专利名称：利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的装置及方法
技术领域：
本发明涉及氢气的储存和输送技术，尤其涉及一种利用芳香族化合物连续吸收和 放出氢气的装置及方法。
背景技术：
氢能源具有来源丰富、可再生、能量密度高和清洁等特点，是最具发展潜力的清 洁能源之一，开发中低温条件下储氢容量高、成本低的储氢材料是当前的一个重要发展方 向.衡量一种氢气储运技术好坏的依据有储氢成本、储氢密度和安全性等几个方面。国际 能源署规定，实用的储氢系统必须达到5% (质量分数)和40kg/m3(体积储氢密度)的指 标。由于氢具有质量轻，难以压缩、液化，易燃、易爆，高压下可透过容器壁，易与容器金属形 成氢化物而产生氢脆的特点，因此寻找和探索能适用于大规模储氢的技术将是一项重要的 研究课题。与深冷液化储氢、金属氢化物储氢、高压压缩储氢等储氢方法相比，有机液体氢化 物储氢具有储氢密度高、运输安全等优点，是一种很有应用前景的储氢技术。苯、甲苯和萘 等是比较常见的理想液态储氢材料，其储氢量高于传统的高压压缩储氢和金属氢化物储 氢。在过去使用有机液作为储氢材料一直没有引起足够的重视(尽管它具有很多的优点)， 这主要是由于脱氢反应是一个强吸热的过程，传统的有机氢化物脱氢反应条件比较苛刻， 需要的反应温度较高(600-700K)装置复杂。尤其是需要在气态条件下进行脱氢时，使反应 较难控制。近来，美国空气化工产品公司(Air Products)在他们的专利US 7101530和 US7351395中首次通过研究了杂环芳香型分子在有机液储氢方面的使用，研究发现芳香族 化合物中杂原子的加入可以减少脱氢反应所需的吸热量，使得在汽车上使用有机氢化物释 放出来的氢气作为动力成为可能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用芳香族化合物连续吸收和放 出氢气的装置及方法。利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的装置包括进气口、第一压力表、吸氢氢 库、第一放空阀、第一阀门、高压反应釜、第二压力表、第二放空阀、第二阀门、脱氢氢库，第 三放空阀、第三压力表，第一传感器、第二传感器、第一巡检仪、第二巡检仪、电脑；进气口、 吸氢氢库、第一阀门、高压反应釜、第二阀门、脱氢氢库顺次连接，吸氢氢库上设有第一放空 阀、第一压力表，吸氢氢库、第一传感器、第一巡检仪、电脑顺次连接，脱氢氢库上设有第三 放空阀、第三压力表，脱氢氢库、第二传感器、第二巡检仪、电脑顺次连接，高压反应釜上设 有第二压力表、第二放空阀。所述的高压反应釜是采用磁搅拌高压反应釜。利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的方法是往吸氢氢库中充入2. OMPa 6. OMPa压强的氢气，同时往高压反应釜中放入质量百分比含量为50 99. 5%的芳香族 化合物，质量百分比含量为0. 5 50%的催化剂，催化剂为储氢合金富镧稀土镍MlNi5和 Raney-Ni，以及过渡金属 Ni、Pd、Pt，Ni/Al203、Pd/Al203、Pt/Al203 和 Ni/ 活性炭、Pd/ 活性 炭、Pt/活性炭，打开第一阀门将吸氢氢库与高压反应釜连通，加热升温至120 240°C，搅 拌，开始吸氢反应，脱氢氢库为真空状态，待含有不饱和键的芳香族化合物吸氢结束后，关 闭第一阀门，打开第二阀门，使高压反应釜内压强降为常压，在160 260°C下搅拌进行常 压下放氢反应，如此完成一个吸氢和放氢的过程，依次往复循环，达到连续吸放氢的目的。所述的芳香族化合物是乙基咔唑、咔唑、甲苯、苯或萘。本发明可通过电脑自动记录反应过程中氢压的变化，在适宜的反应温度下实现吸 氢反应，同时当需要释放氢气时可以实现常压下的放氢反应；装置占地面积小，结构简单， 拆卸方便，使用灵活；方法实施十分简便，投资省，生产效率高。
