CN219003011U - 无热源启动的连续供氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氢能源供应领域，提供了一种无热源启动的连续供氢系统，该连续供氢系统包括：脱氢反应器，内部设置有提供加热介质流动的第一换热腔体；催化燃烧器，内部设置有提供加热介质流动的第二换热腔体；第一换热腔体与第二换热腔体相连通，并且第一换热腔体与第二换热腔体内填充有加热介质；载氢体储罐，与脱氢反应器的载氢体入口通过第一管路相连通；载氢体储罐设置于高于脱氢反应器一预设距离的位置；以及载体储罐，载体储罐的入口端与脱氢反应器的载体出口相连通；载体储罐设置于低于脱氢反应器一预设距离的位置用于存储反应后的载体，该连续供氢系统可以满足在无外供电源、热源情况下的冷启动和自供热稳定运行供氢。

Description

无热源启动的连续供氢系统

技术领域

本实用新型涉及氢能源供应领域，具体地涉及无热源启动的连续供氢系统。

背景技术

来自于太阳能、风能等绿色能源的氢气被称为绿氢，属于可再生能源，是目前新能源研究和应用的重点之一。目前氢能的研究和应用包括氢能运输工具、氢燃料电池、氢能热源等诸多领域，其中氢气的大规模生产技术已经基本成熟，然而影响氢能应用的卡脖子环节是氢气的存储和运输。

目前，氢气的储运方法包括高压气相法、低温液相法、吸附储氢法、金属储氢法，以及液体有机氢化物储氢法。然而，以系统安全、大容量、低成本、使用灵活的目标来衡量，目前的各种储氢方法都存在各自的弱点，但相对来说，液体有机氢化物储氢方法具有一定优势，也是目前储氢技术研究的热点之一。

液体有机物储氢的原理是以有机物框架结构作为载体，通过化学反应将氢原子加载于有机物分子之上，实现储氢的目的，在需要氢气的时候，通过化学反应，使含氢有机物分子上的氢原子释放出来，从而达到供氢的目的。有机物框架结构在上述过程循环使用，而且加氢和脱氢的化学反应过程通常是在催化剂的存在下，在一定的温度和压力下进行的。

典型的液体有机物载氢体(循环对)如环己烷-苯、NECZ-12H-NECZ、二苄基甲苯-1，2-二环己基甲基-3-甲基环己烷。液体有机物储氢通常是利用有机物的不饱和键来实现加氢和脱氢过程。

液体有机物的脱氢化学反应通常是吸热过程，如十二氢-N-乙基咔唑的脱氢过程为：

12H-NECZ→NECZ+6H₂+ΔH kJ/mol

在催化剂存在的条件下，该反应需要在200℃左右才能完全反应，为此，通常要用热源或者电加热为脱氢反应器提供热量。但是，对于一些特殊场合如轮船、海上钻井平台等无通常的热源和电源的孤立情境下，必须考虑供氢系统的冷启动和持续加热问题。

CN 101852333 A公开了一种“用于氢存储材料的加热系统”，其中氢存储罐中的氢存储材料为金属氢化络合物，为给氢存储罐中的氢存储材料加热，该系统采用由氢存储材料释放的部分氢气与环境空气气流混合后在催化加热器中进行催化燃烧，催化燃烧的催化剂布置于气流管道的内壁上，内壁上设置了翅片。产生的热量加热传热载体，传热载体进入氢存储罐加热氢存储材料。该专利也可以将氢气与空气的预混气直接输送进催化加热器燃烧后送入氢存储罐中的气流管道中与氢存储材料直接换热，气流管道的内壁也设置了覆盖了催化燃烧催化剂的翅片，而气流通道的外壁直接与氢存储材料接触。可见，该系统具有催化燃烧的特性，如何冷启动系统该专利并未述及。

CN 109850846 A公开了“一种自热式有机液体脱氢供氢系统及其应用”，该系统核心为脱氢反应器和催化燃烧器，催化燃烧器通过氢气与氧气催化燃烧反应的尾气为脱氢反应器供热，催化燃烧器为催化板卷制的蜂窝结构。该系统可以冷启动，但是需要离心风机和离心泵的支持，在无电源的孤立场合下是不适用的。

