CN107055470A - 一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，包括原液罐、原液泵、反应釜和废液罐，原液罐通过原液泵连接反应釜原液输入端，反应釜废液输出端连接废液罐，该系统还包括初级换热器和二级换热器，初级换热器设置在原液罐和原液泵之间，初级换热器通过氢气管路连接反应釜氢气输出端，二级换热器设置在原液泵和反应釜之间，二级换热器通过原液管路连通原液泵和反应釜原液端，二级换热器还通过废液管路连通反应釜废液输出端和废液罐。与现有技术相比，本发明结构简单且实现了热量的充分利用，降低能耗，高效经济。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体有机储氢载体反应釜系统，尤其是涉及一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统。
背景技术
燃料电池是一种电化学反应装置，直接将化学能转换为电能。根据电解质的不同，可以分为质子交换膜燃料电池，碱性燃料电池，磷酸型燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。质子交换膜燃料电池工作温度低，电流密度大，响应速度快，性能稳定。而且反应生成物只有水，不存在腐蚀性。因此，质子交换膜燃料电池在车辆交通和备用电源等领域具有广阔的市场前景。
对于质子交换膜燃料电池中所需的氢气，目前工业上采用在-253℃低温液化储氢或200-700bar高压存储氢气，但是其成本较高，体积较大，且具有泄露危险。当应用于汽车等移动交通领域时，一般采用350bar或700bar的高压储氢的方式，为了满足汽车加氢要求，但高压加氢站稀少，建立加氢站成本极高，不利于燃料电池在汽车领域的推广。如果能够将氢分子吸附在某种载体上，实现常温常压下的安全储存，待使用时能将氢在温和条件下可控的释放，则可有效、安全地使用氢能。因此，全球主要的工业国家都在研发基于常温常压的液态有机储氢技术。
中国地质大学武汉可持续能源实验室研究团队在中组部第二批“千人计划”程寒松教授的带领下，在原美国工作基础上通过长期的探索和研究，发现了一类液态有机共扼分子储氢材料，此类材料具有熔点低(目前开发的技术已低至-20℃)、闪点高(150℃以上)、并在自制高效催化剂作用下释放气体纯度高(99.99％)、脱氢温度低约(150℃)等特点，且循环寿命高(2000次以上)、可逆性强，并且不产生一氧化碳等毒害燃料电池的气体。作为氢的载体，这类材料在使用过程中始终以液态方式存在，可以像石油一样在常温常压下储存和运输，完全可利用现有汽油输送方式和加油站构架。
但是这种液态有机储氢载体释放氢气时需要在催化剂的作用下在高温反应釜中进行脱氢反应。该脱氢反应为吸热反应，需要反应釜维持在120-250℃，因此需要消耗大量的热量，同时反应后产生的废液和释放的氢气也都含有大量的热量。CN 104971675 A所申请的一种用于液态氢源材料进行脱氢反应的插层式反应装置，通过电加热装置提供反应釜反应需要的温度。CN 104979574 A所申请的一种基于燃料电池的液态氢源材料供氢反应系统和CN 104975987 A所申请的一种氢能源转化装置中热利用系统，利用原液对燃料电池电堆对原液进行加热，但是该种原液通过质子交换膜燃料电池时，可能会损坏电堆(质子交换膜冷却介质是去离子水或去离子水和乙二醇的混合液)。CN 105060244 A所申请的一种液态有机储氢载体的连续式加氢反应系统及加氢反应方法利用管路电伴热的方法对流经管路的储氢原液进行加热，同时反应脱氢后废液含有大量的热也未充分利用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，包括原液罐、原液泵、反应釜和废液罐，所述的原液罐通过原液泵连接反应釜原液输入端，反应釜废液输出端连接废液罐，该系统还包括初级换热器和二级换热器，所述的初级换热器设置在原液罐和原液泵之间，所述的初级换热器通过氢气管路连接反应釜氢气输出端，所述的二级换热器设置在原液泵和反应釜之间，二级换热器通过原液管路连通原液泵和反应釜原液端，二级换热器还通过废液管路连通反应釜废液输出端和废液罐；
所述的初级换热器流通原液罐流出的原液以及反应釜氢气输出端输出的氢气形成原液-氢气热交换通道，所述的二级换热器流通原液泵流出的原液以及反应釜废液输出端的废液形成原液-废液热交换通道。
该系统还包括控制器，所述的控制器连接原液泵。
所述的反应釜废液输出端与二级换热器之间设有排液电磁阀，所述的排液电磁阀连接所述的控制器。
该系统还包括排液控制单元，所述的排液控制单元包括液位传感器，所述的液位传感器设置在反应釜内，所述的液位传感器连接所述的控制器。
反应釜氢气输出端与初级换热器之间还设有用于分离氢气输出端输出的氢气中的有机原液或废液的分离器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明设置初级换特器形成原液-氢气热交换通道，通过高温氢气对原液进行加热，同时对氢气进行了冷却，设置的二级换热器形成原液-废液热交换通道，通过废液对原液进行二次加热，同时对废液进行冷却，实现了热量的综合利用，节省能源；
(2)本发明系统结构简单，取消了额外的冷却介质和预热装置，精简了系统结构，高效经济；
(3)本发明设置液位传感器实现反应釜中废液的有效监控，从而通过控制器控制排液电磁阀的开度大小，实现精度有效控制。
附图说明
图1为本发明液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统的结构示意图。
