CN220746099U - 一种氢气制储一体装置 - Google Patents
一种氢气制储一体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220746099U CN220746099U CN202322217697.5U CN202322217697U CN220746099U CN 220746099 U CN220746099 U CN 220746099U CN 202322217697 U CN202322217697 U CN 202322217697U CN 220746099 U CN220746099 U CN 220746099U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode chamber
- cathode
- hydrogen production
- chamber
- positive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 claims abstract 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 7
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 abstract description 10
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 14
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 10
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 10
- UAEPNZWRGJTJPN-UHFFFAOYSA-N methylcyclohexane Chemical compound CC1CCCCC1 UAEPNZWRGJTJPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- GYNNXHKOJHMOHS-UHFFFAOYSA-N methyl-cycloheptane Natural products CC1CCCCCC1 GYNNXHKOJHMOHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 2
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种氢气制储一体装置，包括反应器、阴极、阳极和直流电源，直流电源的正极和负极分别与阳极和阴极连接，反应器由多个阳极室和阴极室叠加而成，其特征在于：所述阳极室和阴极室的交界面设有阳离子交换膜，电解环境为酸性，所述阴极室、阳极室腔的上端靠近阳离子交换膜处分别设有稀硫酸和甲苯的进料喷头，所述阴极室的底端连通有出水通道，阳极室和阴极室上均设有出气通道。本实用新型不仅降低整体电耗4kw*h/NM3加氢量(常规电解水制氢平均需要5kw*h/NM3+2kw*h/NM3的溶剂加氢消耗)，电催化装置与电解水制氢装置相比设备投资增加少，达到不增加大规模投资且减少运行成本的前提下，直接制储一体化。
Description
技术领域
本实用新型涉及制氢反应装置领域，具体是一种氢气制储一体系统。
背景技术
近年来，一些研究人员试图以水作为氢源，通过设计高效的双功能催化剂，将光催化产生的H自由基随后与硝基芳烃发生原位加氢反应。但在传统使用的油水混合体系中，亲水性的催化剂表面通常被水分子包围，使硝基芳烃分子与H自由基接触困难，从而导致硝基芳烃加氢效率大大降低。此外，有一种公开方法直接将光催化剂粉末加入到油水混合体系，光催化产生的H自由基速率难以调控，速率太快会导致析H2反应加剧，速率太慢导致硝基芳烃加氢反应的氢源不足。
其次，氢能因其清洁、高效、丰富，被认为是新世纪最具潜力、无污染、环保型绿色能源。各种开发和利用氢能的研究一直受到业内的重视。而氢能的开发和利用是以氢能的存储为前提的。传统的液化储存、金属氢化物储氢和高压压缩储氢技术虽相对较成熟，但尚不适合长距离、大规模氢能输送。也有新型储氢材料—液态有机烃作为储氢介质开始受到关注，其具有储氢量大、易于输运及加氢-脱氢可逆性好的特点。但具体在实施过程中先采用电解水制氢，然后就地采用加氢工艺把氢气储氢起来运输到目的地采用脱氢方式达到氢气储运的目的，但这个过程中加氢和脱氢的温度比较高，且脱氢需要贵金属催化剂导致整体投资和运行成本较高，投入的规模和运行成本均较大。
为了解决上述问题，本案由此而生。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种氢气制储一体装置，解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种氢气制储一体装置，包括反应器、阴极、阳极和直流电源，直流电源的正极和负极分别与阳极和阴极连接，反应器由多个阳极室和阴极室叠加而成，所述阳极室和阴极室的交界面设有阳离子交换膜，电解环境为酸性，所述阳极室和阴极室上分别开设有电解液的进液孔位一和甲苯的进液孔位二，并通过对应喷头进料，所述阴极室的底端连通有出水通道，阳极室和阴极室上均设有出气通道。
