本发明属于储氢技术领域，具体涉及一种适用于液态储氢载体的加氢反应的降膜反应器。
背景技术：
氢能是清洁的二次能源。近年来，随着氢能应用技术发展逐渐成熟，以及全球应对气候变化压力的持续增大，氢能产业的发展在世界各国备受关注，美国、德国、日本等发达国家相继将发展氢能产业提升到国家能源战略高度。2016年国家发展和改革委员会、国家能源局等联合发布的《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》(发改能源[2016]513号)提出了能源技术革命重点创新行动路线图，部署了15项具体任务，“氢能与燃料电池技术创新”位列其中，标志着氢能产业已被纳入中国国家能源战略。
氢能在本质上并不存在同电力、化石燃料的竞争关系。相反，氢能的发展可以充分利用中国现有的世界级的能源供应基础设施(发电，输配电，石油和天然气管网)，以交通运输和能源储存为核心市场，推动中国能源市场向以分布式供给和新能源主导的可持续能源模式转换。
国内外的实践表明，氢能可广泛应用于燃料电池车辆、发电、储能，也可掺入天然气用于工业和民用燃气。氢能作为清洁的二次能源具有可规模化储存的特性，其广泛应用可部分替代石油和天然气，成为能源消费的重要组成部分，对应对气候变化和保障能源供应安全等具有一定的支撑作用。充分利用氢能的优势和特点，在中国风电、光电、水电富余或弃风、弃光、弃水较多的地区，以及城市电网峰、谷时段电力负荷差异较大的城市和地区，采用电解水制氢获得氢源，根据各地区的经济发展状况和工农业产品以及人民生活水平等因素，采取电-氢-电、电-氢-用或两者混合的模式，消纳和储存富余电力或峰段电力，有助于化解电力行业的结构性过剩电量的“瓶颈”。
本领域的技术研究人员已经对加氢反应器进行了相当多的研究，并研究出很多种类的加氢反应器，但是现有使用的加氢反应器大多为间歇式反应器，无法实现连续性生产，装置放大不易，传质传热效果不佳，限制其应用范围。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种适用于液态储氢载体的加氢反应的降膜反应器，具有连续化生产，压降小，无轴向返混等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于液态储氢载体的加氢反应的降膜反应器，包括反应器本体，反应器本体的顶部设有进液管，反应器本体的底部设有进气管，反应器本体的上部设有排气孔，反应器本体的下部设有排液孔，反应器本体内在进液管的下方设有液体分布器、在进气管的上方设有气体分布器，所述液体分布器为碗状容器，碗状容器通过悬臂与反应器本体内壁固定连接，且所述碗状容器外壁与反应器本体内壁之间留有间隙，反应器本体内壁涂覆有加氢反应催化剂，反应器本体外壁设有保温夹套。
本发明的作用原理：储氢载体由进液管输入反应器本体内，储氢载体注满液体分布器后，经由液体分布器与反应器本体内壁之间的间隙在重力的作用下形成液膜向下流动，气体由进气管输入反应器本体内，经气体分布器均匀分散至加氢反应器本体内，在气压的作用下向上流动，加氢反应为放热反应，保温夹套为加氢反应保温，储氢载体在指定反应温度下与气体里的氢气在内壁的催化剂涂层作用下发生加氢反应成为氢源材料，未完全反应的液体通过反应器本体的排液孔排到反应器本体外，未完全反应的气体通过反应器本体的排气孔排到反应器本体外。
本发明降膜反应器有着极大的反应面积，加氢反应为氢气、储氢载体与催化剂气液固三相反应，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比涂覆有催化剂的内壁都是提供加氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；而且本发明降膜反应器的液体向下流动，气体向上流动，轴向无返混现象，提高了产物的纯度，降低后端分离成本。
作为本发明的一种改进，所述气体分布器为球形罩，球形罩固定在进气管的内端，球形罩上开有多个进气孔。
作为本发明一种改进，所述反应器本体的下部设有液体收集装置，液体收集装置与反应器本体排液孔相连通，液体收集装置上设有排液管。
进一步地，所述液体收集装置为固定在反应器本体下部外部的环形容器，环形容器设有排液管，所述反应器本体的下部沿圆周方向设有多个排液孔。
作为本发明一种改进，所述反应器本体的上部设有气体收集装置，气体收集装置与反应器本体排气孔相连通，气体收集装置上设有排气管。
进一步地，所述气体收集装置为固定在反应器本体下部外部的环形容器，环形容器设有排气管，所述反应器本体的上部沿圆周方向设有多个排气孔。
