CN114874800A - 一种生物质基有机液体储氢系统及方法 - Google Patents

一种生物质基有机液体储氢系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质基有机液体储氢系统及方法，包括催化热解装置、热解产物分离收集装置和氢气储运装置；所述催化热解装置用于对生物质原料进行催化热解；所述热解产物分离收集装置用于分离和收集热解产物中的焦炭、床料、生物油以及不冷凝气体；所述氢气储运装置用于热解产物分离收集装置所产生的生物质基有机液体储放和运输氢气；该系统利用生物质催化热解产生的有机液体作为储氢介质，通过催化加氢与脱氢反应，结合现有油品储运设施实现氢气的安全高效储运。本发明实现了可再生生物质能源的有效利用，减轻了对传统化石能源的依赖；生产工艺简单，节约能源；同时本发明提高了氢气储运方式的灵活性，提升了氢气运输的效率和安全性。

Description

一种生物质基有机液体储氢系统及方法
技术领域
本发明涉及有机液体储氢技术领域，具体来说，涉及一种生物质基有机液体储氢系统及方法。
背景技术
碳经济时代背景下，全球经济的发展建立在大量碳基化石燃料的基础上，我们将其用作电力、工业、运输和供热的主要能源。但是，日益严重的全球能源和环境危机促使能源载体从传统的化石能源向清洁可再生的能源转变，其中氢能源一直被视为潜在的解决方案。氢能经济系统主要由氢气的制取、储运和应用三方面组成，其中，制取和应用方面比较成熟，氢能储运是制约其被广泛高效利用和大规模产业化发展的关键问题。因此开发一种安全高效的储氢技术至关重要。
现有的储氢技术主要包括压缩氢气、液化氢气、金属合金储氢、金属有机框架物、吸附储氢等物理方法以及有机液体储氢、氨气储氢等化学方法。其中，压缩储氢运输成本较高，存在氢气易泄漏和容器爆破等不安全因素；液化储氢耗能巨大，也容易泄露，对罐体保温绝热性能有极高的要求；金属合金储氢目前技术尚不成熟，还存在储氢量小、抗杂质气体能力差、金属易粉化等问题；而NH3有毒，微量的NH3容易残留在H2中；有机液体储氢技术是利用液体有机物在不破坏有机物主体结构的前提下通过加氢和脱氢可逆过程来实现氢气储运的技术，具有储氢密度高、可形成封闭碳循环、能够实现跨洋运输和长周期储存等优点。有机液体储氢介质氢化和析氢后的分子常温下多为液态，可使用已有的油品储运设施，相比其他储氢方式在很多场合有明显的优势，是最具发展潜力的氢气低价储运技术之一。
目前，研究较多的有机液体储氢体系可以分为芳烃和N-掺杂两大类，芳烃类主要包括苯、甲苯、萘以及二苄基甲苯，N-掺杂类主要包括咔唑类、吡咯类、吡啶类以及吲哚类化合物。然而在工业生产过程中，这些储氢介质都是从不可再生的化石能源经过复杂的精炼过程制备而成的。例如，芳烃是通过石脑油重整和石油裂解生产的，吡咯是在固体酸催化剂作用下由石油衍生的呋喃与氨气反应制备的，吡啶是通过醛、酮或α、β–不饱和羰基化合物与氨或氨衍生物在沸石催化剂上缩合合成的，吲哚是由苯胺和乙二醇生产的。这不仅增加工业生产对化石能源的依赖，而且对生态环境造成一定程度的影响。
然而，在利用可再生、碳中性且储量丰富的生物质资源催化热解制备的生物油中，存在大量此类储氢介质。例如，在沸石分子筛催化剂作用下，当热解反应物中不包含供氮体时，生物油中主要包括苯、甲苯、二甲苯、萘以及它们的同系物；当热解反应物中包含供氮体时，生物油中主要包括吡咯、吡啶、吲哚、苯胺以及它们的同系物。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种生物质基有机液体储氢系统及方法，利用可再生生物质催化热解高效制备有机储氢液体，减轻对传统化石能源的依赖，实现生物质能源的有效利用，提高生物精炼产业的碳效率和经济前景。
技术方案：为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种生物质基有机液体储氢系统：包括催化热解装置、热解产物分离收集装置和氢气储运装置；所述催化热解装置用于对生物质原料进行催化热解；所述热解产物分离收集装置用于分离和收集热解产物中的焦炭、床料、生物油以及不冷凝气体；所述氢气储运装置用于生物质基有机液体储放和运输氢气；所述催化热解装置上设有热解产物出口；所述热解产物出口与热解产物分离收集装置入口连接；所述热解产物分离收集装置的出口和氢气储运装置的入口连接。
