CN115417376A - 一种用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置，所述装置包括甲酸制氢反应器系统、气体管路系统、碳酸钠容器、水汽分离器；本发明采用碳酸钠颗粒去除甲酸制氢产物中微量的甲酸，采用水汽分离器去除甲酸制氢产物中微量的水汽，可以减轻气体产物对设备及管路的腐蚀，提高设备的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及涉及氢气制备技术领域，具体涉及一种用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置。
背景技术
人类社会日益增长的能源需求和化石能源的快速消耗导致的能源危机和环境问题促使人们去寻找新型的可再生能源。而氢气以其高热值，燃烧产物为无污染的水等特点，逐渐受到了人们的关注，特别是以氢燃料电池为主的供能方案是未来社会取代化石燃料，实现可持续发展的方向。但是，氢气的主要缺点是密度低，常规的高压和液化方法对设备要求高，耗能较高，同时在输运过程中存在着成本和安全性问题。因此有效的储存方案是实现未来氢能经济发展的关键因素。
化学储氢是通过共价键的形式把氢原子固定在固态或者液态的化合物载体中，其中氢的释放是由载体的热分解或催化分解触发的。常见的化学载体是甲酸分子(HCOOH)。甲酸在常温常压下是一种无色、有刺激性气味的液体，在催化剂的存在下，可以分解为氢气和二氧化碳。其液体性质和低毒性使得甲酸在作为化学氢载体方面备受关注，科学家开发了多种催化剂以提高甲酸的催化分解效率，从而使其成为高效的氢能源储存和释放载体。
目前，制氢方法主要有两种：一、绝大部分氢是从石油、煤炭和天然气中制取，这种方法需要消耗本来就很紧缺的矿物燃料；二、约有4％的氢是用电解水的方法制取，这种方法消耗电能大，很不划算。随着技术的进步，采用甲酸制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别大的电解水制氢工艺。
但是对于甲酸制氢反应器来说，甲酸在催化剂的作用下，发生分解反应，生成氢气和二氧化碳。反应方程如下：HCOOH→CO2+H2，反应生成H2和CO2。但由于催化剂是以水溶液的形式加入，反应生成的混合气体会带出一些未反应的甲酸和水汽，会影响到后续产品使用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置，以去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽，减少对后续设备的腐蚀和破坏。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置装置包括甲酸制氢反应器系统、气体管路系统、碳酸钠容器、水汽分离器；
甲酸制氢反应器系统包括甲酸储存容器、甲酸输送泵、换热器、裂解反应器；所述裂解反应器包括反应器本体和出气口，所述反应器本体用于容纳裂解反应所需要的液态催化剂；所述出气口用于将裂解反应制取的混合气体输出；
所述气体管路系统包括压力传感器，背压阀和气体管路；
所述气体管路一端与出气口连通，另一端依次与换热器、碳酸钠容器、水汽分离器连通；
所述换热器设置于甲酸输送泵与裂解反应器之间，在所述换热器中低温的甲酸与所述裂解反应器输出的高温混合气体进行换热，使甲酸温度升高，混合气体温度降低；降温后的混合气体进入碳酸钠容器。
进一步地，所述压力传感器、背压阀安装在裂解反应器外的气体管路上。
进一步地，所述碳酸钠容器为圆柱体或者长方体。
进一步地，所述换热器设有甲酸进口、甲酸出口、气体入口和气体出口，甲酸输送泵将甲酸从甲酸储存容器中泵入甲酸进口，高温的混合气体从裂解反应器的出气口排出后，通过气体入口进入换热器，与甲酸进行热交换后，降温后的混合气体从气体出口流出换热器，进入氢气分离装置，升温后的甲酸从甲酸出口流出换热器。
本发明的有益效果在于：本发明可以去除甲酸制氢气体产物中的微量甲酸和水汽，防止其对后续设备造成腐蚀。
附图说明
图1为本发明实施例中装置的部件及管道布局示意图。
图中：1-甲酸储存容器；2-甲酸输送泵；3-换热器；4-单向阀；5-裂解反应器；6-气体管路；7-碳酸钠容器；8-水汽分离器；9-背压阀；10-压力传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