图1是利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的装置的构成示意图。图中，进气口 1、第一压力表2、吸氢氢库3、第一放空阀4、第一阀门5、高压反应釜 6、第二压力表7、第二放空阀8、第二阀门9、脱氢氢库10，第三放空阀11、第三压力表12，第 一传感器13、第二传感器14、第一巡检仪15、第二巡检仪16、电脑17。
具体实施例方式如图1所示，利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的装置包括进气口 1、第一压 力表2、吸氢氢库3、第一放空阀4、第一阀门5、高压反应釜6、第二压力表7、第二放空阀8、 第二阀门9、脱氢氢库10，第三放空阀11、第三压力表12，第一传感器13、第二传感器14、第 一巡检仪15、第二巡检仪16、电脑17 ；进气口 1、吸氢氢库3、第一阀门5、高压反应釜6、第 二阀门9、脱氢氢库10顺次连接，吸氢氢库3上设有第一放空阀4、第一压力表2，吸氢氢库 3、第一传感器13、第一巡检仪15、电脑17顺次连接，脱氢氢库10上设有第三放空阀11、第 三压力表12，脱氢氢库10、第二传感器14、第二巡检仪16、电脑17顺次连接，高压反应釜6 上设有第二压力表7、第二放空阀8。所述的高压反应釜6是采用磁搅拌高压反应釜。利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的方法是往吸氢氢库3中充入2. OMPa 6. OMPa压强的氢气，同时往高压反应釜6中放入质量百分比含量为50 99. 5%的芳香族 化合物，质量百分比含量为0. 5 50%的催化剂，催化剂为储氢合金富镧稀土镍MlNi5和 Raney-Ni，以及过渡金属 Ni、Pd、Pt，Ni/Al203、Pd/Al203、Pt/Al203 和 Ni/ 活性炭、Pd/ 活性炭、 Pt/活性炭，打开第一阀门5将吸氢氢库3与高压反应釜6连通，加热升温至120 240°C， 搅拌，开始吸氢反应，脱氢氢库10为真空状态，待含有不饱和键的芳香族化合物吸氢结束 后，关闭第一阀门5，打开第二阀门9，使高压反应釜6内压强降为常压，在160 260°C下搅 拌进行常压下放氢反应，如此完成一个吸氢和放氢的过程，依次往复循环，达到连续吸放氢 的目的。所述的芳香族化合物是乙基咔唑、咔唑、甲苯、苯或萘。本发明下面结合实施例作进一步的详细说明，但本发明的范围并不局限于这些实施例。实施例1 采用图1所示的装置，将IOOg甲苯和IOOg MlNi5加入高压反应釜，经密封抽真空， 吸氢氢库中充入5. OMPa的高纯氢气，随后将高压反应釜温度调节到反应温度，连通吸氢氢 库和高压反应釜，搅拌，在220°C条件下开始吸收氢气，甲苯的吸氢容量达到3. 49wt% (质 量储氢密度)。实施例2 采用图1所示的装置，将IOg乙基咔唑和Ig Raney-Ni加入高压反应釜，经密封 抽真空，吸氢氢库中充入6. OMPa的高纯氢气，随后将高压反应釜温度调节到反应温度，连 通吸氢氢库和高压反应釜，搅拌，在200°C条件下开始吸收氢气，乙基咔唑的吸氢容量达到 5. Owt % (质量储氢密度)。实施例3 采用图1所示的装置，将IOg乙基咔唑和Ig Raney-Ni加入高压反应釜，吸氢氢库 中充入5. OMPa的高纯氢气，，随后将反应釜温度调节到反应温度，连通吸氢氢库，搅拌，在 180°C -200°C和5. OMPa的条件下进行吸氢反应。脱氢氢库为真空状态，待乙基咔唑吸氢结 束后，关闭吸氢氢库与反应釜之间的阀门，连通脱氢氢库与反应釜，使高压反应釜内压强降 为常压，在200°C时搅拌，进行放氢反应，。在这样一个吸氢和放氢的过程中，乙基咔唑的吸 氢容量达到5.61wt%，转化率为96. 85% ；最大放氢量为0. 197mol，转化率为66. 1%。
