CN212549471U

CN212549471U - 一种液态有机储放氢系统

Info

Publication number: CN212549471U
Application number: CN202023299334.3U
Authority: CN
Inventors: 金向华; 吴丽丽; 尹中南; 陈琪; 李莉; 刘冬妮
Original assignee: Suzhou Jinhong Gas Co Ltd
Current assignee: Jinhong Gas Co ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2030-12-31

Abstract

本实用新型公开了一种液态有机储放氢系统，包括惰性气体供应机构、氢气罐、液态储氢材料罐、加氢管式反应器、第一气液分离罐、储氢材料收集罐、放氢管式反应器、第二气液分离罐、放氢材料收集罐；所述氢气罐和液态储氢材料罐的输出端与所述加氢管式反应器的顶部连接；所述加氢管式反应器的底部通过第一冷凝器与所述第一气液分离罐的中部连接。本实用新型的液态有机储放氢系统可以实现连续的加氢反应、放氢反应，可以进行无数次的储氢、放氢循环，从而为选择储氢材料和催化剂实验提供了实验基础，便于研发人员进行进一步的科研。

Description

一种液态有机储放氢系统

技术领域

本实用新型涉及化工设备领域，具体涉及一种液态有机储放氢系统。

背景技术

目前，氢能源因具有来源丰富、可再生、能量密度高和燃烧清洁等优点，被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。在该领域中，氢气的廉价制取、安全高效储存与输送、以及氢能的规模应用等是氢能源工业化应用需要解决的重点问题，而其中，氢气的储存技术又是氢能应用亟待解决的关键中的关键。对于氢气的储存技术，美国能源部（DOE）对理想储氢系统的要求定为：质量密度大于6.5%，且体积密度在62kg/m³以上，只有达到以上条件，才能满足氢能应用于燃料电池汽车的基本要求。

现有的氢气储存技术可分为物理法和化学法两种，其中，物理法主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、物理吸附储氢等；化学法主要包括金属合金储氢、有机液体储氢、甲醇重整制氢、金属氢化物/络合物水解制氢等。

目前，工业上主要采用在-253℃的液化氢或350~700个大气压下高压氢等储运技术。然而，高压氢或液化氢技术及其应用所需能耗是制氢成本的20倍以上，且存在泄漏或储氢罐压力过高等安全隐患。因此，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，则可有效的、安全的使用氢能；因此，化学法氢气储存技术得到了广泛的研究。以德国为例，开发的液态有机储氢技术能够实现较温和条件下的吸/放氢循环，但释放的氢气时含有毒害燃料电池的副产物气体产生，同时容量低及使用不方便等重要缺陷；日本目前正在研发基于甲苯等传统有机材料的储氢技术，但脱氢温度过高（大于300℃），且同样存在副产物毒化燃料电池的问题。

而在这些研发过程中，需要进行巨量的实验，例如选择调试储氢材料和催化剂的正交实验，需要进行无数次的储氢、放氢循环，而现有的设备都是间歇式的，无论是储氢和放氢，都在反应釜中进行化学反应，待反应完成之后，在进行下一步工序。因此，需要开发一套连续式的液态有机储放氢系统，以满足实验要求。

另一方面，现有的液态有机储放氢系统都是间歇式供应氢气，无法循环利用，浪费大、能耗高，因此，若是可以实现连续的储放氢系统，也可为氢气的后续利用奠定基础。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种液态有机储放氢系统。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种液态有机储放氢系统，包括惰性气体供应机构、氢气罐、液态储氢材料罐、加氢管式反应器、第一气液分离罐、储氢材料收集罐、放氢管式反应器、第二气液分离罐、放氢材料收集罐；

所述氢气罐和液态储氢材料罐的输出端与所述加氢管式反应器的顶部连接；所述加氢管式反应器的底部通过第一冷凝器与所述第一气液分离罐的中部连接；

所述第一气液分离罐的顶部依次连接低压储气罐、增压泵、高压储气罐，高压储气罐的输出端与所述加氢管式反应器的顶部连接；所述第一气液分离罐的底部与所述储氢材料收集罐连接；所述储氢材料收集罐的输出端与所述放氢管式反应器的顶部连接，所述放氢管式反应器的底部通过第二冷凝器与所述第二气液分离罐的中部连接；