一种用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置包括甲酸制氢反应器系统、气体管路系统、碳酸钠容器、水汽分离器；所述甲酸制氢反应器系统包括甲酸储存容器1、甲酸输送泵2、裂解反应器5、换热器3。
所述裂解反应器5包括反应器本体和出气口，所述反应器本体用于容纳裂解反应所需要的液态催化剂；所述出气口用于将裂解反应制取的混合气体输出；反应器本体上还设置有探温口、液位探测器、电加热棒、泄压阀、尾气回收口。反应器本体上的电加热棒浸入催化剂溶液中，为裂解反应器提供热能以达到理想反应温度；探温口监测所述反应器本体内部温度，使内部催化剂工作在理想工作温度；液位探测器监测内部催化剂的液位高度，避免所述反应器本体干烧或者液体溢出；泄压阀可以防止所述反应器本体内部压力过高。
所述换热器3设置于甲酸输送泵2与裂解反应器5之间，所述换热器设有甲酸进口、甲酸出口、气体入口和气体出口，甲酸输送泵2将甲酸从甲酸储存容器1中泵入甲酸进口，高温的混合气体从裂解反应器的出气口排出后，通过气体入口进入换热器，与甲酸进行热交换后，降温后的混合气体从气体出口流出换热器3，进入碳酸钠容器，升温后的甲酸从甲酸出口流出换热器3。所述换热器3的甲酸出口与裂解反应器之间的管道上设置有单向阀4，以防止所述反应器本体内部的高压气体反向流向所述甲酸储存容器2，造成甲酸喷溅。
在反应器本体中，甲酸在催化剂的作用下，发生分解反应，生成氢气和二氧化碳，生成的氢气可以用于燃烧供能或者通过燃料电池发电；但由于催化剂是以水溶液的形式加入，反应生成的混合气体会带出一些未反应的甲酸和水汽。
所述气体管路系统包括压力传感器10，背压阀9和气体管路6；
所述气体管路6一端与出气口连通，另一端依次与换热器3、碳酸钠容器7、水汽分离器8连通。
所述压力传感器9、背压阀10安装在裂解反应器外的气体管路上；压力传感器9，用于监测整套装置内部压力；背压阀10可以使整套装置在一定压力条件下工作，避免内部压力过高，导致零部件损坏。
所述碳酸钠容器7为圆柱体或者长方体，且容器内储存有碳酸钠等可以用来吸附甲酸的颗粒。
反应系统工作原理如下：
对于甲酸制氢反应器来说，甲酸在催化剂的作用下，发生分解反应，生成氢气和二氧化碳。反应方程如下：HCOOH→CO2+H2，反应生成H2和CO2。在背压阀，压力传感器的控制下，混合气体在气体管路中传导，经过碳酸钠容器7后，混合气体中的微量甲酸被除去；经过水汽分离器8后，混合气体中的微量水汽被出去。最终剩下的氢气和二氧化碳混合气可以达到下一步的要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置，其特征在于：所述装置包括甲酸制氢反应器系统、气体管路系统、碳酸钠容器、水汽分离器；
所述甲酸制氢反应器系统包括甲酸储存容器、甲酸输送泵、换热器、裂解反应器；所述裂解反应器包括反应器本体和出气口，所述反应器本体用于容纳裂解反应所需要的液态催化剂；所述出气口用于将裂解反应制取的混合气体输出；
所述气体管路系统包括压力传感器，背压阀和气体管路；
所述气体管路一端与出气口连通，另一端依次与换热器、碳酸钠容器、水汽分离器连通；
所述换热器设置于甲酸输送泵与裂解反应器之间，在所述换热器中低温的甲酸与所述裂解反应器输出的高温混合气体进行换热，使甲酸温度升高，混合气体温度降低；降温后的混合气体进入碳酸钠容器。
2.一种如权利要求1所述的用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置，其特征在于，所述压力传感器、背压阀安装在裂解反应器外的气体管路上。
3.一种如权利要求1所述的用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置，其特征在于，所述碳酸钠容器为圆柱体或者长方体。
4.一种如权利要求1所述的用于去除甲酸制氢反应产物中的微量甲酸和水汽的装置，其特征在于，所述换热器设有甲酸进口、甲酸出口、气体入口和气体出口，甲酸输送泵将甲酸从甲酸储存容器中泵入甲酸进口，高温的混合气体从裂解反应器的出气口排出后，通过气体入口进入换热器，与甲酸进行热交换后，降温后的混合气体从气体出口流出换热器，进入氢气分离装置，升温后的甲酸从甲酸出口流出换热器。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20221202 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |