CN109707529A - 一种供氢系统与热气机一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供氢系统与热气机一体化系统，包括：原料罐、产物液体罐、换热器、反应器、分离器、缓冲罐和热气机；其中原料罐依次通过管路连接换热器、反应器、分离器、缓冲罐和热气机，分离器同时通过管路连接产物液体罐；原料罐储存氢源材料，氢源材料在换热器内被预加热，之后在反应器内进行脱氢反应生成氢气和储氢载体的混合物，混合物进入分离器中，其中储氢载体进入产物液体罐被储存起来，氢气进入缓冲罐并送入热气机中将氢能转化为动能。本申请的提供的供氢系统与热气机一体化系统，将供氢系统连接热气机，直接给热气机提供氢气，以转化为动能。供氢系统采用储氢载体作为制氢的来源，避免了其他制氢方法可能混有其他气体的可能性，使热气机的运行更加安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于化工设备领域，特别涉及一种供氢系统与热气机一体化系统。
背景技术
热气机，是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。因它是1816年苏格兰的斯特林所发明，故又称斯特林发动机。
热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
氮价廉、易得且安全，但以氮为工质时，随着发动机转速的增高，会使发动机的热效率和输出功率都下降。氦安全，但价格高昂。氢气除了在混有其他气体的条件下具有爆炸性的危险外，在其他方面都优于氦。
热气机实际循环效率较高，已接近柴油机，排气中有害成分较少，噪声较低。因燃料是在较多的过量空气下连续燃烧的，热气机无需气门机构，无爆炸燃烧，运行平稳振动小。热气机在很宽的速度范围内具有良好的扭矩特性，适于车辆使用，曲轴每转的扭矩不均匀度小，润滑油消耗量也少。
发明目的
本发明的目的是提供一种可以用于氢燃料电池发电用的供氢系统与热气机一体化系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种供氢系统与热气机一体化系统，包括：原料罐、产物液体罐、换热器、反应器、分离器、缓冲罐和热气机；
其中所述原料罐依次通过管路连接换热器、反应器、分离器、缓冲罐和热气机，所述分离器同时通过管路连接产物液体罐；
所述原料罐储存氢源材料，氢源材料在换热器内被预加热，之后在反应器内进行脱氢反应生成氢气和储氢载体的混合物，混合物进入分离器中，其中储氢载体进入产物液体罐被储存起来，氢气进入缓冲罐并送入热气机中将氢能转化为动能。
进一步的，液态储氢载体包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。
进一步的，反应釜为板式或列管式。
进一步的，反应釜内填充有脱氢催化剂。
进一步的，换热器是通过导热介质将热气机产生的热量传递给氢源材料。
进一步的，原料罐和换热器之间设置有泵。
本申请的提供的供氢系统与热气机一体化系统，将供氢系统连接热气机，直接给热气机提供氢气，以转化为动能。供氢系统采用储氢载体作为制氢的来源，避免了其他制氢方法可能混有其他气体的可能性，使热气机的运行更加安全可靠。
附图说明
图1是本发明实施例供氢系统与热气机一体化系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的附图和实施例对本发明作进一步的说明。
储氢载体是一种可在常温常压下呈现液态的储氢体系，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。
进一步地，储氢组分选自杂环不饱和化合物，杂环不饱和化合物中的杂原子为N、S、O及P中的一种或多种。
进一步地，杂环不饱和化合物中杂环和芳环的总数为1～20，杂原子的总数为1～20。
进一步地，相对于储氢体系的总质量而言，低熔点化合物的质量分数为5～95％。
进一步地，储氢体系还包括加氢添加剂，加氢添加剂为极性溶剂和/或非极性溶剂。
进一步地，相对于每克储氢组分而言，加氢添加剂的加入量为0.1～10mL。
进一步地，不同的储氢组分分别选自苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、苯乙炔、蒽、萘、芴、苯胺、咔唑、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、吲哚、N-甲基吲哚、N-乙基吲哚、N-丙基吲哚、喹啉、异喹啉、吡啶、吡咯、呋喃、苯并呋喃、噻吩、嘧啶及咪唑所组成的组及其衍生物。
进一步地，极性溶剂选自乙醇、甲醇、乙醚、甲醚、乙腈、乙酸乙酯、甲酰胺、异丙醇、正丁醇、二氧六环、正丁醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿及二氯乙烷中的一种或多种。
进一步地，非极性溶剂选自正己烷、正戊烷、环己烷、均三甲苯、二硫化碳、石油醚及四氯化碳中的一种或多种。
进一步地，储氢体系还包括脱氢添加剂，脱氢添加剂选自十氢化萘、均三甲苯、石油醚及苯醚中的一种或多种。
进一步地，相对于每克储氢组分而言，脱氢添加剂的加入量为0.1～10mL。
储氢载体在加氢催化剂的作用下进行加氢化学反应生成氢源材料，氢源材料在脱氢催化剂的作用下进行脱氢化学反应还原为储氢载体。
如图1所述，供氢系统与热气机一体化系统，包括：原料罐、产物液体罐、换热器、反应器、分离器、缓冲罐和热气机。
其中原料罐依次通过管路连接泵、换热器、反应器、分离器、缓冲罐和热气机，分离器同时通过管路连接产物液体罐。
原料罐储存氢源材料，氢源材料在换热器内被预加热，之后在反应器内进行脱氢反应生成氢气和储氢载体的混合物，混合物进入分离器中，其中储氢载体进入产物液体罐被储存起来，氢气进入缓冲罐并送入热气机中将氢能转化为动能，输出所需要的功率。
反应釜为板式或列管式，反应釜内填充有脱氢催化剂。
换热器是通过导热介质将氢燃料电池产生的热量传递给氢源材料。
热气机可通过调节产氢量，来实时调整其输出功率。调节方式如下：调节泵流量，改变进入反应器的氢源材料流量，进而改变产氢量(在一定范围内，流量越大，产氢量越大)
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (6)
1.一种供氢系统与热气机一体化系统，其特征在于包括：原料罐、产物液体罐、换热器、反应器、分离器、缓冲罐和热气机；
其中所述原料罐依次通过管路连接换热器、反应器、分离器、缓冲罐和热气机，所述分离器同时通过管路连接产物液体罐；
所述原料罐储存氢源材料，氢源材料在换热器内被预加热，之后在反应器内进行脱氢反应生成氢气和储氢载体的混合物，混合物进入分离器中，其中储氢载体进入产物液体罐被储存起来，氢气进入缓冲罐并送入热气机中将氢能转化为动能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述液态储氢载体包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述反应釜为板式或列管式。
4.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于：所述反应釜内填充有脱氢催化剂。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述换热器是通过导热介质将热气机产生的热量传递给氢源材料。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述原料罐和换热器之间设置有泵。
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