[发明专利]一种高效折流式热化学制氢反应器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及热化学制氢技术领域，具体涉及一种高效折流式热化学制氢反应器。

背景技术

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。

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。

发明内容

为了克服以上现有技术存在的缺点，本发明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。本发明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。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

所述壳体为不锈钢壳体。

本发明的有益效果：