作为本发明一种改进，所述反应器本体内在排气孔四周处设有向内凸出的围堰。
作为本发明一种改进，所述反应器本体内在液体分布器与气体分布器之间设有液体再分布器。
进一步地，所述液体再分布器数量为若干个，若干个液体再分布器由上至下均匀分布。
进一步地，所述液体再分布器为锥形环，所述锥形环大端朝下，锥形环外壁通过悬臂与反应器本体内壁固定连接，且锥形环外壁与反应器本体内壁留有间隙。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明降膜反应器有着极大的反应面积，加氢反应为氢气、储氢载体与催化剂气液固三相反应，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比涂覆有催化剂的内壁都是提供加氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性。
2、本发明降膜反应器的液体向下流动，气体向上流动，轴向无返混现象，提高了产物的纯度，降低后端分离成本。
3、本发明的降膜反应器设置有液体收集装置和气体收集装置，在排液和排气的过程中两个环系腔体提供了缓冲作用，降低了流体在流动过程中局部压力过大而造成的流体分布不均的现象。
4、本发明降膜反应器无搅动设备，因加氢反应为体积缩小反应，压力越高反应效果越好，使用搅动设备如搅拌桨，同时体系内有氢气存在，密封难度相当大，降膜反应器是靠液体自身的重力流动来达到传质传热，无需搅动设备，密封性有了相当大的保障。
5、本发明降膜反应器中部设置数个液体再分布器，因液体在向下流动时，同步进行加氢反应，会存在液膜分布不均的现象，通过液体再分布器将分布不均匀的液体再次以均匀的液膜形式流下，提高了反应效率，同时，液体再分布器的加入可以在一定程度上起到液体缓冲的作用，以适应多变的工况，当大量的液体流下时会储存在环系与内壁形成的三角形环系内储存下来，再缓慢经过底部的间隙流下，以提高储氢载体的利用效率。
6、本发明降膜反应器采用热载体夹套换热方式，因加氢反应为放热反应，故夹套的作用不仅是保持反应体系的温度，同时还可以带出部分反应热，防止体系飞温而导致的催化剂积碳失活，储氢载体结焦等问题。
附图说明
图1为本发明适用于液态储氢载体的加氢反应的降膜反应器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例
请参考图1，一种适用于液态储氢载体的加氢反应的降膜反应器，包括反应器本体1，反应器本体1的顶部设有进液管11，反应器本体1的底部设有进气管12，反应器本体1的上部设有排气孔13，反应器本体1的下部设有排液孔14，反应器本体1内在进液管11的下方设有液体分布器2、在进气管12的上方设有气体分布器3；
所述液体分布器2为碗状容器21，碗状容器21通过悬臂22与反应器本体1内壁固定连接，具体地，所述悬臂22为钢条，钢条一端焊接固定在反应器本体1内壁上、另一端与碗状容器21焊接固定，并使碗状容器保持水平；
且所述碗状容器21外壁与反应器本体1内壁之间留有间隙23，反应器本体1内壁涂覆有加氢反应催化剂，反应器本体1外壁设有保温夹套4。
本发明的作用原理：储氢载体由进液管输入反应器本体内，储氢载体注满液体分布器后，经由液体分布器与反应器本体内壁之间的间隙在重力的作用下形成液膜向下流动，气体由进气管输入反应器本体内，经气体分布器均匀分散至加氢反应器本体内，在气压的作用下向上流动，加氢反应为放热反应，保温夹套为加氢反应保温，储氢载体在指定反应温度下与气体里的氢气在内壁的催化剂涂层作用下发生加氢反应成为氢源材料，未完全反应的液体通过反应器本体的排液孔排到反应器本体外，未完全反应的气体通过反应器本体的排气孔排到反应器本体外。
本发明降膜反应器有着极大的反应面积，加氢反应为氢气、储氢载体与催化剂气液固三相反应，需要较大的反应面积，与常规的釜式反应器相比涂覆有催化剂的内壁都是提供加氢反应的区域，提高反应效率，减少反应时间，从而提高经济性；而且本发明降膜反应器的液体向下流动，气体向上流动，轴向无返混现象，提高了产物的纯度，降低后端分离成本。另外，因加氢反应为体积缩小反应，压力越高反应效果越好，使用动设备如搅拌桨，同时体系内有氢气存在，密封难度相当大，降膜反应器是靠液体自身的重力流动来达到传质传热，无需动设备，密封性有了相当大的保障；而且采用热载体夹套换热方式，因加氢反应为放热反应，故热载体的作用不仅是保持反应体系的温度，同时还可以带出部分反应热，防止体系飞温而导致的催化剂积碳失活，储氢载体结焦等问题。
