实现清洁化、低碳化生产。
26、本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
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1.一种管壳式换热反应装置，其特征在于，所述管壳式换热反应装置包括：
2.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，还包括反应原料分布器，所述固定床反应器通过所述反应原料分布器与所述反应原料进料口相连通。
3.根据权利要求2所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，还包括反应产物汇集管，所述固定床反应器通过所述反应产物汇集管与所述反应产物出料口相连通。
4.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，所述壳体的形状为圆柱体，直径为D，长度为L，其长径比L/D范围在1～20。
5.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，所述上封头是带有直边段的椭圆封头，直径为D1，总高为L1，长径比L1/D1范围在1～10；和/或
6.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，所述固定床反应器包括沿轴向设置的多个列管式反应器，所述列管式反应器的形状为圆柱体，直径为d，长度为l，内部填有催化剂，填装量占所述列管式反应器的容积的10％～95％；长径比l/d范围在2～50，所述列管式反应器的长度l与所述壳体的
7.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，所述热工质颗粒进料管和所述热工质颗粒出料管与所述壳体的连接处等高或不等高，所述热工质颗粒进料管和所述热工质颗粒出料管与所述壳体的连接处位于所述固定床反应器高度的1/5～4/5处。
8.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，通过所述热工质颗粒进料管进入所述壳体内的热工质颗粒为Geldart-A类或Geldart-B类颗粒，其密度为1500～5000kg/m3，粒径50～300μm，填充高度为所述固定床反应器高度的1/5～4/5。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，所述列管式反应器通过固定支架固定在所述壳体内。
10.一种反应方法，其特征在于，使用根据权利要求1至9中任一项所述的管壳式换热反应装置进行反应。
...【技术特征摘要】
1.一种管壳式换热反应装置，其特征在于，所述管壳式换热反应装置包括：
2.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，还包括反应原料分布器，所述固定床反应器通过所述反应原料分布器与所述反应原料进料口相连通。
3.根据权利要求2所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，还包括反应产物汇集管，所述固定床反应器通过所述反应产物汇集管与所述反应产物出料口相连通。
4.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，所述壳体的形状为圆柱体，直径为d，长度为l，其长径比l/d范围在1～20。
5.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，所述上封头是带有直边段的椭圆封头，直径为d1，总高为l1，长径比l1/d1范围在1～10；和/或
6.根据权利要求1所述的管壳式换热反应装置，其特征在于，所述固定床反应器包括沿轴向设置的多个列管式反应器，所述列管式反应器的形状为圆柱体，直径为d，长度为l，内部填有催化剂，填装量占所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张会丽，李硕，李泽浩，谭天伟，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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