作为优选例，所述催化热解装置包括生物质给料装置、床料给料装置和流化床热解器；所述流化床热解器下端设有高温载气入口，上端设有热解产物出口；所述生物质给料装置和床料给料装置分别与所述流化床热解器连通；所述热解产物分离收集装置包括旋风分离器、分馏装置、储气罐、焦炭仓和储油罐；所述旋风分离器的入口与热解产物出口连接；所述旋风分离器上端设有高温气体产物出口，且高温气体产物出口与所述分馏装置的入口连接；所述旋风分离器下端设有固体产物出口，且固体产物出口与所述焦炭仓连接；所述分馏装置的气体出口与储气罐连接，分馏装置的有机液体出口与储油罐的入口连接；所述氢气储运装置包括高压氢气入口、第一有机液体储罐、第二有机液体储罐、有机液体加氢装置、第一富氢有机液体储罐、第二富氢有机液体储罐和含有氢气出口的富氢有机液体脱氢装置；所述第一有机液体储罐的入口和储油罐的出口连接，所述第一有机液体储罐的出口和有机液体加氢装置的入口连接，所述有机液体加氢装置的出口与第一富氢有机液体储罐的入口连接；所述有机液体加氢装置上设有高压氢气入口；所述第一富氢有机液体储罐的出口和第二富氢有机液体储罐的入口连接，所述第二富氢有机液体储罐的出口和富氢有机液体脱氢装置的入口连接，所述富氢有机液体脱氢装置的出口与第二有机液体储罐入口连接；所述第二有机液体储罐的出口与第一有机液体储罐的入口连接。
作为优选例，所述第一有机液体储罐和第二有机液体储罐中含有第一储氢介质；所述第一储氢介质为储油罐中的有机液体；所述第一富氢有机液体储罐和第二富氢有机液体储罐中含有第二储氢介质；所述第二储氢介质为有机液体催化加氢后的产物。
作为优选例，所述分馏装置包括分馏器；所述分馏器和储油罐一一对应设置；所述分馏器的有机液体出口和储油罐的入口连接；当分馏器为两个以上时，相邻两个分馏器中，一个分馏器的气体出口和另一个分馏器的入口连接；位于最上游的分馏器的入口和旋风分离器的高温气体产物出口连接，位于最下游的分馏器的气体出口与储气罐连接。
作为优选例，所述流化床热解器中的床料为选用的催化剂，载气为氮气与氨气的混合气；所述有机液体加氢装置和富氢有机液体脱氢装置均为反应原料连续输入，反应产物连续输出的装置。
第二方面，本发明实施例还提供一种生物质基有机液体储氢方法：所述方法包括以下步骤：
步骤10)生物质原料和催化剂分别经生物质给料装置和床料给料装置进入流化床热解器，发生催化热解反应，热解产物进入旋风分离器；
步骤20)热解产物在旋风分离器中进行气固相分离，固相产物进入焦炭仓，气相产物进入分馏装置，经过分馏装置分馏后，冷凝的有机液体进入储油罐，而不冷凝气体进入储气罐；
步骤30)储油罐(10)中的有机液体作为储氢介质运输至第一有机液体储罐，有机液体与高压氢源同时进入有机液体加氢装置，在设定反应温度、压力和加氢催化剂作用下，进行催化加氢反应，得到的富氢有机液体作为第二储氢介质，储存于第一富氢有机液体储罐；
步骤40)第二储氢介质经第一富氢有机液体储罐运输至第二富氢有机液体储罐，通过第二富氢有机液体储罐输送进入富氢有机液体脱氢装置，在设定反应温度、压力和脱氢催化剂作用下，进行催化脱氢反应，释放的氢气经氢气出口排出，得到的脱氢后的有机液体储存于第二有机液体储罐，经运输进入第一有机液体储罐，实现氢气的储运和储氢介质的闭环使用。
作为优选例，所述步骤S10)中催化剂为ZSM-5、Hβ、USY、MCM-41、Al2O3中的至少一种；所述步骤S10)中催化热解反应温度范围为400-700℃；所述步骤S30)中反应温度为50-250℃，压力为0.1-20MPa；所述步骤S40)中反应温度为150-350℃，压力为0.05-0.5MPa。
作为优选例，所述步骤S30)中，所述加氢催化剂包括活性组分和载体，其中，活性组分为Pd、Pt、Ru、Rh、Ni、Mo、Cu中的一种或多种，载体选自活性炭、碳基复合材料、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、g-C3N4中的至少一种。
作为优选例，所述步骤S40)中，所述脱氢催化剂包括活性组分和载体，其中，活性组分为Pd、Pt、Ru、Rh、Au、Ni、Co、Mo、W、Cu、Sn中的一种或多种，载体为活性炭、碳基复合材料、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、g-C3N4中的至少一种。