作为优选方案，进一步地，阳极采用致密的TA1材质且厚度1mm的薄板，阴极板采用高含铜、镍、锰的不锈钢材质(镍含量为不锈钢含量的0.5％-3％)，且采用菱形挖孔结构，控制暴露面积50-60％。
作为优选方案，进一步地，进液孔位二处通过喷头进液，且喷头的输出端与阴极板形成夹角，使得甲苯靠自然重力顺阴极板往下流。
作为优选方案，进一步地，阴极室内沿其竖直方向设有多层扰流板，扰流板与阴极板成108-180°角，优选为120°。
作为优选方案，进一步地，直流电源的电压为2-2.5V。
作为优选方案，进一步地，阳极腔体成长方体，所述阴极室的截面呈梯形状，其下部形成为三角形漏斗状。
(三)有益效果
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比，具备以下优点：本实用新型一种氢气制储一体装置，不仅降低整体电耗4kw*h/NM3加氢量(常规电解水制氢平均需要5kw*h/NM3+2kw*h/NM3的溶剂加氢消耗)，电催化装置与电解水制氢装置相比设备投资增加少，达到不增加大规模投资且减少运行成本的前提下，直接制储一体化。
采用多层扰流隔板均与阴极板成120°角，实现甲苯的迂回绕流，充分将氢质子携带的水分冲刷下以与暴露的氢质子进行反应，避免冲刷水分的甲苯使用过量。其次，阴极电催化腔体的上部整个截面呈梯形状，冲刷下水分且未进行反应的甲苯在分层后，其位于阴极室底部的液面不断上升，以再次作为原料与不断到达阴极板上的氢质子进而二次反应。
附图说明
图1为本实用新型示意图；
图2为本实用新型单个阴极室剖面正视图；
图3为本实用新型图2中扰流板处截面A处放大示意图。
图中，1、反应器；2、阴极室；3、阳极室；4、进液孔位一；5、进液孔位二；6、喷头；7、出水通道；8、扰流板。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细阐述。
如图1-3所示：一种氢气制储一体装置，包括反应器、阴极、阳极和直流电源，直流电源(电压2-2.5V)的正极和负极分别与阳极和阴极连接，反应器由多个阳极室和阴极室叠加而成，阳极室和阴极室的交界面设有阳离子交换膜，电解环境为3-5％硫酸电解液酸性环境，阳极室和阴极室上分别开设有电解液的进液孔位一和甲苯的进液孔位二，并通过对应喷头进料，阴极室的底端连通有出水通道。
阳极室由3-5％稀硫酸电解液电解水产氧气经过氧气通道排出阳极腔室，产生的氢质子透过阳离子交换膜到达阴极室和甲苯发生电催化反应生产甲基环己烷。电解出来的氢质子透过阳离子交换膜在阴极板上发生电催化反应直接生成产物甲基环己烷。
上述反应过程中使用的甲苯需过量，大于电解水产生的氢自由基或氢气摩尔比，以充分消耗电解水产生的氢质子。
其中阴极室、阳极室腔的上端靠近阳离子交换膜处分别设有稀硫酸和甲苯的进料喷头，阴极测靠近阴极板处设有甲苯物料喷头作为进料处顺阴极板往下流，甲苯靠自然重力流过阴极板同时经过阴极室设有的多层扰流板迂回绕流至阴极电极板表面，达到充分接触阴极电极板的同时快速冲刷随着质子透过阳离子交换膜携带的少量水分，充分使得甲苯和水中的质子接触发生电催化反应生产甲基环己烷。
多层扰流隔板均与阴极板成优选120°角，实现甲苯的迂回绕流，充分将氢质子携带的水分冲刷下以与暴露的氢质子进行反应，避免冲刷水分的甲苯使用过量。
阳极室和阴极室的交界面为阳离子交换膜，并采用耐酸性含氟的磺酸基芳香族高分子材料。
阳极室电解液电解水产氧气经过氧气通道排出阳极腔室，产生的氢质子透过阳离子交换膜到达阴极室和甲苯发生电催化反应产生甲基环己烷，氢质子质子在透过阳离子交换膜时会携带有少量水分，该水分部分被直接下流的甲苯一次冲刷与氢质子分离，而甲苯靠流过阴极板同时经过阴极室设有的扰流板迂回绕流至阴极电极板表面，二次冲刷下随着质子透过阳离子交换膜携带的少量水分。
阴极电催化腔体底部形成为三角形漏斗状，因水分与甲苯不同密度会分层，进而水快速到达漏斗底部后，作为下层通过阴极室的底端连通有出水通道排除。需说明的是，由于氢质子携带的水分相对较少，为便于液体分层排出，阴极室底部尺寸需设置相对较小，因此本申请阴极室底部优选为漏斗状结构便于分层萃取。
其次，阴极电催化腔体(单个阴极室)的上部整个截面呈梯形状，冲刷下水分且未进行反应的甲苯在分层后，其在位于阴极室底部的液面不断上升，以再次作为原料与不断到达阴极板上的氢质子进而二次反应。
阳极腔体成长方体，尺寸宽29mm*长40mm*厚度1mm。
阳极室采用TA1的耐酸性腐蚀电极板，且为致密的TA1材质1mm厚度薄板，阴极的不锈钢材质镀高含铜、镍、锰的不锈钢材质，并采用菱形挖孔结构，暴露面积控制50-60％。
本实用新型制储一体化，不仅降低整体电耗4kw*h/NM3加氢量(常规电解水制氢平均需要5kw*h/NM3+2kw*h/NM3的溶剂加氢消耗，上述电耗为生产经验值)，电催化装置与电解水制氢装置相比设备投资增加少，达到不增加大规模投资且减少运行成本的前提下，直接制储一体化。
其中设备电耗的降低原理说明如下，1、本申请电解过程仅过程中，仅在阳极室进行电解水产生H+，其中H+的摩尔数少，离子的迁移速度快，相较于迁移OH-而言(摩尔数更大)，所使用的电解发生副反应用电量相对更少；2、阴极室的原材料使用液体甲苯，通过装置整体设计应用，无需将甲苯进行气化(用电将甲苯高温加热气化以充分电催化，气化温度需160-180℃)即可实现电催化反应，整个过程能够充分消耗电解水产生的氢质子并生成产物甲基环己烷；3、若是采用原料气化反应出来的气体温度高(可达180℃)，因此气体还需要用冷冻耗电方式冷却，本申请原料液化状态进行反应，后续无需进行冷却。
