一种液态载体可逆储放氢系统的双频旋转式微波反应器

技术领域

本发明涉及脱氢设备领域，特别是涉及一种液态载体可逆储放氢系统的双频旋转式微波反应器。

背景技术

液态有机储氢介质能够实现高密度低成本的可逆氢气储运，被认为是移动式储放氢技术的理想解决方案。相比于其他液态氢载体，“芳烃-环烷烃”具有储氢密度高、结构稳定、规模化制备技术成熟、价格低廉等优势，但芳烃-环烷烃脱氢时具有以下技术难题：环烷烃脱氢反应温度要求高、能耗大；现有脱氢设备加热效率和加热均匀性都不足，导致脱氢选择性不足，易发生C-C键裂解和重构，最终导致催化剂积碳失活以及储氢载体脱氢效果差、利用率下降的问题。

有鉴于此，如何提供一种能耗低、加热效率高、加热效果好的环烷烃脱氢设备是本领域人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种液态载体可逆储放氢系统的双频旋转式微波反应器，以解决现有技术存在的问题，可实现降低脱氢能耗、提高加热效率和加热效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种液态载体可逆储放氢系统的双频旋转式微波反应器，包括：

反应室，所述反应室内固定设置有催化板；

外壳，所述外壳与所述反应室可转动连接，所述外壳与驱动机构传动连接，所述驱动机构能够带动所述外壳以所述反应室为圆心进行转动；

微波加热机构，所述微波加热机构固定设置于所述外壳内表面并与所述反应室位置对应；

冷却室，所述冷却室固定设置于所述反应室上方并与所述反应室连通；

第一防泄漏罩壳，所述第一防泄漏罩壳固定设置于所述冷却室上方并与所述冷却室连通，所述第一防泄漏罩壳的连通有排气管和排液管，所述排液管的高度低于所述排气管的高度；

第二防泄漏罩壳，所述第二防泄漏罩壳固定设置于所述反应室下方，所述反应室的底端连通有进液管，所述进液贯穿所述第二防泄漏罩壳并延伸至外。

进一步的，所述微波加热机构包括：第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导均匀间隔设置且所述第一波导和所述第二波导的频率不同，所述第一波导的输出端与所述第二波导的输出端呈正交状态。

进一步的，相邻的所述第一波导的输出端和所述第二波导的输出端之间的距离为波长的奇数倍。

进一步的，所述第一波导为915MHz，所述第二波导为2450MHz。

进一步的，所述催化板至少有六个，所述催化板将所述反应室分隔形成多个反应腔，所述第一波导和所述第二波导的总数量与所述反应腔的数量对应。

进一步的，还包括轴承和轴承卡扣，所述反应室通过所述轴承和轴承卡扣与所述外壳可转动连接。

进一步的，还包括连接管，所述连接管固定设置在所述冷却室的顶面，其两端头分别和所述冷却室及所述第一防泄漏罩壳连通。

进一步的，还包括废气管，所述废气管与所述第一防泄漏罩壳连通，所述废气管的高度低于所述排气管的高度。

进一步的，还包括温度传感器，所述温度传感器固定设置在所述第二防泄漏罩壳上并与所述进液管间隔设置，所述温度传感器的感应端伸入所述反应室内。

进一步的，所述催化板为多孔结构，且所述催化板上设置有泡沫碳化硅载体。

本发明公开了以下技术效果：

1.本发明通过反应室和微波加热机构对液态有机储氢介质进行脱氢，微波加热机构固定在外壳上，驱动机构能够驱动外壳转动进而带动微波加热机构对反应室进行旋转加热，提高反应室加热均匀性和加热效果，相比于现有的固定式脱氢加热机构加热的均匀性至少能够提高40％，结合催化板的催化效果能够显著提高脱氢效率，降低脱氢能耗；冷却室能够自然冷却脱氢过程中产生的高温氢气，使其降温后再从排气管排出；第一防泄漏罩壳和第二防泄漏罩壳分别设置在反应室及微波加热机构的上下两侧，能够实现1/4波长阻抗源头抑制、二次扼流屏蔽、防止微波外泄，提高整体安全性。