作为优选例，所述步骤S30)中，储油罐至第一有机液体储罐、S40)中第二有机液体储罐至第一有机液体储罐以及第一富氢有机液体储罐至第二富氢有机液体储罐通过现有油品储运设施运输，所述现有油品储运设施运输包括管路运输、水路运输、铁路运输和公路运输。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明的方案利用可再生生物质催化热解高效制备有机储氢液体，通过调节催化剂和反应工况进而调控有机液体的组分结构，实现了生物质能源的有效利用，减轻对传统化石能源的依赖；同时生产工艺简单，节约能源。此外,本发明提高氢气储运方式的灵活性的同时,提升了氢气运输的效率和安全性。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中有：催化热解装置1、热解产物分离收集装置2、旋风分离器3、分馏装置4、储气罐5、流化床热解器6、床料给料装置7、生物质给料装置8、焦炭仓9、储油罐10、氢气储运装置11、高压氢气入口12、有机液体加氢装置13、第一有机液体储罐14、第一富氢有机液体储罐15、第二有机液体储罐16、第二富氢有机液体储罐17、富氢有机液体脱氢装置18、氢气出口19。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明实施例的一种生物质基有机液体储氢系统，包括催化热解装置1、热解产物分离收集装置2和氢气储运装置11；所述催化热解装置1用于对生物质原料进行催化热解；所述热解产物分离收集装置2用于分离和收集热解产物中的焦炭、床料、生物油以及不冷凝气体；所述氢气储运装置11用于生物质基有机液体储放和运输氢气；所述催化热解装置1上设有热解产物出口；所述热解产物出口与热解产物分离收集装置2入口连接；所述热解产物分离收集装置2的出口和氢气储运装置11的入口连接。
上述结构的一种生物质基有机液体储氢系统中，利用可再生生物质催化热解制备有机储氢液体。通过调控有机液体组分结构，实现生物质能源的资源化和高效利用，减少对传统化石能源的依赖。
在储氢过程中，首先使生物质与催化剂在催化热解装置1中进行催化热解反应，催化热解的产物进入热解产物分离装置2，在旋风分离器3中进行气固相分离并结合分馏装置4获得有机储氢液体。有机储氢液体通过储油罐10输送至氢气储运装置11中的第一有机液体储罐14，第一有机液体储罐14中的有机储氢液体和高压氢源一同进入有机液体加氢装置13进行催化加氢反应得到富氢有机液体，并将富氢有机液体储存在第一富氢有机液体储罐15中。随后将第一富氢有机液体储罐15中的富氢有机液体运送至第二富氢有机液体储罐17，并将第二富氢有机液体储罐17中富氢有机液体送入富氢有机液体脱氢装置18进行催化脱氢反应。脱氢反应后释放的氢气通过氢气出口19排出，同时脱氢后的有机液体储存于第二有机液体储罐16，并通过运输输送至第一有机液体储罐14，使得储氢介质得以重复使用。整体装置充分利用可再生生物质能源，减少传统化石能源的使用，同时储氢效率更高，安全性更好。
作为优选例，所述催化热解装置1包括生物质给料装置8、床料给料装置7和流化床热解器6；所述流化床热解器6下端设有高温载气入口，上端设有热解产物出口；所述生物质给料装置8和床料给料装置7分别与所述流化床热解器6连通；所述热解产物分离收集装置2包括旋风分离器3、分馏装置4、储气罐5、焦炭仓9和储油罐10；所述旋风分离器3的入口与热解产物出口连接；所述旋风分离器3上端设有高温气体产物出口，且高温气体产物出口与所述分馏装置4的入口连接；所述旋风分离器3下端设有固体产物出口，且固体产物出口与所述焦炭仓9连接；所述分馏装置4的气体出口与储气罐5连接，分馏装置4的有机液体出口与储油罐10的入口连接；所述氢气储运装置11包括高压氢气入口12、第一有机液体储罐14、第二有机液体储罐16、有机液体加氢装置13、第一富氢有机液体储罐15、第二富氢有机液体储罐17和含有氢气出口19的富氢有机液体脱氢装置18；所述第一有机液体储罐14的入口和储油罐10的出口连接，所述第一有机液体储罐14的出口和有机液体加氢装置13的入口连接，所述有机液体加氢装置13的出口与第一富氢有机液体储罐15的入口连接；所述有机液体加氢装置13上设有高压氢气入口12；所述第一富氢有机液体储罐15的出口和第二富氢有机液体储罐17的入口连接，所述第二富氢有机液体储罐17的出口和富氢有机液体脱氢装置18的入口连接，所述富氢有机液体脱氢装置18的出口与第二有机液体储罐16入口连接；所述第二有机液体储罐16的出口与第一有机液体储罐14的入口连接。在进行储氢过程中，催化热解装置1、热解产物分离收集装置2和氢气储运装置11相互配合，使得整体系统更加完整，可以高效安全地完成储氢工作。同时热解产物分离收集装置2和氢气储运装置11可独立进行工作，不受地域因素限制，使得整体储氢系统的可应用面更加广泛。