以上所述依据实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项使用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其保护的范围。
Claims (5)
1.一种氢气制储一体装置，包括反应器、阴极、阳极和直流电源，直流电源的正极和负极分别与阳极和阴极连接，反应器由多个阳极室和阴极室叠加而成，其特征在于：所述阳极室和阴极室的交界面设有阳离子交换膜，电解环境为酸性，所述阴极室、阳极室上分别开设有电解液的进液孔位一和甲苯的进液孔位二，并通过对应喷头进料，所述阴极室的底端连通有出水通道，阳极室和阴极室上均设有出气通道。
2.根据权利要求1所述的一种氢气制储一体装置，其特征在于：所述进液孔位二处通过喷头进液，且喷头的输出端与阴极板形成夹角，使得甲苯靠自然重力顺阴极板往下流。
3.根据权利要求1所述的一种氢气制储一体装置，其特征在于：所述阴极室内沿其竖直方向设有多层扰流板，扰流板与阴极板成108-180°角。
4.根据权利要求1所述的一种氢气制储一体装置，其特征在于：所述阳极室呈长方体，所述阴极室的截面呈梯形状，其下部形成为三角形漏斗状。
5.根据权利要求1所述的一种氢气制储一体装置，其特征在于：所述直流电源的电压为2-2.5V。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322217697.5U CN220746099U (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 一种氢气制储一体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322217697.5U CN220746099U (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 一种氢气制储一体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220746099U true CN220746099U (zh) | 2024-04-09 |
Family
ID=90565578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322217697.5U Active CN220746099U (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 一种氢气制储一体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220746099U (zh) |
-
2023
- 2023-08-17 CN CN202322217697.5U patent/CN220746099U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI414636B (zh) | 膜反應器 | |
| TWI448325B (zh) | 二氧化碳電化學還原轉化利用的方法 | |
| CN107075700B (zh) | 有机氢化物制造装置及使用其的有机氢化物的制造方法 | |
| CN103178283B (zh) | 一种氢溴储能电池结构 | |
| CN103603005B (zh) | 连续式弱碱性高浓度富氢水电解装置 | |
| TWI448327B (zh) | 膜反應器 | |
| CN101514462A (zh) | 一种超纯水膜电解装置 | |
| JPH11229167A (ja) | 電解水素発生装置 | |
| CN220746099U (zh) | 一种氢气制储一体装置 | |
| CN220099216U (zh) | 一种aem电解水制氢一体化集成设备 | |
| CN105063653A (zh) | 一种二氧化锰制备中的电解节电方法 | |
| CN108118360A (zh) | 一种高效产甲酸Cu-Sn-Cu层叠状泡沫电极及其制备方法 | |
| CN116791120A (zh) | 一种氢气制储一体系统 | |
| CN220300863U (zh) | 氢气制储一体装置 | |
| CN201545915U (zh) | 气液自流循环式氢气电解装置 | |
| CN114059086A (zh) | 一种基于酸性电解质两步电解制氢的装置和方法 | |
| CN116837395A (zh) | 氢气制储一体系统 | |
| CN201530868U (zh) | 一种过硫酸铵生产用电解槽石墨阴极 | |
| CN218710885U (zh) | 一种节能型电解水制氢装置 | |
| CN221166770U (zh) | 一种密封性好的制氢水电解槽 | |
| CN215209639U (zh) | 一种蒸馏制水的制氢设备 | |
| CN217499435U (zh) | 一种海水制氢防腐蚀电解槽装置 | |
| CN219117570U (zh) | 电解水装置和水焊机 | |
| JP3921300B2 (ja) | 水素発生装置 | |
| CN114990571B (zh) | 电解水装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |