本發(fā)明涉及一種伴有強(qiáng)化傳熱的氣固相反應(yīng)裝置，特別適用于金屬氫化物氫化/脫氫等氣-固相化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用方案，旨在解決當(dāng)前涉及反應(yīng)熱量輸入/移出場(chǎng)合的氣-固相化學(xué)反應(yīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)式自動(dòng)化控制的實(shí)際難題。

背景技術(shù)：

目前國(guó)內(nèi)外涉及反應(yīng)過程強(qiáng)化傳熱的氣固相反應(yīng)器主要有管式反應(yīng)器（Int. J Hydrogen. Energ., 2010, 35(1) :321–328）、U型氣固相反應(yīng)器(Int. J Hydrogen. Energ.,2003, 28 (3): 329-333)、多管束耦合型反應(yīng)器(Appl. Therm. Eng., 1998, 18 (6): 457-480)、弓形板式反應(yīng)器(中國(guó)發(fā)明專利 201010510847.6, 200510042823.1)、環(huán)盤式反應(yīng)器、微通道反應(yīng)器(上海:2008年化工機(jī)械年會(huì). 2008, 58-62; 中國(guó), ZL 200710018259.9)及其它類氣固相反應(yīng)器。這些反應(yīng)器均主要由氣相通道、反應(yīng)床層和反應(yīng)器殼體構(gòu)成，均屬間歇操作。生產(chǎn)過程不連續(xù)，設(shè)備利用率低，生產(chǎn)能力小，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，工藝參數(shù)不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量得不到較好的保證，且反應(yīng)過程可能存在的危險(xiǎn)難以避免。此外，在進(jìn)行強(qiáng)化傳熱氣固相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程中，氣液相流體流動(dòng)控制的實(shí)際操作非常繁瑣且無(wú)法避免，反應(yīng)過程中不同閥門啟閉的操作及順序繁雜，不僅耗費(fèi)人力且容易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤，影響反應(yīng)進(jìn)程。因此，各類反應(yīng)器繁瑣的實(shí)際操作使其難以推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)式操作的不足而提出一種新結(jié)構(gòu)，該裝置利用氣液相流通通道的有序開啟與閉合實(shí)現(xiàn)氣固相反應(yīng)的自動(dòng)化控制。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)過程如下：

一種具有強(qiáng)化傳熱的氣固相連續(xù)反應(yīng)裝置，包括旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)、固定盤（Ⅱ）及反應(yīng)器（Ⅲ）。本發(fā)明涉及兩種具有不同結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)盤與固定盤方案。其一為四孔方案：旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)上沿徑向分布有氣相入口（21）、氣相出口（22）、冷流體入口（20）和熱流體入口（23），固定盤（Ⅱ）上分布有氣相入口槽（27）、氣相出口槽（26）、冷流體入口槽（25）及熱流體入口槽（24）；氣相入口（21）與氣相入口槽（27），氣相出口（22）與氣相出口槽（26），冷流體入口（20）與冷流體入口槽（25），熱流體入口（23）與熱流體入口槽（24）分別相對(duì)應(yīng)；各氣相和流體進(jìn)出口槽（24,25,26,27）為上下貫通結(jié)構(gòu)，其距盤中心的距離與旋轉(zhuǎn)盤上對(duì)應(yīng)孔距盤中心的距離相等，槽寬與對(duì)應(yīng)孔的直徑相等，各槽的長(zhǎng)度取決于該段反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，通過旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)的繞心轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各通道的有序開啟和閉合。