CN112290065B公开了“一种基于有机液体供氢的密闭空间用燃料电池发电系统”，其中的有机液体供氢系统也是采用了氢-氧催化燃烧供热并且可以冷启动，但是是否需要电力系统支持未见叙述，也未见氢-氧催化燃烧装置的结构方面的权利主张。

CN112174089B公开了“一种用于密闭环境的有机液体供氢系统”，其中氢-氧催化燃烧的氢源来自于独立的金属氢化物水解制氢单元，氢-氧催化燃烧尾气在具有脱氢腔和燃烧腔的板翅式反应器中直接与脱氢有机液体换热。可见上述的加热过程都是采用氢-氧催化燃烧尾气与脱氢有机液体的气-液间壁式换热，传热阻力大，催化燃烧的稳定性也容易影响脱氢过程运行的稳定性。

当前技术均设计为热载体循环式，而热载体流量较大，在管道连接中易于热损失，且冷启动需要较高功率，使得备用启动电源功率基础较大而且需求储能要求高。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的供氢系统无法在无热源下冷启动的问题，提供了一种无热源启动的连续供氢系统，该连续供氢系统的载氢体依靠自身重力进入脱氢反应器进行反应，无需热源驱动，同时，脱氢反应器与催化燃烧器之间的加热介质进行热虹吸传热，实现了整体系统的无热源冷启动，且传热阻力小，稳定性高。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种无热源启动的连续供氢系统，所述连续供氢系统包括：脱氢反应器，所述脱氢反应器内部设置有提供加热介质流动的第一换热腔体；催化燃烧器，所述催化燃烧器内部设置有提供加热介质流动的第二换热腔体；所述第一换热腔体与所述第二换热腔体相连通，并且所述第一换热腔体与所述第二换热腔体内填充有加热介质；载氢体储罐，所述载氢体储罐与所述脱氢反应器的载氢体入口通过第一管路相连通；所述载氢体储罐设置于高于所述脱氢反应器一预设距离的位置；以及载体储罐，所述载体储罐的入口端与所述脱氢反应器的载体出口相连通；所述载体储罐设置于低于所述脱氢反应器一预设距离的位置用于存储反应后的载体。

优选的，所述连续供氢系统还包括：储氢罐，所述储氢罐与所述催化燃烧器的氢气入口通过第二管路相连通；以及空气储罐，所述空气储罐与所述催化燃烧器的空气入口通过第三管路相连通；其中，所述催化燃烧器设有尾气出口，所述尾气出口连接有用于排出反应气体的第五管路。

优选的，所述连续供氢系统还包括：氢气产品罐，所述氢气产品罐的出口端与所述储氢罐相连通用以提供氢气；以及气液分离器，所述气液分离器的入口端与所述脱氢反应器的气体出口相连通；所述气液分离器的气相出口与所述氢气产品罐的入口端相连通，用以向所述氢气产品罐输送分离后的氢气；所述气液分离器的液相出口与所述载体储罐的入口端通过所述第四管路相连通用以输送分离后的载体。

优选的，所述气液分离器的气相出口端设置有雾滴捕集器，用以除去所述氢气中夹带的所述载体。

优选的，所述第四管路与所述第一管路间设有至少一个第二换热器；所述第四管路与所述第二管路间设有至少一个第三换热器；和/或所述第四管路与所述第三管路间设有至少一个第四换热器。

优选的，所述连续供氢系统还包括：燃料电池单元，所述燃料电池单元与所述氢气产品罐相连通用以接受氢气并进行发电作业；充电电源组，所述充电电源组与所述燃料电池单元连接用以储存发电作业产生的电能；以及压缩机，所述充电电源组与所述压缩机连接并向所述压缩机供电；所述压缩机设置为用于向所述空气储罐提供空气。

