一种氢气制储一体系统的制作方法

本发明涉及制氢反应装置领域，具体是一种氢气制储一体系统。

背景技术：

1、近年来，一些研究人员试图以水作为氢源，通过设计高效的双功能催化剂，将光催化产生的h自由基随后与硝基芳烃发生原位加氢反应。但在传统使用的油水混合体系中，亲水性的催化剂表面通常被水分子包围，使硝基芳烃分子与h自由基接触困难，从而导致硝基芳烃加氢效率大大降低。此外，有一种公开方法直接将光催化剂粉末加入到油水混合体系，光催化产生的h自由基速率难以调控，速率太快会导致析h2反应加剧，速率太慢导致硝基芳烃加氢反应的氢源不足。

2、其次，氢能因其清洁、高效、丰富，被认为是新世纪最具潜力、无污染、环保型绿色能源。各种开发和利用氢能的研究一直受到业内的重视。而氢能的开发和利用是以氢能的存储为前提的。传统的液化储存、金属氢化物储氢和高压压缩储氢技术虽相对较成熟，但尚不适合长距离、大规模氢能输送。也有新型储氢材料—液态有机烃作为储氢介质开始受到关注，其具有储氢量大、易于输运及加氢-脱氢可逆性好的特点。但具体在实施过程中先采用电解水制氢，然后就地采用加氢工艺把氢气储氢起来运输到目的地采用脱氢方式达到氢气储运的目的，但这个过程中加氢和脱氢的温度比较高，且脱氢需要贵金属催化剂导致整体投资和运行成本较高，投入的规模和运行成本均较大。

3、为了解决上述问题，本案由此而生。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、本发明为克服现有，以期解决上述背景技术中提出的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种氢气制储一体系统，包括反应器、阴极、阳极和直流电源，直流电源的正极和负极分别与阳极和阴极连接，反应器由多个阳极室和阴极室叠加而成，所述阳极室和阴极室的交界面设有阳离子交换膜，电解环境为酸性，所述阳极室和阴极室上分别开设有电解液的进液孔位一和甲苯的进液孔位二，并通过对应喷头进料，所述阴极室的底端连通有出水通道，阳极室和阴极室上均设有出气通道。

5、作为优选方案，进一步地，阳极采用致密的ta1材质且厚度1mm的薄板，阴极板采用高含铜、镍、锰的不锈钢材质(镍含量为不锈钢含量的0.5％-3％)，且采用菱形挖孔结构，控制暴露面积50-60％。

6、其中阴极板可采用菱形挖孔结构、三角形挖孔结构、圆形挖孔结构、方形挖孔结构、长条形挖孔结构、不规则多边形挖孔结构中任意一种或多种结合的方式，具体形状结构包括上述所提及的但不限于上述结构。

7、作为优选方案，进一步地，进液孔位二处通过喷头进液，且喷头的输出端与阴极板形成夹角，使得甲苯靠自然重力顺阴极板往下流。

8、作为优选方案，进一步地，阴极室内沿其竖直方向设有多层扰流板，扰流板与阴极板成108-180°角，优选为120°。

9、作为优选方案，进一步地，直流电源的电压为2-2.5v。

10、作为优选方案，进一步地，阳极腔体成长方体，所述阴极室的截面呈梯形状，其下部形成为三角形漏斗状。

11、本申请给出结构以及附图呈等腰梯形，属于优选形状，当然，底部也可采用不规则梯形状。

12、上述电解槽结构仅给出优选方案，同样本申请针对扰流板、阴极板等也给出案例构造，等同效果的类似结构选用都是本专利保护对象。

13、一种氢气制储一体系统的应用工艺，包括以下步骤：

14、s1，在阳极室通过喷头喷入稀硫酸电解液，阴极室靠近阴极板处通过喷头喷入甲苯物料，甲苯靠自然重力顺阴极板往下流；

15、s2，阳极室电解液电解水产氧气经过氧气通道排出阳极腔室，产生的氢质子透过阳离子交换膜到达阴极室和甲苯发生电催化反应产生甲基环己烷，氢质子质子在透过阳离子交换膜时会携带有少量水分，该水分部分被直接下流的甲苯一次冲刷与氢质子分离，而甲苯靠流过阴极板同时经过阴极室设有的扰流板迂回绕流至阴极电极板表面，二次冲刷下随着质子透过阳离子交换膜携带的少量水分；