其二為六孔方案：旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)上沿徑向分布有氣相入口（21）、氣相出口（22）、冷流體入口（20）、熱流體入口（23）、真空接口（29）和安全閥接口（28），固定盤（Ⅱ）上分布有氣相入口槽（27）、氣相出口槽（26）、冷流體入口槽（25）、熱流體入口槽（24）、真空槽（30）和安全閥接口槽（31）；氣相入口（21）與氣相入口槽（27），氣相出口（22）與氣相出口槽（26），冷流體入口（20）與冷流體入口槽（25），熱流體入口（23）與熱流體入口槽（24），真空接口（29）與真空槽（30），安全閥接口（28）與安全閥接口槽（31）分別相對(duì)應(yīng)；各氣相和流體進(jìn)出口槽（24,25,26,27,30,31）為上下貫通結(jié)構(gòu)，其距盤中心的距離與旋轉(zhuǎn)盤上對(duì)應(yīng)孔距盤中心的距離相等，槽寬與對(duì)應(yīng)孔的直徑相等，各槽的長(zhǎng)度取決于該段反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，通過旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)的繞心轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各通道的有序開啟和閉合。

本發(fā)明的反應(yīng)器(Ⅲ)可為釜式反應(yīng)器、固定盤式反應(yīng)器、直管式反應(yīng)器等各類氣固相反應(yīng)器，由于螺旋管式微通道反應(yīng)器具備擁有較大換熱面積、可消除熱應(yīng)力和機(jī)械擠壓應(yīng)力、增大湍動(dòng)程度等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出較好的反應(yīng)器性能，故本發(fā)明反應(yīng)器(Ⅲ)優(yōu)選采用螺旋管式微通道反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造如下：圓柱形殼體（15）兩端分別固定設(shè)置有上端管板（16）和下端管板（10），上端管板（16）和下端管板（10）之間連接有多根截面為橢圓形的微通道螺旋管（12）；位于上端管板（16）和下端管板（10）軸向間的不銹鋼固定支撐網(wǎng)（5）壁開有多個(gè)孔，其外壁包裹有濾網(wǎng)管（4），不銹鋼固定支撐網(wǎng)（5）下端與氣相進(jìn)出口通道（7）相連通；殼體（15）的上端面與上端管板（16）間形成換熱流體出口緩沖槽（18），設(shè)置有換熱流體出口（19），固定盤（Ⅱ）與下端管板（10）間形成換熱流體入口緩沖槽（9），換熱流體出口緩沖槽（18）上部設(shè)置有換熱流體出口緩沖槽排氣口（17），換熱流體入口緩沖槽（9）側(cè)壁設(shè)置有換熱流體入口緩沖槽排氣口（6）；微通道螺旋管（12）的排列方式為正三角形排布，管間距為微通道螺旋管（12）當(dāng)量直徑的2～5倍。反應(yīng)器殼體（15）底部由支座（8）支撐?？筛鶕?jù)使用要求選用裙式支座、支承式支座、腿式支座。

換熱流體出口緩沖槽（18）通過法蘭（11）用螺栓（1）與螺母（2）與上端管板（16）連接，以方便更換上端管板（16）。反應(yīng)器通過法蘭（11）上的法蘭密封圈密封。法蘭（11）可根據(jù)使用壓力、溫度等使用條件選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭以及密封圈。

氣固相反應(yīng)器中，在殼體的一側(cè)設(shè)置有裝填固相反應(yīng)物的側(cè)蓋（3）。管板與殼體通過法蘭連接，為可拆卸結(jié)構(gòu)；同時(shí)為增強(qiáng)傳熱質(zhì)的效果、防止反應(yīng)物受到污染，流體通道與氣體通道、固體反應(yīng)物床層接觸部分為密封結(jié)構(gòu)。

裝置采用的氣-固相反應(yīng)器中的濾網(wǎng)管（4）采用不銹鋼或非金屬材質(zhì)，孔徑為100～500目。

該裝置中的旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)以反應(yīng)器軸中心為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)與固定盤（Ⅱ）之間采用機(jī)械或填料密封。

氣相入口（21）、氣相出口（22）、真空接口（29）和安全閥接口（28）距盤中心的距離小于氣相進(jìn)出口通道（7）的半徑，冷流體入口（20）、熱流體入口（23）距盤中心的距離大于氣相進(jìn)出口通道（7）的半徑。

旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)上的冷流體入口（20）和固定盤（Ⅱ）上的冷流體入口槽（25）聯(lián)通時(shí)，向反應(yīng)器（Ⅲ）內(nèi)通入冷流體，及時(shí)帶走反應(yīng)熱；熱流體入口（23）和熱流體入口槽（24）聯(lián)通時(shí)，將通入熱流體，及時(shí)供給反應(yīng)所需熱；氣相入口（21）與氣相入口槽（27）聯(lián)通時(shí)，向反應(yīng)器（Ⅲ）內(nèi)通入反應(yīng)原料氣，發(fā)生吸收、吸附過程；氣相出口（22）與氣相出口槽（26）聯(lián)通時(shí)，反應(yīng)器（Ⅲ）內(nèi)的氣相物質(zhì)因壓差或擴(kuò)散從氣相出口（22）流出。

對(duì)于有抽真空需求的過程，可在旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)上增設(shè)真空接口（29），外接真空泵，當(dāng)真空接口（29）與固定盤（Ⅱ）的真空槽（30）聯(lián)通時(shí)，將對(duì)反應(yīng)器（Ⅲ）抽真空，可實(shí)現(xiàn)真空條件下的氣相解吸或脫附，還可在初次反應(yīng)前抽出裝置內(nèi)的殘余氣體。

對(duì)于有保障壓力安全需求的過程，可在旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)上增設(shè)安全閥接口（28），外接安全閥和壓力表，當(dāng)安全閥接口（28）與固定盤（Ⅱ）的安全閥接口槽（31）聯(lián)通時(shí)，將對(duì)整個(gè)反應(yīng)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦體系壓力超過允許壓力，安全閥將打開卸壓，以確保實(shí)驗(yàn)過程安全。

本發(fā)明可通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）的轉(zhuǎn)速及固定盤（Ⅱ）上槽的尺寸控制反應(yīng)時(shí)間，以進(jìn)一步控制反應(yīng)進(jìn)程。

反應(yīng)氣體從氣相入口（21）進(jìn)入，依次通過氣相入口槽（27）、氣相進(jìn)出口通道（7），經(jīng)不銹鋼固定支撐網(wǎng)（5）壁開孔進(jìn)入反應(yīng)物床層（13），與固相反應(yīng)物接觸發(fā)生吸收或吸附反應(yīng)。反應(yīng)吸收/釋放的熱量通過換熱管（12）的換熱流體供給/移出。

換熱流體從旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)上的冷流體入口（20）或熱流體入口（23）流入，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）轉(zhuǎn)動(dòng)到冷流體入口（20）或熱流體入口（23）與固定盤（Ⅱ）上對(duì)應(yīng)的冷流體入口槽（25）或熱流體入口槽（24）聯(lián)通時(shí)，流體經(jīng)冷流體入口槽（25）或熱流體入口槽（24）流入換熱流體入口緩沖槽（9），進(jìn)而通過換熱管（12）到達(dá)換熱流體出口緩沖槽（18），最終由換熱流體出口（19）流出。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）和固定盤（Ⅱ）上氣液相流通通道的有序啟閉，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的連續(xù)性操作，避免了間歇操作帶來的問題，提高了設(shè)備利用率，增大了設(shè)備生產(chǎn)能力，保證工藝參數(shù)穩(wěn)定，且避免了繁復(fù)的人工操作，降低操作成本；同時(shí)自動(dòng)控制降低了實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)的危險(xiǎn)性，且該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用少。此外，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）的轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)反應(yīng)進(jìn)程的快慢，調(diào)整槽尺寸可控制反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)物濃度，使得反應(yīng)進(jìn)程更加易于調(diào)控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明四孔方案的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明四孔方案的旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）示意圖；

圖3是本發(fā)明四孔方案的固定盤（Ⅱ）示意圖；

圖4是本發(fā)明四孔方案轉(zhuǎn)動(dòng)盤與固定盤連接示意圖；

圖5是本發(fā)明六孔方案的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明六孔方案的旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）示意圖；