优选的，所述第五管路与所述第一管路间设有至少一个第一换热器。

优选的，所述催化燃烧器中设置有若干纵向延伸的第二列管；所述第二列管内填充有反应催化剂；所述氢气入口与所述空气入口均设置于反应器壳体的顶部，所述尾气出口设置于反应器壳体的底部；还包括设置于反应器壳体侧壁底部的加热介质入口和设置于反应器壳体侧壁顶部的加热介质出口。

优选的，所述催化燃烧器中设置有若干纵向延伸的第二列管；所述第二列管内填充有反应催化剂；所述氢气入口与所述空气入口均设置于反应器壳体的底部，所述尾气出口设置于反应器壳体的顶部；所述氢气入口处设置有能够将氢气点燃的点火装置；还包括设置于反应器壳体侧壁底部的加热介质入口和设置于反应器壳体侧壁顶部的加热介质出口。

优选的，所述催化燃烧器设置于所述脱氢反应器内部；所述脱氢反应器内设置有若干纵向延伸的第一列管，所述催化燃烧器中设置有若干纵向延伸的第二列管；所述第一换热腔体与所述第二换热腔体为一体设置；所述第二列管内填充有反应催化剂；所述氢气入口与所述空气入口设置于所述催化燃烧器的顶部并向上延伸穿过所述脱氢反应器的顶部；所述尾气出口设置于所述催化燃烧器的底部并侧向延伸穿过所述脱氢反应器的侧壁；所述载氢体入口设置于所述脱氢反应器的底部；所述载体出口设置于所述脱氢反应器的顶部。

通过上述技术方案不难看出，本实用新型优点在于：

载氢体依靠自身重力进入脱氢反应器进行反应，无需热源驱动，同时，脱氢反应器与催化燃烧器之间的加热介质进行热虹吸传热，实现了整体系统的无热源冷启动，且传热阻力小，稳定性高，可以满足在无外供电源、热源情况下的冷启动和自供热稳定运行供氢，适用于轮船、列车、重卡、供氢站、氢能电站等多种孤立环境下对氢能的需求，具有经济、灵活、安全、可靠的优点。

附图说明

图1是本实用新型整体供氢系统的示意图；

图2是本实用新型催化燃烧器的第一个实施方式示意图；

图3是本实用新型催化燃烧器的第二个实施方式示意图；

图4是本实用新型催化燃烧器的第三个实施方式示意图。

附图标记说明

100脱氢反应器；101第一列管；102载氢体入口；103载体出口；200催化燃烧器；201第二列管；202氢气入口；203空气入口；204尾气出口；205加热介质入口；206加热介质出口；207点火装置；301a，301b第一换热器；302第二换热器；303第三换热器；304第四换热器；400载氢体储罐；500载体储罐；600气液分离器；700氢气产品罐；800储氢罐；900空气储罐；901压缩机；1000燃料电池单元；1100充电电源组；P1第一管路；P2第二管路；P3第三管路；P4第四管路；P5第五管路。

具体实施方式

为了使本实用新型实施方式中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型的示例性实施方式进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施方式仅是本实用新型的一部分实施方式，而不是所有实施方式的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体：可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

氢能是目前新能源研究和应用的重点之一，影响氢能应用的卡脖子环节是氢气的存储和运输，相对来说，液体有机氢化物储氢方法具有一定优势，也是目前储氢技术研究的热点之一，液体有机物的脱氢化学反应需要高温下才能完全反应，为此，通常要用热源或者电加热为脱氢反应器提供热量，但是，对于一些特殊场合如轮船、海上钻井平台等无通常的热源和电源的孤立情境下，必须考虑供氢系统的冷启动和持续加热问题，现有的供氢系统无法在无热源下冷启动，且催化反应加热过程中传热阻力大，脱氢过程稳定性差，同时系统热损失大。

针对上述提到的问题，本实用新型提供一种无热源启动的连续供氢系统，参考附图1，该连续供氢系统包括：脱氢反应器100、催化燃烧器200、载氢体储罐400以及载体储罐500，脱氢反应器100内部设置有提供加热介质流动的第一换热腔体；催化燃烧器200内部设置有提供加热介质流动的第二换热腔体；第一换热腔体与第二换热腔体相连通，并且第一换热腔体与第二换热腔体内填充有加热介质；载氢体储罐400与脱氢反应器100的载氢体入口102通过第一管路P1相连通；载氢体储罐400设置于高于脱氢反应器100一预设距离的位置；载体储罐500的入口端与脱氢反应器100的载体出口103相连通；载体储罐500设置于低于脱氢反应器100一预设距离的位置用于存储反应后的载体。