权利要求
一种利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的装置，其特征在于包括进气口(1)、第一压力表(2)、吸氢氢库(3)、第一放空阀(4)、第一阀门(5)、高压反应釜(6)、第二压力表(7)、第二放空阀(8)、第二阀门(9)、脱氢氢库(10)，第三放空阀(11)、第三压力表(12)，第一传感器(13)、第二传感器(14)、第一巡检仪(15)、第二巡检仪(16)、电脑(17)；进气口(1)、吸氢氢库(3)、第一阀门(5)、高压反应釜(6)、第二阀门(9)、脱氢氢库(10)顺次连接，吸氢氢(3)上设有第一放空阀(4)、第一压力表(2)，吸氢氢库(3)、第一传感器(13)、第一巡检仪(15)、电脑(17)顺次连接，脱氢氢库(10)上设有第三放空阀(11)、第三压力表(12)，脱氢氢库(10)、第二传感器(14)、第二巡检仪(16)、电脑(17)顺次连接，高压反应釜(6)上设有第二压力表(7)、第二放空阀(8)。
2.根据权利要求1所述的一种利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的装置，其特征 在于所述的高压反应釜6是采用磁搅拌高压反应釜。
3.一种使用如权利要求1所述装置的利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的方法， 其特征在于往吸氢氢库(3)中充入2. OMPa 6. OMPa压强的氢气，同时往高压反应釜(6)中 放入质量百分比含量为50 99. 5%的芳香族化合物，质量百分比含量为0. 5 50%的催 化剂，催化剂为储氢合金富镧稀土镍MlNi5和Raney-Ni，以及过渡金属Ni、Pd、Pt，Ni/Al203、 Pd/Al203、PtAl2O3和Ni/活性炭、Pd/活性炭、Pt/活性炭，打开第一阀门(5)将吸氢氢库 ⑶与高压反应釜(6)连通，加热升温至120 240°C，搅拌，开始吸氢反应，脱氢氢库(10) 为真空状态，待含有不饱和键的芳香族化合物吸氢结束后，关闭第一阀门(5)，打开第二阀 门(9)，使高压反应釜(6)内压强降为常压，在160 260°C下搅拌进行常压下放氢反应，如 此完成一个吸氢和放氢的过程，依次往复循环，达到连续吸放氢的目的。
4.根据权利要求3所述的一种利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的方法，其特征 在于所述的芳香族化合物是乙基咔唑、咔唑、甲苯、苯或萘。
全文摘要
本发明公开了一种利用芳香族化合物连续吸收和放出氢气的装置及方法。进气口、吸氢氢库、第一阀门、高压反应釜、第二阀门、脱氢氢库顺次连接，吸氢氢库上设有第一放空阀、第一压力表，吸氢氢库、第一传感器、第一巡检仪、电脑顺次连接，脱氢氢库上设有第三放空阀、第三压力表，脱氢氢库、第二传感器、第二巡检仪、电脑顺次连接，高压反应釜上设有第二压力表、第二放空阀。本发明可通过电脑自动记录反应过程中氢压的变化，在适宜的反应温度下往复循环，达到连续吸放氢的目的；装置占地面积小，结构简单，拆卸方便，使用灵活；方法实施十分简便，投资省，生产效率高。
文档编号B01J19/18GK101961631SQ201010281629
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者叶旭峰, 安越, 徐国华 申请人:浙江大学