圖7是本發(fā)明六孔方案的固定盤（Ⅱ）示意圖；

圖8是本發(fā)明六孔方案轉(zhuǎn)動(dòng)盤與固定盤連接示意圖；

圖9是吸、放氫時(shí)間數(shù)值模擬曲線圖；

圖10是循環(huán)時(shí)間數(shù)值模擬曲線圖。

圖中標(biāo)號(hào)說明：

1——螺栓 2——螺母 3——側(cè)蓋 4——濾網(wǎng)管

5——不銹鋼固定支撐網(wǎng) 6——換熱流體入口緩沖槽排氣口

7——?dú)庀噙M(jìn)出口通道 8——支座 9——換熱流體入口緩沖槽

10——下端管板 11——法蘭 12——換熱管

13——反應(yīng)物床層 14——測(cè)溫管 15——?dú)んw 16——上端管板

17——換熱流體出口緩沖槽排氣口 18——換熱流體出口緩沖槽

19——換熱流體出口 20——冷流體入口 21——?dú)庀嗳肟?/p>

22——?dú)庀喑隹? 23——熱流體入口 24——熱流體入口槽

25——冷流體入口槽 26——?dú)庀喑隹诓? 27——?dú)庀嗳肟诓?/p>

28——安全閥接口 29——真空接口 30——真空槽

31——安全閥接口槽。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)和固定盤（Ⅱ）在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中開孔與槽的相對(duì)位置控制各路的開啟與關(guān)閉情況。旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)和固定盤（Ⅱ）上的開孔與槽的相對(duì)位置可以實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中氣相入口一路接通時(shí)恰好冷流體換熱通道同時(shí)開啟，而在開啟的期間氣相出口一路和熱流體換熱通道均始終關(guān)閉。該對(duì)應(yīng)反應(yīng)階段結(jié)束后將進(jìn)入逆反應(yīng)階段。此時(shí)，氣相出口一路接通且恰好熱流體換熱通道同時(shí)開啟，而此時(shí)剛處于開啟狀態(tài)的氣相入口一路和冷流體換熱通道關(guān)閉。故裝置即通過兩盤上孔與槽在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的自主重合與錯(cuò)開實(shí)現(xiàn)吸收和解吸兩個(gè)過程的有序控制。

實(shí)施例1

針對(duì)金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)的吸、放氫過程，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1-4所示。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

附圖1-3所示，旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)上沿徑向設(shè)置冷流體入口（20）、熱流體入口（23）、氣相入口（21）和氣相出口（22），固定盤（Ⅱ）上按一定規(guī)則設(shè)置冷流體入口槽（25）、熱流體入口槽（24）、氣相入口槽（27）及氣相出口槽（26），各氣相和流體進(jìn)出口槽（24,25,26,27）距盤中心的距離與旋轉(zhuǎn)盤上對(duì)應(yīng)孔距盤中心的距離相等，槽寬與對(duì)應(yīng)孔的直徑相等，開槽的圓心角大小取決于該段反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，即θ=360^o*t/t_總。

附圖4是圖2中的旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）和圖3中的固定盤（Ⅱ）分別在A、B位置處的剖開圖，位置在下的是旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ），可清晰看到盤上依次分布冷流體入口（20）、熱流體入口（23）、氣相入口（21）和氣相出口（22）；在上的是固定盤（Ⅱ），該剖開位置處只露出熱流體入口槽（24）和氣相出口槽（26）。

在附圖4所示的轉(zhuǎn)動(dòng)位置時(shí)刻，熱流體入口（23）和氣相出口（22）分別與熱流體入口槽（24）和氣相出口槽（26）接通，其余通道不接通。此時(shí)系統(tǒng)通熱流體并打開氣相導(dǎo)出通道，對(duì)應(yīng)階段為放氫階段。該位置為旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）轉(zhuǎn)動(dòng)過程中放氫階段范圍內(nèi)的一位置，隨著旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）的轉(zhuǎn)動(dòng)，各開孔與對(duì)應(yīng)槽將實(shí)現(xiàn)及時(shí)的開啟與閉合。