具体的，启动系统之前，脱氢反应器100内填装好脱氢催化剂和加热介质，其中，脱氢催化剂装填在第一列管101内，氢氧催化燃烧器200内充满加热介质并与脱氢反应器100连通。

然后在环境温度不低于零度的情况下，同时向催化燃烧器200输入氢气和空气(或一定浓度的氧气混合气体)，调节阀门开度使氢气浓度和氧气浓度符合设定的浓度，混合气体在催化燃烧器中的催化作用下开始反应并放热，脱氢反应器100与催化燃烧器200之间的加热介质温度逐步升高，当达到设定的脱氢操作温度后，打开载氢体储罐400与脱氢反应器100之间的控制阀和脱氢反应器100至载体储罐500之间的控制阀，载氢体开始在脱氢反应器100中的脱氢催化剂上反应脱出氢气。

载氢体流动时，载氢体储罐400设置于高于脱氢反应器100一预设距离的位置，因此打开载氢体储罐400出口阀门后，可以依靠重力压头使脱氢反应器100催化剂固定床中充满载氢体，载体储罐500设置于低于脱氢反应器100一预设距离的位置同理，可以在脱氢反应器100反应结束时，让载体依靠重力流动至载体储罐500。

脱氢反应器100与催化燃烧器200同步反应时，催化燃烧器200内的反应放出大量热量，催化燃烧器200内的加热介质受热体积膨胀，密度变小向上流动，脱氢反应器100内温度较低的加热介质向催化燃烧器200流动，从而自发形成热虹吸进行传热，传热阻力小，稳定性高，且省去了液体循环驱动装置，无需热源。

进一步的，载氢体可以选择包括π-共轭键体系及扩展的有机物、含不饱和键类有机物等，具体的，包括咔唑类、喹啉类和吡啶类中一种或者多种混合物，包括N-乙基咔唑、N-丙基咔唑、N-丁基咔唑、1-甲基喹啉、1，2-二甲基喹啉。

本实用新型中，载氢体依靠自身重力进入脱氢反应器100进行反应，无需热源驱动，同时，脱氢反应器100与催化燃烧器200之间的加热介质进行热虹吸传热，实现了整体系统的无热源冷启动，且传热阻力小，稳定性高。

对于本实用新型提供的催化燃烧器200，给出如下三个优选的实施方式。

实施方式一：

参考附图2，催化燃烧器200中设置有若干纵向延伸的第二列管201；第二列管201内填充有反应催化剂；氢气入口202与空气入口203均设置于反应器壳体的顶部，尾气出口204设置于反应器壳体的底部；还包括设置于反应器壳体侧壁底部的加热介质入口205和设置于反应器壳体侧壁顶部的加热介质出口206。

也即氢气和空气从催化燃烧器200顶部进入，反应结束从底部排出，而加热介质从催化燃烧器200侧壁顶部排出，从侧壁底部进入，这主要是因为催化燃烧器200内的加热介质受热体积膨胀，密度变小向上流动。

实施方式二：

参考附图3，催化燃烧器200中设置有若干纵向延伸的第二列管201；第二列管201内填充有反应催化剂；氢气入口202与空气入口203均设置于反应器壳体的底部，尾气出口204设置于反应器壳体的顶部；氢气入口202处设置有能够将氢气点燃的点火装置207；还包括设置于反应器壳体侧壁底部的加热介质入口205和设置于反应器壳体侧壁顶部的加热介质出口206。

实施方式二和实施方式一不同之处在于本实施方式并未装填反应催化剂，氢气和空气从催化燃烧器200底部进入，通过氢气入口202处设置的点火装置207将氢气点燃进行反应，效果同实施方式一。