所述催化剂涂层为先在催化剂反应壁内涂覆一层alooh溶胶，经过煅烧生成一层γ-al2o3涂层，然后再在此涂层上再涂覆一层含有贵金属pt、rh、ru、pd和非贵金属ni、co、mg、ca、fe其中的一种或者多种盐类作为前驱体，通过煅烧、还原得到贵金属pt、rh、ru、pd和非贵金属ni、co、mg、ca、fe其中一种或者多元催化剂，
在本实施例中，所述气体分布器3为球形罩31，球形罩31固定在进气管12的内端，球形罩31上开有多个进气孔32。利用开有多个进气孔的球形罩作为气体分布器，将进入反应器内的气体重新分布，令气体均匀进入到反应器内。
在本实施例中，所述反应器本体1的下部设有液体收集装置7，液体收集装置7与反应器本体1排液孔14相连通，液体收集装置7上设有排液管71。设置有液体收集装置，在排液过程中提供缓冲作用，降低了液体在流动过程中局部压力过大而造成的液体分布不均的现象。具体地，所述液体收集装置7为固定在反应器本体1下部外部的环形容器，环形容器设有排液管71，所述反应器本体1的下部沿圆周方向设有多个排液孔14。将液体收集装置设置为环形容器的结构，能增加收集面积，更加有效收集液体，而且可以在反应器本体下部四周都设有排液孔，可以使得液体流动更加均匀。
在本实施例中，所述反应器本体1的上部设有气体收集装置6，气体收集装置6与反应器本体1排气孔13相连通，气体收集装置6上设有排气管61。设置有气体收集装置，在排气过程中提供缓冲作用，降低了气体在流动过程中局部压力过大而造成的气体分布不均的现象。具体地，所述气体收集装置6为固定在反应器本体1下部外部的环形容器，环形容器设有排气管61，所述反应器本体1的上部沿圆周方向设有多个排气孔13。将气体收集装置设置为环形容器的结构，能增加收集面积，更加有效收集气体，而且可以在反应器本体上部四周都设有排气孔，可以使得气体流动更加均匀。在上述基础上，所述反应器本体1内在排气孔13四周处设有向内凸出的围堰62，具体地，所述围堰62为固定在排气孔13外缘的套管，设有围堰可以防止从上部流下的储氢载体流入气体收集装置。
在本发明的一个实施例中，所述反应器本体1内在液体分布器2与气体分布器3之间设有液体再分布器5。因液体在向下流动时，同步进行加氢反应，会存在液膜分布不均的现象，通过液体再分布器将分布不均匀的液体再次以均匀的液膜形式流下，提高了反应效率，同时，液体再分布器的加入可以在一定程度上起到液体缓冲的作用，以适应多变的工况。进一步地，所述液体再分布器5数量为若干个，若干个液体再分布器5由上至下均匀分布。
具体地，所述液体再分布器5为锥形环51，所述锥形环51大端朝下，锥形环51外壁通过悬臂52与反应器本体1内壁固定连接，其中，所述悬臂51为钢条，钢条一端焊接固定在反应器本体1内壁上、另一端与锥形环51焊接固定，且锥形环51外壁与反应器本体1内壁留有间隙。当大量的液体流下时会储存在锥形环与反应器本体内壁形成的三角形环系内储存下来，再缓慢经过底部的间隙流下，以提高储氢载体的利用效率。
在本发明降膜反应器中，所述气体为纯氢气或者氢气与其他惰性气体的混合气；
在本发明降膜反应器中，所述储氢载体为不饱和芳香烃化合物和/或杂环不饱和化合物其中的一种或多种与溶剂的混合物，其中m不饱和芳香烃化合物和/或杂环不饱和化合物与m溶剂的比例范围为0.03-0.97；
在本发明降膜反应器中，所述不饱和芳香烃化合物选自苯、甲苯、乙苯、丙苯、异丙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、苯乙烯、萘、蒽、菲、苯酚、苯胺及其衍生物；所述杂环不饱和化合物选自咔唑、吲哚、n-甲基咔唑、n-乙基咔唑、n-正丙基咔唑、n-异丙基咔唑、n-正丁基咔唑、n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、吡嗪、呋喃、吡咯、噻唑、吡啶、环戊吡嗪、苯并噻唑及其衍生物；所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丙醇、正丁醇、乙醚、甲醚、乙腈、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、正丁醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷、二氯乙烷、正己烷、环己烷、正戊烷、正辛烷、二硫化碳、石油醚其中的一种或多种。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。