反應(yīng)器開始工作，旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)至冷流體入口槽（25）與冷流體入口（20）接通時(shí)，氣相入口槽（27）與氣相入口（21）同時(shí)接通，此時(shí)熱流體入口槽（24）與氣相出口槽（26）分別與熱流體入口（23）及氣相出口（22）斷開，致使系統(tǒng)通入冷流體并輸入氫氣，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由冷流體移走，以防止溫度過高反應(yīng)不完全。直到冷流體入口槽（25）、氣相入口槽（27）與冷流體入口（20）、氣相入口（21）錯(cuò)開，吸氫反應(yīng)階段結(jié)束；旋轉(zhuǎn)盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)熱流體入口槽（24）與熱流體入口（23）接通時(shí)，氣相出口槽（26）與氣相出口（22）接通，而此時(shí)冷流體入口槽（25）、氣相入口槽（27）分別與冷流體入口（20）、氣相入口（21）錯(cuò)開，系統(tǒng)氣相出口通道打開并通入熱流體，當(dāng)溫度達(dá)到脫氫反應(yīng)的要求溫度時(shí)，系統(tǒng)開始向外放出氫氣。直到熱流體入口槽（24）、氣相出口槽（26）與熱流體入口（23）、氣相出口（22）錯(cuò)開，放氫反應(yīng)階段結(jié)束。隨后，隨著旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，冷流體入口槽（25）和氣相入口槽（27）將再次與冷流體入口（20）和氣相入口（21）接通，進(jìn)而自主發(fā)生下一輪循環(huán)。

儲(chǔ)氫時(shí)，反應(yīng)氣體從氣相入口（21）通入，通過固定盤（Ⅱ）上的氣相入口槽（27），進(jìn)入氣相進(jìn)出口通道（7），并通過置于殼體軸向中央的不銹鋼固定支撐網(wǎng)（5），經(jīng)濾網(wǎng)管（4）擴(kuò)散進(jìn)入反應(yīng)物床層（13）中，反應(yīng)物床層（13）為多孔結(jié)構(gòu)，氣體擴(kuò)散具有一定的阻力，為保證氣體與固體反應(yīng)物床層（13）充分接觸，需采用0.2~1MPa的初始?jí)毫M(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)物床層（13）釋放氣體的過程為吸熱反應(yīng)，需采用80~150℃加熱反應(yīng)物床層（13）發(fā)生反應(yīng)，可通過測(cè)溫管（14）測(cè)得殼體（15）內(nèi)反應(yīng)物的溫度；放氫時(shí)，床層（5）釋放出的氣體依次通過濾網(wǎng)管（4）、不銹鋼固定支撐網(wǎng)（5）、氣相進(jìn)出口通道（7）、氣相出口槽（26）和氣相出口（22）排出裝置。

氣相與固相的反應(yīng)熱由布置于殼體（15）內(nèi)的換熱管（12）中的換熱流體通過導(dǎo)熱方式進(jìn)行供給/移走，根據(jù)放出/吸收的熱量大小，調(diào)節(jié)流體流速來控制傳遞熱量的大小。儲(chǔ)氫時(shí)，換熱流體從冷流體入口（20）、冷流體入口槽（25）流入，經(jīng)換熱流體入口緩沖槽（9）通過換熱管（12），隨后流至換熱流體出口緩沖槽（18），最后從換熱流體出口（19）流出反應(yīng)器；放氫時(shí)，換熱流體由熱流體入口（23）、熱流體入口槽（24）流入反應(yīng)器，同樣通過換熱流體入口緩沖槽（9）、換熱管（12）、換熱流體出口緩沖槽（18）及換熱流體出口（19）流出裝置。由于微通道螺旋管（3）與反應(yīng)物床層（13）接觸面較大，并且在管空腔內(nèi)流體以湍流形式流動(dòng)，其整個(gè)反應(yīng)床層溫度基本趨于一致，床層平均反應(yīng)速率較快。