需要说明的是，催化燃烧器200采用本系统产生的氢气为燃料，列管式固定床催化反应器方式下，混合后的氢气浓度范围2％～40％，在列管式氢氧火焰燃烧器方式下，直接用来自储氢罐800或氢气产品罐700中的氢气点燃。两种方式下，助燃气氧气的浓度为15％～60％。在氢氧催化燃烧器200的燃料氢气和空气的管道入口以及燃烧后的尾气出口管道都安装阻火器，可以保证系统的安全性。

实施方式三：

参考附图4，催化燃烧器200设置于脱氢反应器100内部；脱氢反应器100内设置有若干纵向延伸的第一列管101，催化燃烧器200中设置有若干纵向延伸的第二列管201；第一换热腔体与第二换热腔体为一体设置；第二列管201内填充有反应催化剂；氢气入口202与空气入口203设置于催化燃烧器200的顶部并向上延伸穿过脱氢反应器100的顶部；尾气出口204设置于催化燃烧器200的底部并侧向延伸穿过脱氢反应器100的侧壁；载氢体入口102设置于脱氢反应器100的底部；载体出口103设置于脱氢反应器100的顶部。

本实施方式中，通过专门地设计，催化燃烧器200放置于脱氢反应器100内中心的下部，省去了催化燃烧器200的侧壁，这样减少了传热介质的对流阻力，提高了对流传热速率，系统的整体热效率得以进一步提高。

可以理解的，能够实现预期技术效果的催化燃烧器200均在本实用新型保护范围之内，不局限于上述三个实施方式。

在一些实施方式中，还是参考附图1，供氢系统还包括：储氢罐800以及空气储罐900，储氢罐800与催化燃烧器200的氢气入口202通过第二管路P2相连通；空气储罐900与催化燃烧器200的空气入口203通过第三管路P3相连通；其中，催化燃烧器200设有尾气出口204，尾气出口204连接有用于排出反应气体的第五管路P5。

具体的，系统初次启动前，储氢罐800与空气储罐900内分别储存一定压力的氢气和空气，连通时，打开冷启动储氢罐800出口阀门，靠自身压力使氢气流入催化燃烧器200，同时打开空气储罐900出口阀门，依靠储罐自身压力使空气流入催化燃烧器200，如果系统已经进行过正常运行，在系统停止前，要保证储氢罐800储满系统正常操作下压力的氢气，空气储罐900储满正常操作压力下的空气。

在一些实施方式中，供氢系统还包括：氢气产品罐700以及气液分离器600，氢气产品罐700的出口端与储氢罐800相连通用以提供氢气；气液分离器600的入口端与脱氢反应器100的气体出口相连通；气液分离器600的气相出口与氢气产品罐700的入口端相连通，用以向氢气产品罐700输送分离后的氢气；气液分离器600的液相出口与载体储罐500的入口端通过第四管路P4相连通用以输送分离后的载体。

值得说明的是，本实用新型气液分离器600采用的是旋风分离器结构，可以分离夹杂在一起的载体和氢气，分离后的载体送至载体储罐500，氢气送至氢气产品罐700。

特别的，当系统压力达到设定值后，打开气液分离器600之间管路的控制阀，当氢气产品罐700达到系统设定压力后，打开氢气产品罐700出口管路及与储氢罐800之间管路的控制阀，系统即可进入正常运行状态。

在一些实施方式中，气液分离器600的气相出口端设置有雾滴捕集器，用以除去氢气中夹带的载体，进一步保证氢气的纯净。

在一些实施方式中，第四管路P4与第一管路P1间设有至少一个第二换热器302；第四管路P4与第二管路P2间设有至少一个第三换热器303；和/或第四管路P4与第三管路P3间设有至少一个第四换热器304。

可以理解的，第二换热器302用于来自气液分离器600的载体和来自载氢体储罐400的载氢体之间的换热，第三换热器303用于来自储氢罐800的氢气和来自气液分离器600的载体之间的换热，第四换热器304用于来自空气储罐900的空气和来自气液分离器600的载体之间的换热，明显的，换热器的设计可以减少整体系统的热量损失，提高热使用率。