图中，1为原液罐，2为初级换热器，3为原液泵，4为第一原液管路，5为二级换热器，6为第二原液管路，7为反应釜，8为氢气前处理装置，9为第一氢气管路，10为第二氢气管路，11为氢气后处理装置，12为液位传感器，13为第一废液管路，14为排液电磁阀，15为第二废液管路，16为废液罐，17为控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，包括原液罐1、原液泵3、反应釜7和废液罐16，原液罐1通过原液泵3连接反应釜7原液输入端，反应釜7废液输出端连接废液罐16，该系统还包括初级换热器2和二级换热器5，初级换热器2设置在原液罐1和原液泵3之间，初级换热器2通过氢气管路连接反应釜7氢气输出端，二级换热器5设置在原液泵3和反应釜7之间，二级换热器5通过原液管路连通原液泵3和反应釜7原液端，二级换热器5还通过废液管路连通反应釜7废液输出端和废液罐16；初级换热器2流通原液罐1流出的原液以及反应釜7氢气输出端输出的氢气形成原液-氢气热交换通道，二级换热器5流通原液泵3流出的原液以及反应釜7废液输出端的废液形成原液-废液热交换通道。
温度为T00的原液从原液罐1中首先经过初级换热器2进行初步加热，温度从T00上升到T01，初级换热器2另一侧热介质流是反应釜7中产生的高温氢气，经过初级换热后，该氢气温度从较高温度的T10降低到较低温度的T11。经过初级加热的原液从所述氢气换热器流出，经过原液泵3和第一原液管路4进入二级换热器5，二级换热器5的另一侧热介质是反应釜7中脱氢反应后产生的高温废液，高温废液通过第一废液管路13连通至二级换热器5。二级换热器5中流通的原液和废液进行热交换，原液温度从T01上升到T02，最终通过第二原液管路6进入反应釜7；同时，废液温度从较高温度的T03降低到较低温度的T04，最后通过第二废液管路15流入废液罐16。
该系统还包括控制器17，控制器17连接原液泵3。反应釜7废液输出端与二级换热器5之间设有排液电磁阀14，排液电磁阀14连接控制器17。该系统还包括排液控制单元，排液控制单元包括液位传感器12，液位传感器12设置在反应釜7内，液位传感器12连接控制器17。控制器17根据所述液位传感器12的废液液位信息和原液泵3的流量信息自动调节所述排液电磁阀14的开启时间和开启持续时间。控制器17采用市面上常用的数字控制器，如单片机、ARM控制器等。
反应釜7氢气输出端与初级换热器2之间还设有氢气前处理装置8，这里氢气前处理装置8为用于分离氢气输出端输出的氢气中的有机原液或废液的分离器。通过分离器分离后的氢气通过第一氢气管路9连通至初级换热器2，冷却后的氢气通过第二换热器还可以通过第二氢气管路10连接氢气后处理装置11进行相应处理，进而进去终端储氢罐或进入其他耗氢设备。
本发明的优越功效在于：
(1)充分利用系统反应尝试的废热对待反应原液加热，和相关领域的类似专利相比，可以降低反应釜7的功耗，节省能源；
(2)冷却了反应产生的氢气，方便氢气的存储或者再利用，如进入燃料电池发电(一般要求氢气温度≤60℃)；
(3)冷却了反应后的有机废液，便于存储回收；(4)结构简单，取消了额外的冷却介质和预热装置，精简了系统结构。
因此，通过以上技术，本发明通过对液态有机储氢载气反应装置产生的热综合利用，使得整个反应系统结构简单，高效经济，产生积极、有益的技术效果。
上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，并不构成对权利要求范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均在本发明保护的范围内。
Claims (5)
1.一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，包括原液罐(1)、原液泵(3)、反应釜(7)和废液罐(16)，所述的原液罐(1)通过原液泵(3)连接反应釜(7)原液输入端，反应釜(7)废液输出端连接废液罐(16)，其特征在于，该系统还包括初级换热器(2)和二级换热器(5)，所述的初级换热器(2)设置在原液罐(1)和原液泵(3)之间，所述的初级换热器(2)通过氢气管路连接反应釜(7)氢气输出端，所述的二级换热器(5)设置在原液泵(3)和反应釜(7)之间，二级换热器(5)通过原液管路连通原液泵(3)和反应釜(7)原液端，二级换热器(5)还通过废液管路连通反应釜(7)废液输出端和废液罐(16)；
所述的初级换热器(2)流通原液罐(1)流出的原液以及反应釜(7)氢气输出端输出的氢气形成原液-氢气热交换通道，所述的二级换热器(5)流通原液泵(3)流出的原液以及反应釜(7)废液输出端的废液形成原液-废液热交换通道。
2.根据权利要求1所述的一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，其特征在于，该系统还包括控制器(17)，所述的控制器(17)连接原液泵(3)。
3.根据权利要求2所述的一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，其特征在于，所述的反应釜(7)废液输出端与二级换热器(5)之间设有排液电磁阀(14)，所述的排液电磁阀(14)连接所述的控制器(17)。
4.根据权利要求2或3任意一项所述的一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，其特征在于，该系统还包括排液控制单元，所述的排液控制单元包括液位传感器(12)，所述的液位传感器(12)设置在反应釜(7)内，所述的液位传感器(12)连接所述的控制器(17)。
5.根据权利要求1所述的一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，其特征在于，反应釜(7)氢气输出端与初级换热器(2)之间还设有用于分离氢气输出端输出的氢气中的有机原液或废液的分离器。
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