2.微波加热机构由两个不同频率的波导组成，两个波导的输出端呈正交设置，能够降低两个波导产生的微波相互耦合，避免能量损失，提高加热效率；同时两个波导的输出端之间距离为波长的奇数倍，也能够提高微波加热效率和加热的均匀性。

3.脱氢后生成的废液可从排液管自动排出，脱氢后产生的氢气可依靠氢气自身密度小、重量轻的特点自动与其他废气进行分离，分离后的氢气从排气管排出，其他废气则从废气管排出，保证脱氢后的氢气纯度。

4.在冷却室和第一防泄漏罩壳之间设置连接管，连接管能够限制脱氢后的氢气不能立刻进入第一防泄漏罩壳内进而从排气管排出，而是在冷却室内滞留一段之间后再从连接管进入第一防泄漏罩壳内，保证冷却室对氢气的冷却效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为图1底部结构示意图；

图3为外壳去除后的内部结构示意图；

图4为轴承和轴承卡扣的结构示意图；

图5为连接管结构示意图；

图6为反应室结构示意图；

其中，1、反应室；101、反应腔；2、催化板；3、外壳；4、冷却室；5、第一防泄漏罩壳；6、第二防泄漏罩壳；7、排气管；8、排液管；9、进液管；10、第一波导；11、第二波导；12、废气管；13、温度检测孔；14、轴承；15、轴承卡扣；16、连接管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

参照图1-图5，本发明提供一种液态载体可逆储放氢系统的双频旋转式微波反应器，包括：反应室1，反应室1内固定设置有催化板2，催化板2为多孔结构，且催化板2上设置有泡沫碳化硅载体，催化板2供设置六个，将反应室1均匀的分隔形成六个反应腔101用于对液态有机储氢介质进行脱氢；外壳3与反应室1通过轴承14和轴承卡扣15可转动连接，外壳3与驱动机构传动连接，驱动机构能够带动外壳3以反应室1为圆心进行转动，驱动机构可采用常规驱动电机以及相应的传动机构，此处不再赘述。

外壳3与反应室1之间具有充足的安装空间，微波加热机构固定设置于外壳3内表面，微波加热机构包括第一波导10和第二波导11，第一波导10和第二波导11通过螺栓可拆卸连接在外壳3的内表面，第一波导10和第二波导11均匀间隔设置且第一波导10和第二波导11的频率不同，第一波导10的输出端与第二波导11的输出端呈正交状态，在本实施例中，第一波导10为915MHz，第二波导11为2450MHz，第一波导10选用BJ9波导，尺寸为180mm×123.82mm×247.65mm，第二波导11选用BJ26波导100mm×86.36mm×43.18mm，反应室1的尺寸为150mm*440mm；相邻的第一波导10的输出端和第二波导11的输出端之间的距离为波长的奇数倍,第一波导10和第二波导11各设置三个，相邻的波导之间的距离相同。冷却室4固定设置于反应室1上方并与反应室1连通；第一防泄漏罩壳5固定设置于冷却室4上方并与冷却室4连通，第一防泄漏罩壳5的连通有排气管7和排液管8，排液管8的高度低于排气管7的高度；第二防泄漏罩壳6，第二防泄漏罩壳6固定设置于反应室1下方，反应室1的底端连通有进液管9，进液贯穿第二防泄漏罩壳6并延伸至外。在本实施例中，外壳3、第一防泄漏罩壳5、第二防泄漏罩壳6都为同轴的圆柱形，进液管9、排气管7和排液管8大体都设置于轴心处。