作为优选例，所述第一有机液体储罐14和第二有机液体储罐16中含有第一储氢介质；所述第一储氢介质为储油罐10中的有机液体；所述第一富氢有机液体储罐15和第二富氢有机液体储罐17中含有第二储氢介质；所述第二储氢介质为有机液体催化加氢后的产物。第一储氢介质通过在机液体加氢装置13催化加氢反应后得到第二储氢介质；第二储氢介质通过富氢有机液体脱氢装置18脱氢反应后获得氢气和第一储氢介质。整体结构完整，同时储氢介质可以重复利用，节约了能源，提高了脱氢效率。所述有机液体加氢装置13和富氢有机液体脱氢装置18均为反应原料连续输入，反应产物连续输出的装置，进一步提高了氢气储运装置11的工作效率，从而提高了整体系统的效率。第一有机液体储罐14和第二有机液体储罐16之间以及第一富氢有机液体储罐15和第二富氢有机液体储罐17之间可以通过运输方式输送储氢介质，使得整个系统更加灵活，不受地域约束，应用面更加广泛。
作为优选例，所述分馏装置4包括一级或多级串联连接的分馏器；所述分馏器和储油罐10一一对应设置，所述分馏器的有机液体出口和储油罐10的入口连接；当分馏器为两个以上时，相邻两个分馏器中，一个分馏器的气体出口和另一个分馏器的入口连接；位于最上游的分馏器的入口和旋风分离器3的高温气体产物出口连接，位于最下游的分馏器的气体出口与储气罐5连接。分馏装置4通过设置多级分馏器，实现收集过程中有机液体组分的初步分离，从而实现不同冷凝温度区间有机液体的梯级利用，有利于提高储氢效率和催化剂的使用寿命。
作为优选例，所述流化床热解器6中的床料为所选用的催化剂，载气为氮气与氨气的混合气；当催化热解反应中的载气气体为纯氮气时，用于制备芳烃类储氢液体；当气体中掺混氨气时，用于制备N-掺杂类储氢液体。使用氮气与氨气的混合气作为流化床热解器中的载气，可以根据实际需要调节气体之间的比例实现不同目标产物的生产。
本发明实施例还提供了一种生物质基有机液体储氢方法，包括：
步骤10)生物质原料和催化剂分别经生物质给料装置8和床料给料装置7进入流化床热解器6，发生催化热解反应，热解产物进入旋风分离器3；
步骤20)热解产物在旋风分离器3中进行气固相分离，固相产物进入焦炭仓9，气相产物进入分馏装置4，经过分馏装置4分馏后，冷凝的有机液体进入储油罐10，而不冷凝气体进入储气罐5；
步骤30)储油罐10中的有机液体作为第一储氢介质运输至第一有机液体储罐14，有机液体与高压氢源同时进入有机液体加氢装置13，在设定的反应温度、压力和加氢催化剂作用下，进行催化加氢反应，得到的富氢有机液体作为第二储氢介质，储存于第一富氢有机液体储罐15；
步骤40)第二储氢介质经第一富氢有机液体储罐15运输至第二富氢有机液体储罐17，通过第二富氢有机液体储罐17输送进入富氢有机液体脱氢装置18，在设定的反应温度、压力和脱氢催化剂作用下，进行催化脱氢反应，释放的氢气经氢气出口19排出，得到的脱氢后的有机液体储存于第二有机液体储罐16，经运输进入第一有机液体储罐14，实现氢气的储运和储氢介质的闭环使用。
上述结构的一种生物质基有机液体储氢方法中，利用生物质制备的有机液体作为储氢介质，通过连续的催化加氢和催化脱氢反应，配合现有的油品储运设施，实现了氢气的高效安全储运，同时打破了地域的限制，使得整体系统应用面更加广泛。从储油罐10到第一有机液体储罐14的距离，从第二有机液体储罐16到第一有机液体储罐14的距离，以及从第一富氢有机液体储罐15到第二富氢有机液体储罐17的距离，均可以是远距离，例如分别大于50千米。这些部件之间可以通过管路连接，也可以直接车载运输。
作为优选例，所述步骤S10)中催化剂为HZSM-5、Hβ、USY、MCM-41、Al2O3中的至少一种；使用上述催化剂可以制备出高富集性有机储氢液体；所述步骤S10)中催化热解反应温度范围为400-700℃；所述步骤S30)中反应温度为50-250℃，压力为0.1-20MPa；所述步骤S40)中反应温度为150-350℃，压力为0.05-0.5MPa。在此温度及压力条件下有机储氢液体的产率可以达到最优值，提高储氢的效率。
