一种基于氢燃料电池的液态氢源材料供氢反应系统的制作方法

文档序号:9262537
一种基于氢燃料电池的液态氢源材料供氢反应系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液态氢源材料脱氢反应供氢系统,特别涉及一种基于氢燃料电池的液态氢源材料供氢反应系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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°C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°C ),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。
[0004]发明人程寒松教授团队通过长期的探索和研宄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°C)、闪点高(150°C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°C )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。本项目首次提出了将常温常压液态氢源材料脱氢反应释放的氢气直接进入燃料电池的储氢与燃料电池的一体化技术。
[0005]

【发明内容】

本发明的目的是提供一种用于氢燃料电池的液态储氢系统,将常温常压下的液态氢源材料脱氢释放的氢气直接进入氢燃料电池系统的储氢与内燃机一体化技术。
[0006]为了实现本发明的目的,本发明采用以下技术方案:一种基于氢燃料电池的液态氢源材料供氢反应系统,包括:
用于储存液体氢源材料和液体储氢载体的储罐;
用于将液体氢源材料脱氢的反应釜,反应釜内填充有脱氢催化剂;
设置在反应釜外部用于加热反应釜的加热装置;
氢燃料电池;
通过泵将液态氢源材料经输入管输入反应釜,在反应釜内进行液态氢源材料的脱氢反应,将脱氢反应后产生的液态储氢载体输送回储罐,产生的氢气输送到氢燃料电池。
[0007]所述产生的氢气在进入氢燃料电池之前储存在缓冲罐里。
[0008]在所述反应釜和缓冲罐之间设置有用于将液态储氢载体与氢气分离的气液分离
目.0
[0009]所述储氢罐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。
[0010]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°C。[0011 ] 所述反应釜为板式或列管式。
[0012]所述反应釜供热装置为废热交换器、电加热装置、微波加热装置、电磁加热装置或化学反应供热装置。所述的氢源材料储罐和反应釜之间设置有预热装置。所述储罐内的液体氢源材料通过预热后直接进入反应釜进行脱氢反应。
[0013]所述反应釜与加热装置之间设置有导热装置,所述导热装置通过管道连接氢燃料电池外部设置的管道传热设备,所述加热设备和管道传热设备流动的导热介质为储存液体氢源材料。
[0014]所述液体氢源材料先进入氢燃料电池外部设置的管道传热设备,将氢燃料电池产生的热量通过导热装置传导给反应釜后,再进入反应釜进行脱氢反应。
[0015]反应釜外部的加热装置为电加热装置、微波加热装置或化学反应放热换热装置。为了提高脱氢反应的效率,可以在脱氢反应釜与常温常压液态氢源材料储罐之间设置一个预热装置。经过预热的液态氢源材料进入脱氢反应釜,极大地缩短脱氢反应的时间、提高产生氢气的速度。
[0016]脱氢反应加热装置可以是为独立的加热装置。从节约能源和空间的角度,优选组合供热装置,即电池释放出的通过换热装置提供给反应釜,同时增加一个供热装置补充反应釜所需的热量。
[0017]在具体应用的过程中,可以在氢燃料电池之前设置一个缓冲罐。以氢燃料电池汽车为例做说明。汽车应用系统需要即时启动运转,即,在氢燃料电池启动之初需要有氢气的供给,而此时脱氢反应才刚刚开始。从汽车发动到氢燃料电池运转,如果没有氢气即时供应,会影响燃料电池的寿命并影响汽车的正常启动。因此,在汽车启动之时,脱氢反应开始之前,如果存在一个过渡性质的氢气供应装置,将解决汽车启动时的氢气供应问题。因此,优先方案是,在脱氢反应出来的氢气进入氢燃料电池之前,设置一个缓冲装置。
[0018]所述的常温常压液态氢源材料的储存装置和脱氢后液态储氢载体材料的储罐可以是分开的单独装置单元,也可以是以活动隔板隔开的同一个容器,都能实现本发明的目的。但是,如果用在机动车系统中,从节约机动车空间的角度,优选后者,即常温常压液态氢源材料的储存装置和脱氢后液态储氢载体材料的储存装置为同一储罐,中间以可移动或固定的隔板隔开。
[0019]所述的脱氢反应装置为插片式或列管式。如果用在机动车上,从节约机动车空间的角度,脱氢反应装置为插片式,更节约空间。可根据机动车动力的需要,插片的数量可以定制调整。
[0020]本申请提供的基于氢燃料电池的常温常压液态氢源材料的脱氢反应系统,首次提出了将常温常压下的液态氢源材料脱氢释放的氢气直接进入氢内燃机系统的储氢与氢燃料电池一体化技术。
【附图说明】
[0021]图1是本实施例1供氢反应系统的结构示意图。
[0022]图2是本实施例2供氢反应系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体的附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0024]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°C。
[0025]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、0及P中的一种或多种。
[0026]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
I?20 O
[0027]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%ο
[0028]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。
[0029]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.l~10mL。
[0030]进一步地,不同的储氢组分分别选自苯、甲苯、乙苯、邻二甲
再多了解一些
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