如图5所示，在本实施例中还包括连接管16，连接管16固定设置在冷却室4的顶面，其两端头分别和冷却室4及第一防泄漏罩壳5连通。

如图1和图3所示，在本实施例中还包括废气管12，废气管12与第一防泄漏罩壳5连通，废气管12的高度低于排气管7的高度。

如图2所示，还包括温度传感器，第二防泄漏罩壳6上开设有温度检测孔13，温度传感器固定设置在温度检测孔13内，温度检测孔13与进液管9间隔设置，温度传感器的感应端伸入反应室1内，需要说明的是，温度传感器插入后第二防泄漏罩壳6整体依旧保持密封性，能够防止微波外泄以及防止液体、气体泄漏。

具体工作过程如下：

通过进液管9向反应室1内输入液态有机储氢介质，启动驱动机构、第一波导10和第二波导11，驱动机构带动外壳3沿反应室1为轴心进行转动，第一波导10和第二波导11对反应室1进行旋转加热，加热过程中通过温度传感器对反应室1内的温度进行监测，通过对反应室1温度的确认进而判断液态有机储氢介质的脱氢效率、加热效率和反应温度。

持续加热一段时间后，反应产生的氢气由反应室1上升至冷却室4内，由于进液管9持续输入液态有机储氢介质，反应后的液态有机储氢介质会自然顶升至冷却室4内，进入冷却室4的液态有机储氢介质会快速降温，可作为氢气的自然冷却介质，氢气在冷却室4冷却后，缓慢移动至连接管16处，并从连接管16进入第一防泄漏罩壳5，最终从排气管7排出，由氢气储存设备进行收集保存。

脱氢过程中，产生的气体99％以上都是氢气，其纯度很高，只有极小部分废气，为了保证脱氢产生的氢气纯度，废气可依靠与氢气密度不同的原理自然下沉，并从废气管12中排出进行集中处理。

脱氢后的液态有机储氢介质成为废液，在下方新的液态有机储氢介质不断输入的影响下液面逐渐上升，当废液液面达到废液管时，废液从废液管排出。

测试例

通过催化板2将反应室1分别分隔为两个、四个和六个反应腔101，经测试，当反应腔101有六个时，第一波导10和第二波导11对反应室1的加热效果最好，相比于现有的固定式脱氢加热机构加热的均匀性能够提高47％，结合催化板2的催化作用，能够大大提高制氢效率。

本发明公开了一种液态载体可逆储放氢系统的双频旋转式微波反应器，通过反应室1和微波加热机构对液态有机储氢介质进行脱氢，微波加热机构固定在外壳3上，驱动机构能够驱动外壳3转动进而带动微波加热机构对反应室1进行旋转加热，提高反应室1加热均匀性和加热效果，相比于现有的固定式脱氢加热机构加热的均匀性至少能够提高40％，结合催化板2的催化效果能够显著提高脱氢效率，降低脱氢能耗；冷却室4能够自然冷却脱氢过程中产生的高温氢气，使其降温后再从排气管7排出；第一防泄漏罩壳5和第二防泄漏罩壳6分别设置在反应室1及微波加热机构的上下两侧，能够实现1/4波长阻抗源头抑制、二次扼流屏蔽、防止微波外泄，提高整体安全性。微波加热机构由两个不同频率的波导组成，两个波导的输出端呈正交设置，能够降低两个波导产生的微波相互耦合，避免能量损失，提高加热效率；同时两个波导的输出端之间距离为波长的奇数倍，也能够提高微波加热效率和加热的均匀性。脱氢后生成的废液可从排液管8自动排出，脱氢后产生的氢气可依靠氢气自身密度小、重量轻的特点自动与其他废气进行分离，分离后的氢气从排气管7排出，其他废气则从废气管12排出，保证脱氢后的氢气纯度。在冷却室4和第一防泄漏罩壳5之间设置连接管，连接管能够限制脱氢后的氢气不能立刻进入第一防泄漏罩壳5内进而从排气管7排出，而是在冷却室4内滞留一段之间后再从连接管进入第一防泄漏罩壳5内，保证冷却室4对氢气的冷却效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。