吸氫過程中的換熱流體取溫度為20－40度的冷水，放氫過程中采用的換熱流體取溫度為50－80度的熱水，儲(chǔ)氫材料選用鑭鎳物。

實(shí)施例2

針對(duì)有抽真空及保障壓力安全需求的儲(chǔ)氫反應(yīng)，發(fā)明人在實(shí)施例1四孔方案的基礎(chǔ)上增設(shè)了抽真空通路和安全閥通路，以進(jìn)一步確保反應(yīng)的徹底與安全性。下面結(jié)合附圖5-8以完整的儲(chǔ)氫反應(yīng)過程為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)至真空接口（29）與固定盤（Ⅱ）的真空槽（30）接通時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)真空條件下的氣相解吸或脫附，還可在初次反應(yīng)前抽出裝置內(nèi)的殘余氣體。

如附圖6、7所示，旋轉(zhuǎn)盤(Ⅰ)上增設(shè)安全閥接口（28），可外接安全閥和壓力表，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)至安全閥接口（28）與固定盤（Ⅱ）的安全閥接口槽（31）接通時(shí)，可對(duì)整個(gè)反應(yīng)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦體系壓力超過允許壓力，安全閥將打開卸壓，以確保實(shí)驗(yàn)過程安全。

增設(shè)的真空接口（29）、安全閥接口（28）、真空槽（30）及安全閥接口槽（31）的分布遵循其余開孔與槽的設(shè)置規(guī)則。

附圖8是圖6中的旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）和圖7中的固定盤（Ⅱ）分別在A、B位置處的剖開圖，位置在下的是旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ），盤上依次分布冷流體入口（20）、真空接口（29）、氣相出口（22）、氣相入口（21）、安全閥接口（28）和熱流體入口（23）；在上的是固定盤（Ⅱ），該剖開位置處只露出氣相出口槽（26）、安全閥接口槽（31）和熱流體入口槽（24）。

在附圖8位置下，熱流體入口（23）、氣相出口（22）及安全閥接口（28）分別與熱流體入口槽（24）、氣相出口槽（26）及安全閥接口槽（31）接通，同時(shí)其余通道不接通。此時(shí)系統(tǒng)通入熱流體并打開氣相導(dǎo)出通道，同時(shí)安全閥通道保持接通，保證室內(nèi)壓力安全，處于放氫反應(yīng)階段。隨著旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）的轉(zhuǎn)動(dòng)，各通路實(shí)現(xiàn)及時(shí)的開啟與閉合。

如附圖5－8所示，反應(yīng)器開始工作，旋轉(zhuǎn)盤（Ⅰ）轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)真空槽（30）與真空接口（29）接通時(shí)，真空系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)體系抽真空，真空槽（30）與真空接口（29）錯(cuò)開時(shí)，抽真空階段結(jié)束；隨后，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至冷流體入口槽（25）、氣相入口槽（27）分別與冷流體入口（20）、氣相入口（21）接通，同時(shí)熱流體入口槽（24）、氣相出口槽（26）分別與熱流體入口（23）、氣相出口（22）斷開時(shí)，系統(tǒng)通入冷流體并輸入氫氣，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由冷流體移走。冷流體入口槽（25）、氣相入口槽（27）與冷流體入口（20）、氣相入口（21）錯(cuò)開時(shí)，吸氫反應(yīng)階段結(jié)束；旋轉(zhuǎn)盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)熱流體入口槽（24）、氣相出口槽（26）分別與熱流體入口（23）、氣相出口（22）接通，同時(shí)冷流體入口槽（25）、氣相入口槽（27）分別與冷流體入口（20）、氣相入口（21）斷開時(shí)，系統(tǒng)氣相出口通道打開并通入熱流體，當(dāng)溫度達(dá)到脫氫反應(yīng)的要求溫度時(shí)，系統(tǒng)向外放出氫氣。此時(shí)，安全閥接口槽（31）與安全閥接口（28）同時(shí)接通，以時(shí)刻保障生產(chǎn)安全。當(dāng)熱流體入口槽（24）、氣相出口槽（26）與熱流體入口（23）、氣相出口（22）錯(cuò)開時(shí)，放氫反應(yīng)結(jié)束。隨后，旋轉(zhuǎn)盤再次轉(zhuǎn)動(dòng)到真空槽（30）與真空接口（29）接通的位置，及時(shí)對(duì)體系抽真空，使儲(chǔ)氫材料在真空條件下進(jìn)行完全的放氫，材料回到初始條件，為下一循環(huán)的吸放氫過程做好準(zhǔn)備。此時(shí)熱流體入口槽（24）與熱流體入口（23）同時(shí)接通，通過補(bǔ)給熱量加速完全放氫過程。