作为优选例，所述步骤S30)中，所述加氢催化剂包括活性组分和载体，其中，活性组分为Pd、Pt、Ru、Rh、Ni、Mo、Cu中的一种或多种，载体选自活性炭、碳基复合材料、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、g-C3N4中的至少一种。使用上述组分及载体进行催化加氢反应时，可以提高原料的转化率和产物的选择性。
作为优选例，所述步骤S40)中，所述脱氢催化剂包括活性组分和载体，其中，活性组分为Pd、Pt、Ru、Rh、Au、Ni、Co、Mo、W、Cu、Sn中的一种或多种，载体为活性炭、碳基复合材料、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、g-C3N4中的至少一种。使用上述组分及载体时，可以提高产物的选择性以及脱氢反应的稳定性。
作为优选例，所述步骤S30)中，储油罐10至第一有机液体储罐14、S40)中第二有机液体储罐16至第一有机液体储罐14以及第一富氢有机液体储罐15至第二富氢有机液体储罐17通过现有油品储运设施运输，所述现有油品储运设施运输包括管路运输、水路运输、铁路运输和公路运输。整体系统无需设置在同一个区域，整体系统的装置之间可以通过运输方式进行配合，打破了地域的限制，使得整体系统不受地域因素的约束，可应用的范围更加广泛。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种生物质基有机液体储氢系统，其特征在于，包括催化热解装置(1)、热解产物分离收集装置(2)和氢气储运装置(11)；所述催化热解装置(1)用于对生物质原料进行催化热解；所述热解产物分离收集装置(2)用于分离和收集热解产物中的焦炭、床料、生物油以及不冷凝气体；所述氢气储运装置(11)用于热解产物分离收集装置(2)所产生的生物质基有机液体储放和运输氢气；所述催化热解装置(1)上设有热解产物出口；所述热解产物出口与热解产物分离收集装置(2)入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种生物质基有机液体储氢系统，其特征在于，所述催化热解装置(1)包括生物质给料装置(8)、床料给料装置(7)和流化床热解器(6)；所述流化床热解器(6)下端设有高温载气入口，上端设有热解产物出口；所述生物质给料装置(8)和床料给料装置(7)分别与所述流化床热解器(6)连通；所述热解产物分离收集装置(2)包括旋风分离器(3)、分馏装置(4)、储气罐(5)、焦炭仓(9)和储油罐(10)；所述旋风分离器(3)的入口与热解产物出口连接；所述旋风分离器(3)上端设有高温气体产物出口，且高温气体产物出口与所述分馏装置(4)的入口连接；所述旋风分离器(3)下端设有固体产物出口，且固体产物出口与所述焦炭仓(9)连接；所述分馏装置(4)的气体出口与储气罐(5)连接，分馏装置(4)的有机液体出口与储油罐(10)的入口连接；所述氢气储运装置(11)包括高压氢气入口(12)、第一有机液体储罐(14)、第二有机液体储罐(16)、有机液体加氢装置(13)、第一富氢有机液体储罐(15)、第二富氢有机液体储罐(17)和含有氢气出口(19)的富氢有机液体脱氢装置(18)；所述第一有机液体储罐(14)的入口和储油罐(10)的出口连接，所述第一有机液体储罐(14)的出口和有机液体加氢装置(13)的入口连接，所述有机液体加氢装置(13)的出口与第一富氢有机液体储罐(15)的入口连接；所述有机液体加氢装置(13)上设有高压氢气入口(12)；所述第一富氢有机液体储罐(15)的出口和第二富氢有机液体储罐(17)的入口连接，所述第二富氢有机液体储罐(17)的出口和富氢有机液体脱氢装置(18)的入口连接，所述富氢有机液体脱氢装置(18)的出口与第二有机液体储罐(16)入口连接；所述第二有机液体储罐(16)的出口与第一有机液体储罐(14)的入口连接。
3.根据权利要求2所述的一种生物质基有机液体储氢系统，其特征在于，所述第一有机液体储罐(14)和第二有机液体储罐(16)中含有第一储氢介质；所述第一储氢介质为储油罐(10)中的有机液体；所述第一富氢有机液体储罐(15)和第二富氢有机液体储罐(17)中含有第二储氢介质；所述第二储氢介质为有机液体催化加氢后的产物。