进一步的，各个换热器使用铝或铜质高效翅片式换热器效果更佳。

在一些实施方式中，供氢系统还包括：燃料电池单元1000、充电电源组1100以及压缩机901，燃料电池单元1000与氢气产品罐700相连通用以接受氢气并进行发电作业；充电电源组1100与燃料电池单元1000连接用以储存发电作业产生的电能；充电电源组1100与压缩机901连接并向压缩机901供电；压缩机901设置为用于向空气储罐900提供空气。

可以理解的，燃料电池单元1000可以将本系统氢气产品罐700内一定比例的氢气转化为电能，存储于充电电源组1100中用于系统所需，实例性的，压缩机901受充电电源组1100驱动能够向空气储罐900持续提供空气，以维持后续的催化燃烧器200内的反应供热，明显的，不局限于压缩机901的使用，系统任何需要电能的地方均可以通过充电电源组1100获取。

在一些实施方式中，第五管路P5与第一管路P1间设有至少一个第一换热器301a，301b。

可以理解的，第一换热器301a，301b用于来自催化燃烧器200的尾气和来自载氢体储罐400的载氢体之间的换热，换热效果同前。

实例性的，氢气催化燃烧器200为列管式固定床反应器，管内填装氢气催化燃烧反应催化剂，反应催化剂为负载型Pt、Pd等贵金属催化剂，催化剂载体为TiO2、Al2O3、分子筛、Mg-Al复合氧化物，优选为Pt/TiO2催化剂，催化剂颗粒直径为管径的1/(10～15)，优选的催化剂颗粒直径为2～4mm。

实例性的，脱氢反应器100为列管式固定床反应器，管内填装液体有机载氢体脱氢催化剂；催化剂为负载型Pt、Pd等贵金属催化剂，优选为Pt、Pd催化剂。催化剂载体为Al2O3、分子筛、TiO2、Mg-Al复合氧化物。催化剂颗粒直径为管径的1/(10～15)，优选的催化剂颗粒直径为2-6mm。

实例性的，加热介质为包括导热油等常用物质，使用温度范围为160～350℃。

为了进一步证明本实用新型所提供的的供氢系统的可行性，下面再提供两个列举有详细数据的实施方式以供参考：

实施方式四：

脱氢反应器100填装液体有机载氢体脱氢反应催化剂Pt/Al2O3，其中Pt负载量为0.5％，圆柱形催化剂颗粒直径/长度为8/10mm。氢气催化燃烧反应器200装填氢气催化燃烧催化剂Pt/TiO2，其中Pt负载量为0.5％，催化剂颗粒直径/长度为5/8mm。

打开载氢体储罐400出口阀门，依靠重力压头使脱氢反应器100催化剂固定床中充满物料，关闭脱氢反应器100出口阀。打开冷启动储氢罐800出口阀门，靠储罐内自身压力使氢气流入催化燃烧器200，同时打开空气储罐900出口阀门，依靠储罐自身压力使空气流入催化燃烧器200，使混合后的氢气/氧气为1/1.2，混合气体空速为10000h-1。在室温10℃下氢气在催化燃烧器内开始反应2min后催化燃烧器200出口尾气温度稳定在320℃，8min后脱氢反应器100内加热介质温度达到180℃。

打开脱氢反应器100出口开始运行，系统压力逐步升高，逐步控制液体有机载氢体流量，最终控制液体有机载氢体以1h-1空速流经脱氢反应器100，有机液体载氢体脱氢反应器100内温度最终稳定在218℃，待利用系统产生的氢气产生电力后，脱氢反应器100的进料改用电力驱动进料泵，使反应系统的最终压力达到0.5MPa。发生脱氢反应正常运行后，来自于气液分离器600的脱氢后的载体液体与催化燃烧器200氢气进料、空气进料及有机液体原料进行换热，催化燃烧器200尾气最终排放温度降至50℃，换热器301b设有疏水阀，冷凝水经疏水阀外排。有机液体载氢体进入脱氢反应器100入口前升温至110℃。