所述第二气液分离罐的顶部为氢气输出口，其底部与所述放氢材料收集罐连接。

上述技术方案中，所述惰性气体供应机构与所述加氢管式反应器的顶部连接。

优选的，所述惰性气体供应机构主要包括氮气罐，该氮气罐依次通过减压阀、单向阀与所述加氢管式反应器的顶部连接。

上述技术方案中，所述液态储氢材料罐与加氢管式反应器之间设有预热炉。

上述技术方案中，所述加氢管式反应器上设有加热炉。

上述技术方案中，所述加氢管式反应器内设有催化剂填料。

上述技术方案中，所述催化剂填料的下方设有至少一层滤网。

优选的，所述催化剂填料包括上中下三层：上层为氧化铝小球层；中层为钌/氧化铝催化剂和氧化铝小球的混合层，且两者的质量比为2~5：1；下层为钌/氧化铝催化剂和氧化铝小球的混合层，且两者的质量比为0.8~1.2：1。

上述技术方案中，所述上层的厚度为250~350mm，所述中层的厚度为150~220mm，所述下层的厚度为80~120mm。

上述技术方案中，所述储氢材料收集罐与所述放氢管式反应器之间设有蠕动泵。

优选的，所述放氢材料收集罐的输出口与所述液态储氢材料罐连接。两者之间可以通过泵进行物料传送，将脱氢后的储氢材料输入所述液态储氢材料罐重新循环利用。

上述技术方案中，所述液态储氢材料罐内的液态储氢材料为苄基甲苯。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1.本实用新型液态有机储放氢系统，可以实现连续的加氢反应、放氢反应，可以进行无数次的储氢、放氢循环，从而为选择储氢材料和催化剂实验提供了实验基础，便于研发人员进行进一步的科研，因而具有积极的现实意义；

2.相比现有技术，本实用新型液态有机储放氢系统实现了连续的储放氢作业，为氢气的后续利用奠定基础，具有深远的影响；

3.本实用新型液态有机储放氢系统可以把第一气液分离罐分离出的氢气收入低压储气罐，再经过增压泵输入高压储气罐，最终再次循环输入加氢管式反应器之中，从而实现了氢气的循环使用，满足循环使用氢气的节能要求；

4.本实用新型的结构简单，成较低，适于推广应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的结构示意图。

其中，1、氮气罐；2、氢气罐；3、液态储氢材料罐；4、第一气液分离罐；5、第一冷凝器；6、储氢材料收集罐；7、放氢材料收集罐；8、低压储气罐；9、高压储气罐；10、加热炉；11、预热炉；12、增压泵；14、蠕动泵；15、加氢管式反应器；16、放氢管式反应器；17、第二气液分离罐；18、第二冷凝器；20、过滤器；21、单向阀；24、减压阀。

具体实施方式

结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一

参见图1，一种液态有机储放氢系统，包括惰性气体供应机构、氢气罐2、液态储氢材料罐3、加氢管式反应器15、第一气液分离罐4、储氢材料收集罐6、放氢管式反应器16、第二气液分离罐17、放氢材料收集罐7；

所述氢气罐和液态储氢材料罐的输出端与所述加氢管式反应器的顶部连接；所述加氢管式反应器的底部通过第一冷凝器5与所述第一气液分离罐4的中部连接；

所述第一气液分离罐的顶部依次连接低压储气罐8、增压泵12、高压储气罐9，高压储气罐的输出端与所述加氢管式反应器的顶部连接；所述第一气液分离罐的底部与所述储氢材料收集罐6连接；所述储氢材料收集罐的输出端与所述放氢管式反应器的顶部连接，所述放氢管式反应器的底部通过第二冷凝器与所述第二气液分离罐的中部连接；

