液态氢源材料脱氢自加热系统及进行脱氢的方法与流程

本发明涉及有机液态储氢技术领域，特别涉及液态氢源材料脱氢自加热系统及采用上述系统进行液态氢源材料脱氢的方法。

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，可控的释放，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。

中国地质大学(武汉)可持续能源实验室研究团队，在中组部第二批“千人计划”程寒松教授的带领下，在原美国工作基础上，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的气体。作 为氢的载体，这类材料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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一套不需要增压设备，并且由系统自主提供能源的液态氢源材料脱氢系统，以及采用上述系统进行液态氢源材料脱氢的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种液态氢源材料脱氢自加热系统，包括：用于储存液态氢源材料和液态储氢载体的储存设备；用于预热待反应液态氢源材料的预热器；用于将液态氢源材料从储存设备输入预热器的泵；用于将液态氢源材料脱氢的反应釜；用于将液态氢源材料脱氢后的产物氢气和液态储氢载体进行分离的气液分离器；用于储存氢气的缓冲罐，并将氢气输送入氢燃料电池；用于将氢气转化为电能的氢燃料电池；所述氢燃料电池产生的电能，部分用于供应泵、预热器、反应釜等系统设备消耗，其余输出。

所述储存设备设置有分别存放液态氢源材料和液态储氢载体的储存空间。

所述液态储氢载体包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。

所述系统还包括蓄电池，用于储存氢燃料电池产生的电能，并供应泵、预热器、反应釜供热等系统设备消耗以及输出。

一种自加热系统进行液态氢源材料脱氢的方法，包括以下步骤：储存设备储存的液态氢源材料通过泵输送到预热器进行加热，再进入反应釜中，在一定温度、催化剂的条件下产生氢气和液态储氢载体，产物在气液分离器中分离后，液态储氢载体被输送回储存设备，氢气进入缓冲罐，脱氢反应能产生一定的压力，缓冲罐与脱氢反应釜相连也具有一定的压力，氢气进入氢燃料电池转化为电能，产生的电能部分用于供应泵、预热器、反应釜等系统设备消耗，其余输出；关闭系统时，反应釜仍具有一定的温度，还会继续反应一段时间，期间产生的氢气被储存在缓存罐中供下次启动时使用。

一种自加热系统进行液态氢源材料脱氢的方法，包括以下步骤：储存设备储存的液态氢源材料通过泵输送到预热器进行加热，再进入反应釜中，在一定温度、催化剂的条件下产生氢气和液态储氢载体，产物在气液分离器中分离后，液态储氢载体被输送回储存设备，氢气进入缓冲罐，脱氢反应能产生一定的压力，缓冲罐与脱氢反应釜相连也具有一定的压力，氢气进入氢燃料电池转化为电能，产生的电能部分储存在蓄电池中，蓄电池的部分电能用于供应泵、预热器、反应釜等系统设备消耗，其余输出；关闭系统时，反应釜仍具有一定的温度，还会继续反应一段时间，期间产生的氢气通过氢燃料电池产生电能并储存在蓄电池中供 下次启动时使用。

本发明利用脱氢反应时产生的压力，缓冲罐不需要额外配置增压设备就能保持一定的压力，能保证持续地向氢燃料电池供应氢气，氢燃料电池产生的电能部分用于供应泵、预热器、反应釜等系统设备消耗，不需要提供额外的能源，拓展了应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例1脱氢自加热系统的结构示意图。

图2是本发明实施例2脱氢自加热系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体的附图和实施例对本发明作进一步的说明。

