CN110841563A - 一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法，包括尾气管道、燃烧器和脱氢反应器，将热气机的尾气管道从脱氢反应器中贯穿通过，利用热气机尾气的余热进行有机储氢材料脱氢反应，将空气与经脱氢反应器分离出的氢气分别通过管道通入尾气管道中，通过空气和氢气在尾气中燃烧释放热量来调整热气机尾气进入脱氢装置的温度，控制脱氢反应器中的温度保持在180～240℃之间，并通过阀门控制尾气管道流量、氢气管道流量、空气管道流量，使混合气体中氢气浓度低于4％。本发明有效利用热气机尾气的废热，利用氢气在高温富氧环境里燃烧替代电加热，提高了整个脱氢发电系统的能量转换效率，能节约大量能源，产生较大的经济效益。

Description

一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法
技术领域
本发明属于氢能发电技术领域，具体涉及一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法。
背景技术
近年来有机液体储氢技术取得了长足进展，有机液体储氢技术是借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等存在不饱和碳-碳键的储氢溶剂，通过与氢气发生可逆加氢/脱氢反应来实现氢的储存和释放。氢能发电系统主要分为制氢单元、储氢单元、脱氢单元和发电单元。制氢单元主要采用电解水产生氢气的技术，储氢单元主要采用有机液体苯环芳香烃来存储氢气，脱氢单元则是对存储氢气的有机液体中加热催化脱出氢气，发电单元则包括氢燃料电池和热气机等。有机液体储氢材料的脱氢过程是吸热过程，目前脱氢反应器加热装置采用电加热方式，电能由氢燃料电池发电提供，导致脱氢过程中需要消耗大量电能，使得燃料电池总的转换效率多在40％～50％范围内，能量从氢气转换为电能再加热使用限制了储氢系统的能量效率，同时氢气热气机排放的尾气约220℃，热气机发电效率约20％～25％，大部分能量均已热量的形式随尾气排放，大大降低了整个脱氢发电系统的能量效率，存在热气机的高温尾气能源浪费、氢燃料电池转化过高的问题，因此发明一种能利用的热气机高温尾气的脱氢方法尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于客服现有技术热气机尾气热能浪费，导致整个脱氢发电系统的能量转换效率低的问题，提出了一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法。
本发明采用如下技术方案：
一种利用热气机尾气脱氢的装置，其关键在于：包括尾气管道、燃烧器、脱氢反应器和气液分离器，所述脱氢反应器为水平倒置的罐体，所述尾气管道水平贯穿所述脱氢反应器，所述尾气管道进入所述脱氢反应器前还经过燃烧器，所述脱氢反应器的出口管道连接所述气液分离器，所述气液分离器上部设有脱氢氢气管道，所述气液分离器下部设有脱氢氢油管道，所述燃烧器还连接有燃烧氢气管道和空气管道，所述燃烧氢气管道一端连接所述燃烧器，另一端通过三通阀与所述脱氢氢气管道接通。该方案的效果是：将热点器的高温尾气充分利用，在脱氢反应器中与待脱氢氢油进行热交换，将其加热催化脱出氢气，充分利用热气机尾气余热节约能源，脱氢产生的氢气还能再利用，用于增加进入脱氢反应器中尾气的温度，三通阀还能控制进入燃烧器中的氢气流量。
作为优选方案，所述脱氢反应器的进口管道设置在其上部，所述脱氢反应器的出口管道设置在其下部，所述脱氢反应器的进口管道靠近所述尾气管道进口端设置，所述脱氢反应器的进口管道靠近所述尾气管道出口端设置。该方案的效果是：增加进入脱氢反应器的氢油的流经路程和时间，更多的进行换热，使其充分加热催化。
作为优选方案，所述尾气管道在所述脱氢反应器蛇形延伸。该方案的效果是：增加尾气管道在脱氢反应器的路程，使尾气管道和脱氢反应器中的氢油充分接触，能充分利用尾气管道的热量。
作为优选方案，所述脱氢反应器中设有温度传感器。该方案的效果是：便于检测脱氢反应器中的温度，保证脱氢反应器中温度在180～240℃，保持最大的脱氢效率。
作为优选方案，所述空气管道上设有气体流量控制阀。该方案的效果是：便于控制空气进入燃烧器的流量。
作为优选方案，所述脱氢反应器设有保温层。该方案的效果是：有效降低热量损失，节约能源。
一种利用热气机尾气脱氢的方法，其关键在于：将热气机的尾气管道从脱氢反应器中贯穿通过，利用热气机尾气的余热进行有机储氢材料脱氢反应。该方案的效果是：热气机的尾气管道温度在220℃左右，满足脱氢温度180～240℃的范围，将其利用到氢油脱氢中能有效节约能源，取缔原来的电加热方式，能提升整个脱氢发电系统的能量效率。
进一步，将空气与经脱氢反应器分离出的氢气分别通过管道通入尾气管道中，通过空气和氢气在尾气中燃烧释放热量来调整热气机尾气进入脱氢反应器中的温度。该方案的效果是：通过氢气和氧气燃烧，能提升热气机尾气进入脱氢反应器中的温度，将脱氢反应器中的温度保持在进行加热催化的最佳温度范围。
进一步，控制脱氢反应器中的温度保持在180～240℃之间。该方案的效果是：有机材料储氢的氢油最佳脱氢温度区间为180～240℃。
进一步，控制尾气管道流量、氢气管道流量、空气管道流量，使混合气体中氢气浓度低于4％。该方案的效果是：能有效保证燃烧器中的氢气在富氧环境里充分燃烧，使氢气燃烧最大化放出热量。
有益效果：本发明的一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法，有效利用了热气机尾气的废热，并添加部分脱氢环节放出的氢气，利用氢气在高温富氧环境里燃烧替代电加热，提高了整个脱氢发电系统的能量转换效率，能节约大量能源，产生较大的经济效益。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：
实施例：一种利用热气机尾气脱氢的方法，将热气机的尾气管道从脱氢反应器中贯穿通过，利用热气机尾气的余热进行有机储氢材料脱氢反应，将空气与经脱氢反应器分离出的氢气分别通过管道通入尾气管道中，通过空气和氢气在尾气中燃烧释放热量来调整热气机尾气进入脱氢装置的温度，控制脱氢反应器中的温度保持在180～240℃之间，并通过阀门控制尾气管道流量、氢气管道流量、空气管道流量，使混合气体中氢气浓度低于4％。
如附图1所示，该方法依托于一种利用热气机尾气脱氢的装置，包括尾气管道1、燃烧器2、脱氢反应器3和气液分离器5，脱氢反应器3为水平倒置的罐体，尾气管道1水平贯穿脱氢反应器3，尾气管道1在脱氢反应器3蛇形延伸，脱氢反应器3的进口管道设置在其上部，脱氢反应器3的出口管道设置在其下部，脱氢反应器3的进口管道靠近尾气管道1进口端设置，脱氢反应器3的进口管道靠近尾气管道1出口端设置，在尾气管道1和空气管道10上均可设置气体流量控制阀。
在具体实施时，由于尾气管道1中的尾气温度只有220℃左右，并且在管道运输过程中存在热量损耗，所以尾气管道1进入脱氢反应器3前还经过燃烧器2，脱氢反应器3的出口管道连接气液分离器5，气液分离器5上部设有脱氢氢气管道6，气液分离器5下部设有脱氢氢油管道7，燃烧器2还连接有燃烧氢气管道9和空气管道10，燃烧氢气管道9一端连接燃烧器2，另一端通过三通阀8与脱氢氢气管道6接通，通过氧气和空气在燃烧器2中燃烧释放热量，提高进入脱氢反应器3中的混合气体温度，保证最佳反应温度180～240℃之间，脱氢反应器3还设有温度传感器和保温层4，以起到检测脱氢反应器3中温度和保温作用。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用热气机尾气脱氢的装置，其特征在于：包括尾气管道(1)、燃烧器(2)、脱氢反应器(3)和气液分离器(5)，所述脱氢反应器(3)为水平倒置的罐体，所述尾气管道(1)水平贯穿所述脱氢反应器(3)，所述尾气管道(1)进入所述脱氢反应器(3)前还经过燃烧器(2)，所述脱氢反应器(3)的出口管道连接所述气液分离器(5)，所述气液分离器(5)上部设有脱氢氢气管道(6)，所述气液分离器(5)下部设有脱氢氢油管道(7)，所述燃烧器(2)还连接有燃烧氢气管道(9)和空气管道(10)，所述燃烧氢气管道(9)一端连接所述燃烧器(2)，另一端通过三通阀(8)与所述脱氢氢气管道(6)接通。
2.根据权利要求1所述的一种利用热气机尾气脱氢的装置，其特征在于：所述脱氢反应器(3)的进口管道设置在其上部，所述脱氢反应器(3)的出口管道设置在其下部，所述脱氢反应器(3)的进口管道靠近所述尾气管道(1)进口端设置，所述脱氢反应器(3)的进口管道靠近所述尾气管道(1)出口端设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用热气机尾气脱氢的装置，其特征在于：所述尾气管道(1)在所述脱氢反应器(3)蛇形延伸。
4.根据权利要求3所述的一种利用热气机尾气脱氢的装置，其特征在于：所述脱氢反应器(3)中设有温度传感器。
5.根据权利要求3所述的一种利用热气机尾气脱氢的装置，其特征在于：所述空气管道(10)上设有气体流量控制阀。
6.根据权利要求3所述的一种利用热气机尾气脱氢的装置，其特征在于：所述脱氢反应器(3)设有保温层4。
7.一种利用热气机尾气脱氢的方法，其特征在于：将热气机的尾气管道从脱氢反应器中贯穿通过，利用热气机尾气的余热进行有机储氢材料脱氢反应。
8.根据权利要求7所述的一种利用热气机尾气脱氢的方法，其特征在于：将空气与经脱氢反应器分离出的氢气分别通过管道通入尾气管道中，通过空气和氢气在尾气中燃烧释放热量来调整热气机尾气进入脱氢装置的温度。
9.根据权利要求8所述的一种利用热气机尾气脱氢的方法，其特征在于：控制脱氢反应器中的温度保持在180～240℃之间。
10.根据权利要求7或8所述的一种利用热气机尾气脱氢的方法，其特征在于：控制尾气管道流量、氢气管道流量、空气管道流量，使混合气体中氢气浓度低于4％。
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