4.根据权利要求2所述的一种生物质基有机液体储氢系统，其特征在于，所述分馏装置(4)包括分馏器；所述分馏器和储油罐(10)一一对应设置，所述分馏器的有机液体出口和储油罐(10)的入口连接；当分馏器为两个以上时，相邻两个分馏器中，一个分馏器的气体出口和另一个分馏器的入口连接；位于最上游的分馏器的入口和旋风分离器(3)的高温气体产物出口连接，位于最下游的分馏器的气体出口与储气罐(5)连接。
5.根据权利要求2所述的一种生物质基有机液体储氢系统，其特征在于，所述流化床热解器(6)中的床料为选用的催化剂，载气为氮气与氨气的混合气；所述有机液体加氢装置(13)和富氢有机液体脱氢装置(18)均为反应原料连续输入，反应产物连续输出的装置。
6.一种生物质基有机液体储氢方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤；
步骤10)生物质原料和催化剂分别经生物质给料装置(8)和床料给料装置(7)进入流化床热解器(6)，发生催化热解反应，热解产物进入旋风分离器(3)；
步骤20)热解产物在旋风分离器(3)中进行气固相分离，固相产物进入焦炭仓(9)，气相产物进入分馏装置(4)；经过分馏装置(4)分馏后，冷凝的有机液体进入储油罐(10)，而不冷凝气体进入储气罐(5)；
步骤30)储油罐(10)中的有机液体作为储氢介质运输至第一有机液体储罐(14)，有机液体与高压氢源同时进入有机液体加氢装置(13)，在设定的反应温度、压力和加氢催化剂作用下，进行催化加氢反应，得到的富氢有机液体作为第二储氢介质，储存于第一富氢有机液体储罐(15)；
步骤40)第二储氢介质经第一富氢有机液体储罐(15)运输至第二富氢有机液体储罐(17)，通过第二富氢有机液体储罐(17)输送进入富氢有机液体脱氢装置(18)，在设定的反应温度、压力和脱氢催化剂作用下，进行催化脱氢反应，释放的氢气经氢气出口(19)排出，得到的脱氢后的有机液体储存于第二有机液体储罐(16)，经运输进入第一有机液体储罐(14)，实现氢气的储运和储氢介质的闭环使用。
7.根据权利要求6所述的一种生物质基有机液体储氢方法，其特征在于，所述步骤S10)中催化剂为ZSM-5、Hβ、USY、MCM-41、Al2O3中的至少一种；所述步骤S10)中催化热解反应温度范围为400-700℃；所述步骤S30)中反应温度为50-250℃，压力为0.1-20MPa；所述步骤S40)中反应温度为150-350℃，压力为0.05-0.5MPa。
8.根据权利要求6所述的一种生物质基有机液体储氢方法，其特征在于，所述步骤S30)中，所述加氢催化剂包括活性组分和载体，其中，活性组分为Pd、Pt、Ru、Rh、Ni、Mo、Cu中的一种或多种，载体选自活性炭、碳基复合材料、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、g-C3N4中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的一种生物质基有机液体储氢方法，其特征在于，所述步骤S40)中，所述脱氢催化剂包括活性组分和载体，其中，活性组分为Pd、Pt、Ru、Rh、Au、Ni、Co、Mo、W、Cu、Sn中的一种或多种，载体为活性炭、碳基复合材料、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、g-C3N4中的至少一种。
10.根据权利要求6所述的一种生物质基有机液体储氢方法，其特征在于，所述步骤S30)中，储油罐(10)至第一有机液体储罐(14)、S40)中第二有机液体储罐(16)至第一有机液体储罐(14)以及第一富氢有机液体储罐(15)至第二富氢有机液体储罐(17)通过现有油品储运设施运输，所述现有油品储运设施运输包括管路运输、水路运输、铁路运输和公路运输。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023216547A1 (zh) * 2022-05-10 2023-11-16 东南大学 一种生物质基有机液体储氢系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106701142A (zh) * 2017-01-24 2017-05-24 东南大学 高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法
