CN218482276U - 一种常温常压有机液体自供热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种常温常压有机液体自供热发电系统，包括：反应器、分离器、缓冲罐、热机、换热器、氢油箱、储油箱和混合器；所述氢油箱输出口通过混合器连接反应器，储油箱连接反应器的第一液体出口，反应器的气体出口依次连接分离器、缓冲罐、热机、换热器和混合器。含氢有机液体与储氢载体按一定比例混合加热后，含氢有机液体脱氢反应需要的热量完全由加热后混合物中的储氢载体直接提供，较大幅度提高了反应所需的热能补充速度；通过泵调节混合比例的设置，做到系统电能输出的可调节。

Description

一种常温常压有机液体自供热发电系统

技术领域

本实用新型属于化工能源领域，特别涉及一种常温常压有机液体自供热发电系统。

背景技术

氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车及移动装置等领域有着广泛的应用前景。近10年来，美国、欧洲、日本等发达国家以及我国政府部门和企业投入了巨额资金来发展“氢能经济”，在大规模化氢制备、氢燃料电池等领域都有所突破。2015年世界主要汽车厂商(包括上汽)将批量生产氢燃料电池车。据美国能源部和美国工程院的预测，氢燃料电池车将在15年至20年之内取代现有燃油车及混合动力车，在全球汽车市场居主导地位。此外，氢能技术还可用于备用电源、储能、削峰填谷式并网发电及分布式供能、助燃及环境保护等领域。可以预见，当氢能技术迅速完成市场化进程融入人们的生活后，国家的能源危机以及环境压力将得到极大缓解。

氢能技术包括氢的规模制备、储存和运输、高效率使用以及配套基础设施的建设等环节，其中储存和运输,是安全有效的利用氢能是最关键技术之一。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，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。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，可控地释放，则可有效地、安全使用氢能。因此，全球主要的工业国家都在研发基于常温常压的液态有机储氢技术。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，同时存在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。因而这两种储氢技术规模化应用受到制约。

程寒松教授团队通过长期的探索和研究发现了一类液态有机共轭分子储氢材料，此类材料具有熔点低(目前开发的技术已低至-20℃)、闪点高(150℃以上)、并在自制高效催化剂作用下，释放气体纯度高(99.99％)、脱氢温度低(约150℃)等特点，且循环寿命高(2000次以上)、可逆性强，并且不产生一氧化碳等毒害燃料电池催化层的气体。作为氢的载体，这类储氢载体在使用过程中始终以液态方式存在，可以像石油一样在常温常压下储存和运输，完全可利用现有汽油输送方式和加油站构架。

目前现有的脱氢反应供热由于换热介质无法与反应介质直接接触，一般采用间壁换热方式，如管壳式换热器，夹套容器。此类换热方式首先会有温度梯度，其次存在换热面积的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，依据氢油/储油物理特性一致，且本身性质稳定，提供一种储油/氢油混合直接加热的脱氢反应模式，与热机结合形成了一套常温常压有机液体自供热发电系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种常温常压有机液体自供热发电系统，包括：反应器、分离器、缓冲罐、热机、换热器、氢油箱、储油箱和混合器；

所述氢油箱输出口通过混合器连接反应器，储油箱连接反应器的第一液体出口，反应器的气体出口依次连接分离器、缓冲罐、热机、换热器和混合器；

所述氢油箱内储存的含氢有机液体进入反应器进行脱氢反应，反应物为储氢载体和氢气，其中氢气经分离器、缓冲罐后进入热机发电，热机产生的热烟气进入换热器作为热源，反应器产物储氢载体部分从反应器的第二液体出口进入换热器被热源加热后，与从氢油箱流出的含氢有机液体在混合器内按比例混合后进入反应器，其余部分储氢载体从第一液体出口流入储油箱。

进一步的，反应器包括进料分配区、催化区和分离区，在催化区内设置有一种以上的供热装置，且供热装置被催化剂覆盖。

进一步的，反应器分离区内设置有液位计。

进一步的，供热装置为电加热器或燃烧装置。

进一步的，供热装置为电加热器时，系统还包括锂电，作为启动电源，为供热装置提供电源。

进一步的，换热器采用间壁换热型式，为翅片管换热器、管壳换热器或板式换热器。

进一步的，反应器通过高温油泵将储氢载体输入换热器。

进一步的，氢油箱和混合器之间设置有氢油泵，通过氢油泵将含氢有机液体输入混合器。

进一步的，换热器和混合器之间设置有第一电磁阀，用于控制储氢载体的流量。

进一步的，反应器第一液体出口和储油箱之间设置有第二电磁阀，用于控制储氢载体的流量。

反应器分为进料分配区、催化区以及分离区。反应物料首先进入进料分配区，物料均匀地分配至反应器各个截面。催化区有一种或两种以上的供热装置，且被脱氢催化剂覆盖。一般催化剂覆盖供热装置在50-5mm之间。一般初级供热装置采用电加热器，提供系统启动阶段的热能。而后催化区在一定的温度条件下进行脱氢反应，最后分离区对产物进行初步气液分离。

分离器和缓冲罐为反应产物二次分离净化设备，能高效分离反应产物中的杂质，得到纯净的氢气。

换热器采用间壁换热型式，可选的有翅片管换热器、管壳换热器、板式换热器等。热侧为热机产出的热的尾气，冷侧为氢油以及储油的混合物。

氢油罐储存含氢有机液体，储油罐储存储氢载体，混合器保证含氢有机液体与储氢载体的充分混合；启动阶段，使用备用锂电池，待系统稳定后，系统通过发电的需求，调节氢油泵和高温油泵的流量，储氢载体/含氢有机液体通过一定比例混合，含氢有机液体脱氢反应需要的热量完全由加热后混合物中的储氢载体直接提供，较大幅度提高了反应所需的热能补充速度；通过泵调节混合比例的设置，做到系统电能输出的可调节。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果如下：