所述第二气液分离罐的顶部为氢气输出口，氢气输出口处设有过滤器20，其底部与所述放氢材料收集罐7连接。

所述放氢管式反应器与所述第二气液分离罐之间设有第二冷凝器18。

本实施例中，所述惰性气体供应机构主要包括氮气罐1，该氮气罐依次通过减压阀24、单向阀21与所述加氢管式反应器的顶部连接。

本实施例中，所述液态储氢材料罐与加氢管式反应器之间设有预热炉11。所述加氢管式反应器上设有加热炉10。

本实施例中，所述加氢管式反应器内设有催化剂填料。所述催化剂填料的下方设有2～3层半径为7mm的滤网，滤网的目数为200目，用来支撑内部装填的催化剂填料。所述催化剂填料包括上中下三层：上层为氧化铝小球层；中层为钌/氧化铝催化剂和氧化铝小球的混合层，且两者的质量比为2：1，这样可以避免反应较为剧烈；下层为钌/氧化铝催化剂和氧化铝小球的混合层，且两者的质量比为1：1，此段会继续发生加氢反应。所述上层的厚度为300mm，所述中层的厚度为200mm，所述下层的厚度为100mm。

所述放氢管式反应器内的结构与加氢管式反应器相同，唯一不同之处是将球状粒径3mm的钌/氧化铝催化剂替换成球状粒径3mm的钯/氧化铝催化剂即可。

本实施例中，所述储氢材料收集罐与所述放氢管式反应器之间设有蠕动泵14。

所述液态储氢材料罐内的液态储氢材料为苄基甲苯（benzyltoluene 也称为Marlotherm LH，以下简称MLH）。本实施例中的工艺过程如下（只是举例说明）：

（1）首先用氮气罐吹扫0.5小时以排出整个管路空气；（2）然后通入氢气在高压储气罐内保压，此时反应还未进行；（3）将预热炉升温至160摄氏度，用于将液体预热，加热炉升温至200摄氏度，待热量传感器探测到温度稳定后，通入氢气，设定氢气压力为7MPa，并保持氢气以5mL/min的流速流入，此时，加氢管式反应器内的温度会因为气体的流入而减小，等待温度上升至200摄氏度；（4）在液态储氢材料罐中加入有机物苄基甲苯，以流速为0.5mL/min的速度经平流泵进入加氢管式反应器参与反应；（5）随着反应的进行，反应后的MLH和未参与反应的氢气在第一气液分离罐4实现气液分离，气体通过减压阀24进入低压储气罐8，液体进入储氢材料收集罐6；（6）然后，液体经过蠕动泵以0.1mL/min的流速将加氢后MLH泵入放氢管式反应器，温度设定为320摄氏度；放氢管式反应器的压力较小，放出的氢气在收集处用钢瓶收集留作分析，脱氢后的液体则经过放氢材料收集罐7收起。

在上述反应进行过程中，有时出现阀前压力高于反应压力的情况，在反应过程中需要泄压至预定压力。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种液态有机储放氢系统，其特征在于，包括惰性气体供应机构、氢气罐、液态储氢材料罐、加氢管式反应器、第一气液分离罐、储氢材料收集罐、放氢管式反应器、第二气液分离罐、放氢材料收集罐；

2.如权利要求1所述的液态有机储放氢系统，其特征在于，所述惰性气体供应机构与所述加氢管式反应器的顶部连接。

3.如权利要求2所述的液态有机储放氢系统，其特征在于，所述惰性气体供应机构主要包括氮气罐，该氮气罐依次通过减压阀、单向阀与所述加氢管式反应器的顶部连接。

4.如权利要求1所述的液态有机储放氢系统，其特征在于，所述液态储氢材料罐与加氢管式反应器之间设有预热炉。

5.如权利要求1所述的液态有机储放氢系统，其特征在于，所述加氢管式反应器上设有加热炉。

6.如权利要求1所述的液态有机储放氢系统，其特征在于，所述加氢管式反应器内设有催化剂填料。

7.如权利要求6所述的液态有机储放氢系统，其特征在于，所述催化剂填料的下方设有至少一层滤网。

8.如权利要求1所述的液态有机储放氢系统，其特征在于，所述放氢材料收集罐的输出口与所述液态储氢材料罐连接。