一种液态有机储氢材料加氢系统的制作方法

本实用新型属于液态有机储氢供氢技术领域，具体涉及一种液态有机储氢材料加氢系统。

背景技术：

与传统的加压气态储氢、低温液化储氢、金属合金储氢等储氢手段相比，有机液态储氢有以下优点：(1)催化过程可逆，储氢密度高；(2)氢载体储存、运输和维护安全方便，储存设备简单，尤其适合长距离氢能运送；(3)储氢效率高；(4)氢气以化学的方式被加到储氢载体之后会形成在常温常压下稳定存在的氢化物液体，这种液体与石油类似，原则上可同汽油一样在常温常压下被安全的储存和运输，具有直接利用现有汽油/柴油输送方式和加油站等能源基础设施的优势。

目前，已有的液态有机储氢加氢系统，都是采用传统的化工反应器，一次性把贫氢液态有机储氢材料、催化剂和氢气加足，等待反应。该方法的缺点是刚开始阶段氢气存储很快，但是随着液态有机储氢材料氢含量浓度的慢慢提升，氢气存储越来越慢，存储效率很低。传统的储氢催化过程是直接把粉末状催化剂放进去，接触面积小。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种液态有机储氢材料加氢系统，解决了现有技术中存在的液态有机储氢加氢系统氢气存储效率低的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种液态有机储氢材料加氢系统，包括依次通过管道连接的氢气注入口、加氢泵、氢气分配器、反应罐、氢气循环泵；氢气循环泵还通过管道与氢气分配器连接；反应罐顶部开设有贫氢LOHC注入口；反应罐底部通过设置有输出阀门的管道与富氢LOHC出口连通。

本实用新型的特点还在于：

氢气分配器至反应罐的管道设置有氢气流量传感器及氢气压力传感器a；反应罐中设置有温度传感器及氢气压力传感器b；反应罐底部至输出阀门的管道设置有LOHC氢浓度传感器；反应罐外部设置有温度控制装置。

氢气流量传感器、氢气压力传感器a、氢气压力传感器b、温度传感器、LOHC氢浓度传感器均与控制器连接；控制器分别与加氢泵、氢气循环泵、输出阀门、温度控制装置连接。

反应罐中设置有热交换盘管、催化装置、催化剂脱落回收装置；热交换盘管内的介质通过热交换器与温度控制装置进行热交换。

反应罐底部至LOHC氢浓度传感器的管道设置有过滤器。

催化装置为催化床。

催化床为多层网状结构。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型采用循环注氢的方法，未反应完的氢气不断循环，从反应罐底部进去，在氢气上升过程中可与储氢材料混合均匀。

(2)储氢反应过程只在反应罐中进行，贫氢液态有机储氢材料从反应罐顶部注入，富氢液态有机储氢材料从反应罐底部导出，使反应罐内部液态有机储氢材料始终保持低浓度氢含量，提升了氢气存储效率。

(3)反应罐中的催化装置采用多层网状催化床，增加了反应面积，提升了氢气在上升过程中的储存速度。

(4)反应罐中的催化环境采用热交换盘管、热交换器、控温装置，既可实现反应罐内升温，也可实现降温控制。热交换盘管在加氢之前释放热量加热储氢材料，在加氢过程中吸收储氢材料释放的热量，加速了催化反应。

附图说明

图1是本实用新型液态有机储氢材料加氢系统的结构示意图；

图2是本实用新型液态有机储氢材料加氢系统控制器信号接口图；

图3是本实用新型液态有机储氢材料加氢系统反应罐内催化床结构图；

图4是本实用新型液态有机储氢材料加氢系统催化床及加热盘管图。

图中，1.氢气注入口，2.加氢泵，3.氢气分配器，4.反应罐，5.氢气循环泵，6.贫氢LOHC注入口，7.输出阀门，8.富氢LOHC出口，9.氢气流量传感器，10.氢气压力传感器a，11.温度传感器，12.LOHC氢浓度传感器，13.控温装置，14.热交换盘管，15.催化装置，16.催化剂脱落回收装置，17.过滤器，18.热交换器，19.氢气压力传感器b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种液态有机储氢材料加氢系统，包括依次通过管道连接的氢气注入口1、加氢泵2、氢气分配器3、反应罐4、氢气循环泵5；氢气循环泵5还通过管道与氢气分配器3连接；反应罐4顶部开设有贫氢LOHC注入口6，反应罐4底部通过设置有输出阀门7的管道与富氢LOHC出口8连通。

进一步的：

氢气分配器3至反应罐4的管道设置有氢气流量传感器9及氢气压力传感器a10；反应罐4中设置有温度传感器11及氢气压力传感器b19；反应罐4底部至输出阀门7的管道设置有LOHC氢浓度传感器12；反应罐4外部设置有温度控制装置13。

进一步的：

氢气流量传感器9、氢气压力传感器a10、氢气压力传感器b19、温度传感器11、LOHC氢浓度传感器12均与控制器连接；控制器分别与加氢泵2、氢气循环泵5、输出阀门7、温度控制装置13连接。

进一步的：

反应罐4中设置有热交换盘管14、催化装置15、催化剂脱落回收装置16；热交换盘管14内的介质通过热交换器18与温度控制装置13进行热交换。

进一步的：

反应罐4底部至LOHC氢浓度传感器12的管道设置有过滤器17。

进一步的：

催化装置15为催化床。

进一步的：

催化床为多层网状结构。

本实用新型一种液态有机储氢材料加氢系统的优选方案为：

如图1所示，包括依次通过管道连接的氢气注入口1、加氢泵2、氢气分配器3、氢气流量传感器9、氢气压力传感器a10、反应罐4、氢气循环泵5；氢气循环泵5还通过管道与氢气分配器3连接；反应罐4顶部开设有贫氢LOHC注入口6，反应罐4底部通过设置有输出阀门7的管道与富氢LOHC出口8连通。反应罐4底部至输出阀门7的管道设置有LOHC氢浓度传感器12及过滤器17。反应罐4中设置有氢气压力传感器b19、温度传感器11、热交换盘管14、催化装置15、催化剂脱落回收装置16，热交换盘管14内的介质通过热交换器18与温度控制装置13进行热交换(如图4所示)。其中，催化装置15为多层网状结构的催化床(如图3所示)。

如图2所示，氢气流量传感器9、氢气压力传感器a10、氢气压力传感器b19、温度传感器11、LOHC氢浓度传感器12均与控制器连接；控制器分别与加氢泵2、氢气循环泵5、输出阀门7、温度控制装置13连接。其中，氢气压力传感器a10起监测作用。

本实用新型一种液态有机储氢材料加氢系统的控制方法为：

步骤a：控制器接收来自温度传感器的温度信号T、氢气压力传感器b的氢气压力信号P2、氢气流量传感器的氢气流量信号F、LOHC氢浓度传感器的氢浓度信号C；

步骤b：控制器运用多目标优化算法对步骤a接收到的信号进行多目标优化；

步骤c：控制器输出加氢泵转速控制信号Uf1至加氢泵调节其转速，输出循环泵转速控制信号Uf2至氢气循环泵调节其转速，输出温度控制信号Ut至控温装置调整其加热或冷却温度，输出LOHC阀门控制信号Uv至输出阀门控制其闭合或开启。

本实用新型一种液态有机储氢材料加氢系统的优点为：

(1)本实用新型采用循环注氢的方法，未反应完的氢气不断循环，从反应罐底部进去，在氢气上升过程中可与储氢材料混合均匀。

(2)储氢反应过程只在反应罐中进行，贫氢液态有机储氢材料从反应罐顶部注入，富氢液态有机储氢材料从反应罐底部导出，使反应罐内部液态有机储氢材料始终保持低浓度氢含量，提升了氢气存储效率。

(3)反应罐中的催化装置采用多层网状催化床，增加了反应面积，提升了氢气在上升过程中的储存速度。

(4)反应罐中的催化环境采用热交换盘管、热交换器、控温装置，既可实现反应罐内升温，也可实现降温控制。热交换盘管在加氢之前释放热量加热储氢材料，在加氢过程中吸收储氢材料释放的热量，加速了催化反应。