脱氢后的有机液体载体与氢气混合物进入气液分离器600，氢气进入氢气产品罐700，脱氢后的有机液体载体经过换热最终进入载体储罐500。

系统产生氢气流量15.62kg/h，其中2.64kg/h氢气用于燃烧，外输氢气流量为12.98kg/h。整个系统进料为300kg/h液体有机载氢体原料，催化燃烧消耗的氢气占比为16.90％，系统实现冷启动和自热脱氢供氢。

实施方式五：

脱氢反应器100填装液体有机载氢体脱氢反应催化剂Pd/Al2O3，其中Pd负载量为1.0％，圆柱形催化剂颗粒直径/长度为6/8mm。氢气催化燃烧反应器200装填氢气催化燃烧催化剂Pt/Al-Mg-O，其中Pt负载量为0.8％，催化剂颗粒直径/长度为5/6mm。

打开液体有机载氢体储罐400出口阀门，依靠重力压头使脱氢反应器100催化剂固定床中充满物料，关闭脱氢反应器100出口阀。打开冷启动储氢罐800出口阀门，靠储罐内自身压力使氢气流入催化燃烧器200，同时打开空气储罐900出口阀门，依靠储罐自身压力使空气流入催化燃烧器200，使混合后的氢气/氧气为1/1.5，混合气体空速为9000h-1。在室温20℃下氢气在催化燃烧器200内开始反应3min后催化燃烧器200出口尾气温度稳定在316℃，9min后脱氢反应器100内加热介质温度达到166℃。

打开脱氢反应器100出口开始运行。系统压力逐步升高，逐步控制液体有机载氢体流量，最终控制液体有机载氢体以0.9h-1空速流经脱氢反应器100，有机液体载氢体脱氢反应器100内温度最终稳定在196℃，待利用系统产生的氢气产生电力后，脱氢反应器100的进料改用电力驱动进料泵，使反应系统的最终压力达到0.5MPa。发生脱氢反应正常运行后，来自于气液分离器600的脱氢后的有机液体载体与催化燃烧器200氢气进料、空气进料及有机液体原料进行换热，催化燃烧器200尾气最终排放温度降至48℃，换热器301b设有疏水阀，冷凝水经疏水阀外排。有机液体载氢体原料进入脱氢反应器100入口前升温至106℃。

脱氢后的有机液体载体与氢气混合物进入气液分离器600，氢气进入氢气产品罐700，脱氢后的有机液体载体经过换热最终进入载体储罐500。

系统产生氢气流量10.58kg/h，其中2.02kg/h氢气用于燃烧，外输氢气流量为8.26kg/h。整个系统进料为215.9kg/h液体有机载氢体原料，催化燃烧消耗的氢气占比为19.09％，系统实现冷启动和自热脱氢供氢。

综上，本实用新型提供的的一种孤立情境下可以冷启动自加热的有机物载氢体连续供氢系统，可以满足在无外供电源、热源情况下的冷启动和自供热稳定运行供氢，适用于轮船、列车、重卡、供氢站、氢能电站等多种孤立环境下对氢能的需求，具有经济、灵活、安全、可靠的优点。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围，这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述连续供氢系统包括：