含氢有机液体与储氢载体按一定比例混合加热后，含氢有机液体脱氢反应需要的热量完全由加热后混合物中的储氢载体直接提供，较大幅度提高了反应所需的热能补充速度；通过泵调节混合比例的设置，做到系统电能输出的可调节。

附图说明

图1是实施例1中常温常压有机液体自供热发电系统的示意图。

图2是实施例中反应器的构造示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

含氢有机液体是一种可在常温常压下呈现液态的储氢体系，在脱氢催化剂的作用下，可以生成储氢载体和氢气。

实施例1

图1是为解释根据本实用新型实施方式的一种常温常压有机液体自供热发电系统的示意图，本系统包括：反应器1、分离器2、缓冲罐3、热机4、换热器5、氢油箱6、储油箱7和混合器8。

氢油箱输出口通过混合器连接反应器，储油箱连接反应器的第一液体出口9，反应器的气体出口10依次连接分离器、缓冲罐、热机、换热器和混合器。

图2是为解释根据本实用新型实施方式的一种反应器的构造示意图，分为分配区11，催化区12，分离区13。催化区填充有催化剂，装有电加热管14，电加热管被催化剂覆盖，催化剂的高度超过电加热管5-50mm。分离区装有液位计15。

系统启动时，含氢有机液体经氢油泵进入反应器进料分配区，物料均匀地分配至反应器各个截面，随后在填充有脱氢催化剂的反应器催化区域进行脱氢反应，四周的电加热管供热区为反应提供启动阶段热量，通过调节电加热管使催化区域温度维持在所需要的反应温度。系统可选配锂电16，锂电作为启动电源，会有一部分消耗，此消耗在系统稳定后通过热机产出的余电进行补充，保证锂电电量充足。

而后反应器的反应产物在反应器的分离区进行初步气液分离，产物储氢载体经第一液体出口及第二电磁阀17流入储油箱，通过液位计和第二电磁阀控制分离区液位高度。反应产物氢气进入分离器和缓冲罐再次分离净化后进入热机发电，热机可以为高温质子交换膜燃料电池、SOFC、氢内燃机以及氢燃气轮机。热机对外输出电能，对负载供能，同时对外输出热能。热能一般以热的烟气作为载体，进入供热装置。脱氢产物储氢载体在反应器的分离区经第二液体出口18及高温油泵19，进入换热器与热机产生的高温烟气换热后，通过第一电磁阀20进入混合器与含氢有机液体充分混合后再次进入反应器分配区，随后在催化区进行脱氢反应。随着产物氢气的增加，烟气的热量也逐渐增加，当烟气的热量足够能为反应器提供热量时，系统达到稳定状态。

系统稳定后，电加热关闭，烟气和储氢载体换热持续为脱氢反应器提供热量。系统通过发电需求，调节氢油泵21和高温油泵的流量，储氢载体/含氢有机液体会通过一定比例充分混合，控制产氢量。当烟气和储氢载体换热不能为反应器脱氢反应提供足够的热量时，通过开启反应器催化区电加热管，使反应区域温度维持在一定的反应温度。

相比于常规脱氢反应供热相比，新常温常压有机液体自供热发电系统优势在于：含氢有机液体与储氢载体按一定比例混合加热后，含氢有机液体脱氢反应需要的热量完全由加热后混合物中的储油直接提供，较大幅度提高了反应所需的热能补充速度；通过泵调节混合比例的设置，做到系统电能输出的可调节。

实施例2

实施例2和实施例1的区别在于，供热装置采用燃烧装置，采用天然气、有机物等可燃物作为燃料，通过加热导热介质，将热量传递给应器催化区域，为反应提供启动阶段热量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于包括：反应器、分离器、缓冲罐、热机、换热器、氢油箱、储油箱和混合器；

所述氢油箱输出口通过混合器连接反应器，储油箱连接反应器的第一液体出口，反应器的气体出口依次连接分离器、缓冲罐、热机、换热器和混合器；

所述氢油箱内储存的含氢有机液体进入反应器进行脱氢反应，反应物为储氢载体和氢气，其中氢气经分离器、缓冲罐后进入热机发电，热机产生的热烟气进入换热器作为热源，反应器产物储氢载体部分从反应器的第二液体出口进入换热器被热源加热后，与从氢油箱流出的含氢有机液体在混合器内按比例混合后进入反应器，其余部分储氢载体从第一液体出口流入储油箱。

2.根据权利要求1所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述反应器包括进料分配区、催化区和分离区，在催化区内设置有一种以上的供热装置，且供热装置被催化剂覆盖。

3.根据权利要求2所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述反应器分离区内设置有液位计。

4.根据权利要求2所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述供热装置为电加热器或燃烧装置。

5.根据权利要求4所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述供热装置为电加热器时，系统还包括锂电，作为启动电源，为供热装置提供电源。

6.根据权利要求1所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述换热器采用间壁换热型式，为翅片管换热器、管壳换热器或板式换热器。

7.根据权利要求1所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述反应器通过高温油泵将储氢载体输入换热器。

8.根据权利要求1所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述氢油箱和混合器之间设置有氢油泵，通过氢油泵将含氢有机液体输入混合器。

9.根据权利要求1所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述换热器和混合器之间设置有第一电磁阀，用于控制储氢载体的流量。

10.根据权利要求1所述的常温常压有机液体自供热发电系统，其特征在于：所述反应器第一液体出口和储油箱之间设置有第二电磁阀，用于控制储氢载体的流量。

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