一种适用于液态氢源材料的自热式脱氢反应系统的制作方法

本实用新型涉及脱氢技术领域，具体涉及一种适用于液态氢源材料的自热式脱氢反应系统。

背景技术：

氢能是一种理想的清洁能源，不管是直接燃烧还是在燃料电池中的电化学转化，其产物只有水，且效率高。随着燃氢能源的利用途径料电池技术的不断完善，以燃料电池为核心的新兴产业将使氢能的清洁利用得到最大发挥，主要表现在氢燃料电池汽车、分布式发电、氢燃料电池叉车和应急电源产业化初现端倪，其次，氢能是一种良好的能源载体，具有清洁高效、便于存储和输运的特点。氢气还是化石能源清洁利用的重要原料。成熟的化石能源清洁利用技术对氢气的需求量巨大，其中包括炼油化工过程中的加氢裂化、加氢精制以及煤清洁利用过程中的煤制气加氢气化、煤制油直接液化等工艺过程，推进氢能在这些方面的应用有望加速氢能的规模化利用。

氢气比石油更容易挥发,同时无色无味等独特物理特质决定了其火焰不可见、气味也闻不着、着火范围更宽、火焰传播速度更高、更容易泄漏、更容易爆炸等特点。这使得氢气的储存、运输和补充都成为亟待攻关的难题，为确保氢气能够安全储存，现有技术都是将氢气液态后进行存储，具体是将氢气与液态化学储氢材料进行结合后形成液态氢源材料，再进行存储，而液态化学储氢材料有这化学性质稳定，储氢密度高，可循环性能好等优点，很好地解决了氢气存储问题。而当需要使用氢气时，则对液态氢源材料进行脱氢处理，重新生成氢气和液态化学储氢材料即可，在此过程中需要使用到脱氢反应设备，现有的脱氢反应设备有各种各样的类型和规格，但是现有的脱氢反应设备普遍存在耗能大、能量利用率低下，而导致脱氢成本较高等问题。

技术实现要素：

本实用新型目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种适用于液态氢源材料的自热式脱氢反应系统，无需外加热源而实现自供热，有效提高能量利用率，降低脱氢成本，具有导热迅速、加热均匀、热损失少等优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种适用于液态氢源材料的自热式脱氢反应系统，包括脱氢反应器、导热油加热装置、循环泵、催化燃烧室、进料泵、气液分离器、储氢载体储罐、氢源材料储罐和氢燃料电池；

氢源材料储罐的出口通过进料泵与脱氢反应器的进料口相连通；脱氢反应器的出料口与气液分离器的入口相连通，脱氢反应器外壁设有加热夹套；气液分离器的排液口与储氢载体储罐的入口相连通，气液分离器的排气口分别向催化燃烧室和氢燃料电池输送氢气；导热油加热装置用于对导热油加热，导热油加热装置通过循环泵与加热夹套构成导热油的循环回路，从而为脱氢反应器提供热量；催化燃烧室用于将氢气燃烧并为导热油加热装置提供加热热能；氢燃料电池用于将氢气转化为电能。

由上可知，本实用新型工作原理如下：氢源材料在进料泵的作用下，由氢源材料储罐输入到脱氢反应器内，在合适的反应温度、压力和催化剂的作用下，氢源材料在脱氢反应器内被分解为氢气和储氢载体，氢气和储氢载体的混合物进入气液分离器进行分离，分离后液态的储氢载体进入储氢载体储罐保存，分离后的氢气一部分被输送至催化燃烧室，利用脱氢反应器产生的部分氢气在催化燃烧室内混合空气催化燃烧产生热量，催化燃烧室产生的热量用于加热导热油加热装置中的导热油，导热油通过加热夹套为脱氢反应器提供热量，实现热量自供给；而分离后的氢气另一部分被输送至氢燃料电池并产生电能。

综上所述，本实用新型无需外加热源而实现自供热，产品适用性广泛，有效提高能量利用率，降低脱氢成本，具有导热迅速、加热均匀、热损失少等优点；

本实用新型使用导热油作为热载体对脱氢反应器进行加热，导热油本身有一定的热容，可将燃烧产生的热量及时传到至脱氢反应器，又不至于温升过快，脱氢反应器无过热点，可保持反应平稳进行。

作为本实用新型的一种改进，所述脱氢反应系统还包括氢气缓冲罐，氢气缓冲罐设有一个进气口和两个出气口，气液分离器的排气口与氢气缓冲罐的进气口连接，氢气缓冲罐的第一出气口经第一支路与催化燃烧室的进气口连接，氢气缓冲罐的第二出气口经第二支路与氢燃料电池的氢气入口连接。

进一步地，所述第一支路和第二支路上设有阀门。

进一步地，所述脱氢反应系统还包括蓄电池组，所述氢燃料电池为蓄电池组充电，导热油加热装置内设有电加热单元，蓄电池组为电加热单元提供电源。

所述气液分离器和氢气缓冲罐之间设有氢气净化器，气液分离器分离后的氢气经过氢气净化器净化后再输送至氢气缓冲罐。

所述氢气净化器为含镍基催化剂的甲烷转化器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型无需外加热源而实现自供热，产品适用性广泛，有效提高能量利用率，降低脱氢成本，具有导热迅速、加热均匀、热损失少等优点；

本实用新型使用导热油作为热载体对脱氢反应器进行加热，导热油本身有一定的热容，可将燃烧产生的热量及时传到至脱氢反应器，又不至于温升过快，脱氢反应器无过热点，可保持反应平稳进行。

附图说明

图1为本实用新型适用于液态氢源材料的自热式脱氢反应系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

实施例

请参考图1，一种适用于液态氢源材料的自热式脱氢反应系统，包括脱氢反应器1、导热油加热装置2、循环泵11、催化燃烧室3、进料泵5、气液分离器7、储氢载体储罐8、氢源材料储罐6和氢燃料电池10；

氢源材料储罐6的出口通过进料泵5与脱氢反应器1的进料口相连通；脱氢反应器1的出料口与气液分离器7的入口相连通，脱氢反应器1外壁设有加热夹套9；气液分离器7的排液口与储氢载体储罐8的入口相连通，气液分离器7的排气口分别向催化燃烧室3和氢燃料电池10输送氢气；导热油加热装置2用于对导热油加热，导热油加热装置2通过循环泵11与加热夹套9构成导热油的循环回路，从而为脱氢反应器1提供热量；催化燃烧室3用于将氢气燃烧并为导热油加热装置2提供加热热能；氢燃料电池10用于将氢气转化为电能。

由上可知，本实用新型工作原理如下：氢源材料在进料泵的作用下，由氢源材料储罐输入到脱氢反应器内，在合适的反应温度、压力和催化剂的作用下，氢源材料在脱氢反应器内被分解为氢气和储氢载体，氢气和储氢载体的混合物进入气液分离器进行分离，分离后液态的储氢载体进入储氢载体储罐保存，分离后的氢气一部分被输送至催化燃烧室，利用脱氢反应器产生的部分氢气在催化燃烧室内混合空气催化燃烧产生热量，催化燃烧室产生的热量用于加热导热油加热装置中的导热油，导热油通过加热夹套为脱氢反应器提供热量，实现热量自供给；而分离后的氢气另一部分被输送至氢燃料电池并产生电能。

综上所述，本实用新型无需外加热源而实现自供热，产品适用性广泛，有效提高能量利用率，降低脱氢成本，具有导热迅速、加热均匀、热损失少等优点；

本实用新型使用导热油作为热载体对脱氢反应器进行加热，导热油本身有一定的热容，可将燃烧产生的热量及时传到至脱氢反应器，又不至于温升过快，脱氢反应器无过热点，可保持反应平稳进行。

在本实施例中，所述脱氢反应系统还包括氢气缓冲罐4，氢气缓冲罐4设有一个进气口和两个出气口，气液分离器7的排气口与氢气缓冲罐4的进气口连接，氢气缓冲罐4的第一出气口经第一支路与催化燃烧室3的进气口连接，氢气缓冲罐4的第二出气口经第二支路与氢燃料电池10的氢气入口连接。在系统初期启动阶段，由于导热油加热装置本身具有储热的性质，在上一次氢燃料电池停机后，脱氢反应器仍可使用导热油的余热产生一定量的氢气存储于氢气缓冲罐内，即可利用缓冲罐内的氢气加热导热油至适宜的反应温度。其中，所述第一支路和第二支路上设有阀门15。

在本实施例中，所述脱氢反应系统还包括蓄电池组13，所述氢燃料电池10为蓄电池组13充电，导热油加热装置2内设有电加热单元12，蓄电池组13为电加热单元12提供电源。在导热油加热装置内设有电加热装置，利用蓄电池内的电量为电加热装置提供电源，从而加热导热油，可以补充加热，弥补氢气燃烧加热。

在本实施例中，所述气液分离器7和氢气缓冲罐4之间设有氢气净化器14，气液分离器7分离后的氢气经过氢气净化器14净化后再输送至氢气缓冲罐4。氢气经氢气净化器净化除杂后，从而将对氢燃料电池有毒害作用的CO转化为影响较小的甲烷，最后净化后的氢气输入至氢燃料电池，从而提高设备的寿命和安全性能。

其中，所述氢气净化器14为含镍基催化剂的甲烷转化器。

在本实用新型中，所述储氢载体为不饱和芳香烃化合物和/或杂环不饱和化合物其中的一种或多种与溶剂的混合物，其中m不饱和芳香烃化合物和/或杂环不饱和化合物：m溶剂＝0.03-0.97；

所述不饱和芳香烃化合物选自苯、甲苯、乙苯、丙苯、异丙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、苯乙烯、萘、蒽、菲、苯酚、苯胺及其衍生物；

所述杂环不饱和化合物选自咔唑、吲哚、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、N-甲基吲哚、N-乙基吲哚、吡嗪、呋喃、吡咯、噻唑、吡啶、环戊吡嗪、苯并噻唑及其衍生物；

所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丙醇、正丁醇、乙醚、甲醚、乙腈、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、正丁醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷、二氯乙烷、正己烷、环己烷、正戊烷、正辛烷、二硫化碳、石油醚其中的一种或多种。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。