脱氢反应器(100)，所述脱氢反应器(100)内部设置有提供加热介质流动的第一换热腔体；

催化燃烧器(200)，所述催化燃烧器(200)内部设置有提供加热介质流动的第二换热腔体；

所述第一换热腔体与所述第二换热腔体相连通，并且所述第一换热腔体与所述第二换热腔体内填充有加热介质；

载氢体储罐(400)，所述载氢体储罐(400)与所述脱氢反应器(100)的载氢体入口(102)通过第一管路(P1)相连通；

所述载氢体储罐(400)设置于高于所述脱氢反应器(100)一预设距离的位置；以及

载体储罐(500)，所述载体储罐(500)的入口端与所述脱氢反应器(100)的载体出口(103)相连通；

所述载体储罐(500)设置于低于所述脱氢反应器(100)一预设距离的位置用于存储反应后的载体。

2.根据权利要求1所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述连续供氢系统还包括：

储氢罐(800)，所述储氢罐(800)与所述催化燃烧器(200)的氢气入口(202)通过第二管路(P2)相连通；以及

空气储罐(900)，所述空气储罐(900)与所述催化燃烧器(200)的空气入口(203)通过第三管路(P3)相连通；

其中，所述催化燃烧器(200)设有尾气出口(204)，所述尾气出口(204)连接有用于排出反应气体的第五管路(P5)。

3.根据权利要求2所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述连续供氢系统还包括：

氢气产品罐(700)，所述氢气产品罐(700)的出口端与所述储氢罐(800)相连通用以提供氢气；以及

气液分离器(600)，所述气液分离器(600)的入口端与所述脱氢反应器(100)的气体出口相连通；

所述气液分离器(600)的气相出口与所述氢气产品罐(700)的入口端相连通，用以向所述氢气产品罐(700)输送分离后的氢气；

所述气液分离器(600)的液相出口与所述载体储罐(500)的入口端通过第四管路(P4)相连通用以输送分离后的载体。

4.根据权利要求3所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述气液分离器(600)的气相出口端设置有雾滴捕集器，用以除去所述氢气中夹带的所述载体。

5.根据权利要求3所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述第四管路(P4)与所述第一管路(P1)间设有至少一个第二换热器(302)；所述第四管路(P4)与所述第二管路(P2)间设有至少一个第三换热器(303)；和/或所述第四管路(P4)与所述第三管路(P3)间设有至少一个第四换热器(304)。

6.根据权利要求3所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述连续供氢系统还包括：

燃料电池单元(1000)，所述燃料电池单元(1000)与所述氢气产品罐(700)相连通用以接受氢气并进行发电作业；

充电电源组(1100)，所述充电电源组(1100)与所述燃料电池单元(1000)连接用以储存发电作业产生的电能；以及

压缩机(901)，所述充电电源组(1100)与所述压缩机(901)连接并向所述压缩机(901)供电；

所述压缩机(901)设置为用于向所述空气储罐(900)提供空气。

7.根据权利要求2所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述第五管路(P5)与所述第一管路(P1)间设有至少一个第一换热器(301a，301b)。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述催化燃烧器(200)中设置有若干纵向延伸的第二列管(201)；

所述第二列管(201)内填充有反应催化剂；

所述氢气入口(202)与所述空气入口(203)均设置于反应器壳体的顶部，所述尾气出口(204)设置于反应器壳体的底部；

还包括设置于反应器壳体侧壁底部的加热介质入口(205)和设置于反应器壳体侧壁顶部的加热介质出口(206)。

9.根据权利要求2至7中任一项所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述催化燃烧器(200)中设置有若干纵向延伸的第二列管(201)；

所述第二列管(201)内填充有反应催化剂；

所述氢气入口(202)与所述空气入口(203)均设置于反应器壳体的底部，所述尾气出口(204)设置于反应器壳体的顶部；

所述氢气入口(202)处设置有能够将氢气点燃的点火装置(207)；

还包括设置于反应器壳体侧壁底部的加热介质入口(205)和设置于反应器壳体侧壁顶部的加热介质出口(206)。

10.根据权利要求2至7中任一项所述的无热源启动的连续供氢系统，其特征在于，所述催化燃烧器(200)设置于所述脱氢反应器(100)内部；

所述脱氢反应器(100)内设置有若干纵向延伸的第一列管(101)，所述催化燃烧器(200)中设置有若干纵向延伸的第二列管(201)；

所述第一换热腔体与所述第二换热腔体为一体设置；

所述第二列管(201)内填充有反应催化剂；

所述氢气入口(202)与所述空气入口(203)设置于所述催化燃烧器(200)的顶部并向上延伸穿过所述脱氢反应器(100)的顶部；

所述尾气出口(204)设置于所述催化燃烧器(200)的底部并侧向延伸穿过所述脱氢反应器(100)的侧壁；

所述载氢体入口(102)设置于所述脱氢反应器(100)的底部；

所述载体出口(103)设置于所述脱氢反应器(100)的顶部。

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