CN108504377A (zh) * 2018-03-30 2018-09-07 东南大学 一种将蓝藻催化热裂解制取有机含氮化合物的方法
CN111876180A (zh) * 2020-07-31 2020-11-03 浙江农林大学 一种由掺氮脱氧生物质催化热解制备含氮化学品的方法
CN112093775A (zh) * 2020-09-18 2020-12-18 青岛海望能源科技有限公司 有机液体储氢介质和工业粗氢氢源的储放氢系统及方法
US20220115682A1 (en) * 2020-10-14 2022-04-14 The Claire Technologies Corporation Carbon-neutral process for generating electricity

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6882169B2 (ja) * 2014-07-01 2021-06-02 アネロテック・インコーポレイテッドＡｎｅｌｌｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ． 触媒急速熱分解プロセスによってバイオマスを低硫黄、低窒素、及び低オレフィン含有量のｂｔｘに転換するためのプロセス
DE102014223427A1 (de) * 2014-11-17 2016-05-19 Hydrogenious Technologies Gmbh Verfahren und Anlage zum Erzeugen und Speichern von Wasserstoff
CN109585879B (zh) * 2018-11-29 2021-01-05 浙江清华长三角研究院 一种lohc储氢和高温燃料电池的集成系统
WO2022076219A1 (en) * 2020-10-06 2022-04-14 The Claire Technologies Corporation Carbon-neutral process for generating electricity
FR3115031B1 (fr) * 2020-10-08 2023-12-22 Arkema France Stockage d’hydrogène au moyen de composés liquides organiques
CN114874800A (zh) * 2022-05-10 2022-08-09 东南大学 一种生物质基有机液体储氢系统及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106701142A (zh) * 2017-01-24 2017-05-24 东南大学 高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法
CN108504377A (zh) * 2018-03-30 2018-09-07 东南大学 一种将蓝藻催化热裂解制取有机含氮化合物的方法
CN111876180A (zh) * 2020-07-31 2020-11-03 浙江农林大学 一种由掺氮脱氧生物质催化热解制备含氮化学品的方法
CN112093775A (zh) * 2020-09-18 2020-12-18 青岛海望能源科技有限公司 有机液体储氢介质和工业粗氢氢源的储放氢系统及方法
US20220115682A1 (en) * 2020-10-14 2022-04-14 The Claire Technologies Corporation Carbon-neutral process for generating electricity

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023216547A1 (zh) * 2022-05-10 2023-11-16 东南大学 一种生物质基有机液体储氢系统及方法

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