同樣地，儲(chǔ)氫時(shí)，反應(yīng)氣體從氣相入口（21）通入，通過固定盤（Ⅱ）上的氣相入口槽（27），進(jìn)入氣相進(jìn)出口通道（7），并通過置于殼體軸向中央的不銹鋼固定支撐網(wǎng)（5），經(jīng)濾網(wǎng)管（4）擴(kuò)散進(jìn)入反應(yīng)物床層（13）中，發(fā)生吸氫反應(yīng)，反應(yīng)熱由反應(yīng)器內(nèi)的換熱管（12）中的冷流體帶走；放氫時(shí)，床層（5）釋放出的氣體依次通過濾網(wǎng)管（4）、不銹鋼固定支撐網(wǎng)（5）、氣相進(jìn)出口通道（7）、氣相出口槽（26）和氣相出口（22）排出裝置。

儲(chǔ)氫時(shí)，換熱流體從冷流體入口（20）、冷流體入口槽（25）流入，經(jīng)換熱流體入口緩沖槽（9）通過換熱管（12），隨后流至換熱流體出口緩沖槽（18），最后從換熱流體出口（19）流出反應(yīng)器；放氫時(shí)，換熱流體由熱流體入口（23）、熱流體入口槽（24）流入反應(yīng)器，同樣通過換熱流體入口緩沖槽（9）、換熱管（12）、換熱流體出口緩沖槽（18）及換熱流體出口（19）流出裝置。

實(shí)施例3

發(fā)明人利用商業(yè)模擬軟件COMSOL對(duì)本發(fā)明建立了三維數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其吸、放氫過程進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算，探究了不同初始反應(yīng)分率對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的影響，并得出最優(yōu)初始反應(yīng)分率下的吸放氫循環(huán)時(shí)長(zhǎng)及固定盤上對(duì)應(yīng)各階段的各通道槽長(zhǎng)的最優(yōu)方案。如下：

附圖9是裝置在不同初始反應(yīng)分率下發(fā)生吸、放氫反應(yīng)的耗時(shí)分布圖?？刂品磻?yīng)程度一定，即△X=0.8。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受吸放氫反應(yīng)機(jī)理的限制，吸氫初始反應(yīng)分率越大，吸氫過程反應(yīng)耗時(shí)越長(zhǎng)，而放氫初始反應(yīng)分率越大，放氫過程反應(yīng)耗時(shí)越短。當(dāng)初始反應(yīng)分率X為0.08時(shí)，吸氫過程耗時(shí)與放氫過程耗時(shí)恰相等。

附圖10是裝置發(fā)生一個(gè)完整吸放氫循環(huán)的反應(yīng)耗時(shí)圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初始反應(yīng)分率X為0.07時(shí)，裝置發(fā)生一個(gè)吸放氫循環(huán)的耗時(shí)周期最短。

模擬結(jié)果得出，最優(yōu)初始反應(yīng)分率下的四孔最優(yōu)方案中，冷流體入口槽（25）、熱流體入口槽（24）、氣相入口槽（27）及氣相出口槽（26）對(duì)應(yīng)的圓心角角度分別為170^o、190^o、170^o及190^o。

模擬結(jié)果得出，最優(yōu)初始反應(yīng)分率下的六孔最優(yōu)方案中，冷流體入口槽（25）、熱流體入口槽（24）、氣相入口槽（27）、氣相出口槽（26）、真空槽（30）及安全閥接口槽（31）的圓心角角度分別為138^o、222 ^o、138^o、154^o、68 ^o 及154 ^o。