液态储氢载体是一种可在常温常压下呈现液态的储氢体系，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。

进一步地，储氢组分选自杂环不饱和化合物，杂环不饱和化合物中的杂原子为N、S、O及P中的一种或多种。

进一步地，杂环不饱和化合物中杂环和芳环的总数为1～20，杂原子的总数为1～20。

进一步地，相对于液态储氢体系的总质量而言，低熔点化合物的质量分数为5～95％。

进一步地，液态储氢体系还包括加氢添加剂，加氢添加剂为极性溶剂和/或非极性溶剂。

进一步地，相对于每克储氢组分而言，加氢添加剂的加入量为0.1～10mL。

进一步地，不同的储氢组分分别选自苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、苯乙炔、蒽、萘、芴、苯胺、咔唑、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑、N-异丙基咔唑、N-正丁基咔唑、吲哚、N-甲基吲哚、N-乙基吲哚、N-丙基吲哚、喹啉、异喹啉、吡啶、吡咯、呋喃、苯并呋喃、噻吩、嘧啶及咪唑所组成的组及其衍生物。

进一步地，极性溶剂选自乙醇、甲醇、乙醚、甲醚、乙腈、乙酸乙酯、甲酰胺、异丙醇、正丁醇、二氧六环、正丁醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿及二氯乙烷中的一种或多种。

进一步地，非极性溶剂选自正己烷、正戊烷、环己烷、均三甲苯、二硫化碳、石油醚及四氯化碳中的一种或多种。

进一步地，储氢体系还包括脱氢添加剂，脱氢添加剂选自十氢化萘、均三甲苯、石油醚及苯醚中的一种或多种。

进一步地，相对于每克储氢组分而言，脱氢添加剂的加入量为0.1～10mL。

液态储氢载体在加氢催化剂的作用下进行加氢化学反应生成液态氢源材料，液态氢源材料在脱氢催化剂的作用下进行脱氢化学反应还原为液态储氢载体。液态储氢载体在300℃能保持性能的稳定。

实施例1

如图1所示，脱氢自加热系统包括：储存设备、预热器、泵、反应釜、气液分离器和氢燃料电池。储存设备用于储存液态氢源材料和液态储氢载体，设置有分别存放液态氢源材料和液态储氢载体的空间，两个空间之间以活动隔板相连。储存设备储存储存液态氢源材料一端的输液口通过管道连接预热器，管道上设置有泵，预热器连接反应釜，反应釜连接气液分离器，气液分离器的出气口连接氢燃料电池，出液口连接设备储存储存液态储氢载体的进液口。

储存设备储存的液态氢源材料通过泵输送到预热器加热到150℃，再进入反应釜中，

在170℃、空速为1、催化剂的条件下产生氢气和液态储氢载体，产物在气液分离器中分离后，液态储氢载体被输送回储存设备，氢气进入缓冲罐中，压力约1～6bar，然后将氢气减压至0.3～0.7bar通入氢燃料电池转化为电能，产生电能的25％用于供应泵、预热器、反应釜等系统设备消耗，其余输出；关闭系统时，反应釜仍具有一定的温度，还会继续反应一段时间，期间产生的氢气被储存在缓存罐中供下次启动时使用。

实施例2

如图2所示，脱氢自加热系统包括：储存设备、预热器、泵、反应釜、气液分离器、氢燃料电池和蓄电池。储存设备用于储存液态氢源材料和液态储氢载体，设置有分别存放液态氢源材料和液态储氢载体的空间，两个空间之间以活动隔板相连。储存设备储存储存液态氢源材料一端的输液口通过管道连接预热器，管道上设置有泵，预热器连接反应釜，反应釜连接气液分离器，气液分离器的出气口连接氢燃料电池，出液口连接设备储存储存液态储氢载体的进液口。氢燃料电池连接蓄电池。

储存设备储存的液态氢源材料通过泵输送到预热器加热到160℃，再进入反应釜中，

在190℃、空速为2、催化剂的条件下产生氢气和液态储氢载体，产物在气液分离器中分离后，液态储氢载体被输送回储存设备，氢气进入缓冲罐，压力约1～6bar，然后将氢气减压至0.3～0.7bar通入氢燃料电池转化为电能，产生的电能部分储存在蓄电池中，蓄电池电能的20％用于供应泵、预热器、反应釜等系统设备消耗，其余输出；关闭系统时，反应釜仍具有一定的温度，还会继续反应一段时间，期间产生的氢气通过氢燃料电池产生电能并储存在蓄电池中供下次启动时使用。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明，任 何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。