16、s3，甲苯与水承接于阴极室底部时，由于两者具有密度差会形成分层态，下层为水，上层为甲苯，阴极室底部截面为上大下小的三角形漏斗状，便于少量的水能够积聚于阴极室底部，并快速由出水通道快速分离，而阴极室内底部积聚未反应的甲苯液面不断升高，其能够再次作为原料与不断到达阴极板上的氢质子进而二次反应。

17、作为优选方案，进一步地，阳极室内的电解环境为3-5％硫酸电解液酸性环境。

18、作为优选方案，进一步地，阳离子膜交换膜采用耐酸性含氟的磺酸基芳香族高分子材料。

19、作为优选方案，进一步地，整体使用的原料甲苯过量，其大于电解水产生的氢自由基或氢气摩尔比，以充分消耗电解水产生的氢质子。

20、(三)有益效果

21、采用上述技术方案后，本发明提供的一种氢气制储一体系统，与现有技术相比具有以下有益效果：

22、本发明制储一体化，不仅降低整体电耗4kw*h/nm3加氢量(常规电解水制氢平均需要5kw*h/nm3+2kw*h/nm3的溶剂加氢消耗)，电催化装置与电解水制氢装置相比设备投资增加少，达到不增加大规模投资且减少运行成本的前提下，直接制储一体化。

技术特征：

1.一种氢气制储一体系统，其特征在于：包括反应器、阴极、阳极和直流电源，直流电源的正极和负极分别与阳极和阴极连接，反应器由多个阳极室和阴极室叠加而成，所述阳极室和阴极室的交界面设有阳离子交换膜，电解环境为酸性，所述阴极室、阳极室腔的上端靠近阳离子交换膜处分别设有稀硫酸和甲苯的进料喷头，所述阴极室的底端连通有出水通道，阳极室和阴极室上均设有出气通道。

2.根据权利要求1所述一种氢气制储一体系统，其特征在于：所述阳极采用致密的ta1材质且厚度1-5mm的薄网，阴极板采用高含镍的不锈钢材质，且采用菱形挖孔结构、圆形挖孔结构、三角形挖孔结构、方形挖孔结构、长条形挖孔结构、不规则多边形挖孔结构中任意一种或多种结合方式，两电极网控制暴露面积50-60％。

3.根据权利要求1所述一种氢气制储一体系统，其特征在于：所述进液孔位二处通过喷头进液，且喷头的输出端与阴极板形成夹角，使得甲苯靠自然重力顺阴极板往下流。

4.根据权利要求1所述一种氢气制储一体系统，其特征在于：所述阴极室内沿其竖直方向设有多层扰流板，扰流板与阴极板成108-180°角。

5.根据权利要求1所述一种氢气制储一体系统，其特征在于：所述直流电源的电压为2-2.5v。

6.根据权利要求1所述一种氢气制储一体系统，其特征在于：所述阳极腔体成长方体，所述阴极室的截面呈梯形状，其下部形成为三角形漏斗状。

7.氢气制储一体系统的应用工艺，应用于权利要求1-6任意一项所述的氢气制储一体系统，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述氢气制储一体系统的应用工艺，其特征在于：阳极室内的电解环境为3-5％硫酸电解液酸性环境。

9.根据权利要求7所述氢气制储一体系统的应用工艺，其特征在于：阳离子膜交换膜采用耐酸性含氟的磺酸基芳香族高分子材料。

10.根据权利要求7所述氢气制储一体系统的应用工艺，其特征在于：整体使用的原料甲苯过量，其大于电解水产生的氢质子摩尔比，以充分消耗电解水产生的氢质子。

技术总结
本发明公开了一种氢气制储一体系统，包括反应器、阴极、阳极和直流电源，直流电源的正极和负极分别与阳极和阴极连接，反应器由多个阳极室和阴极室叠加而成，所述阳极室和阴极室的交界面设有阳离子交换膜，电解环境为酸性，所述阳极室和阴极室上分别开设有电解液的进液孔位一和甲苯的进液孔位二，并通过对应喷头进料，所述阴极室的底端连通有出水通道，阳极室和阴极室上均设有出气通道。本发明制储一体化，不仅降低整体电耗4kw*h/NM<supgt;3</supgt;加氢量(常规电解水制氢平均需要5kw*h/NM<supgt;3</supgt;+2kw*h/NM<supgt;3</supgt;的溶剂加氢消耗)，电催化装置与电解水制氢耦合溶剂加氢装置相比不仅设备投资少且大大降低运行成本前提下，一步实现制储一体化。

技术研发人员：陈磊,张云保,管宇,肖四利,洪肖飞,张绍平
受保护的技术使用者：浙江皓日氢能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15