一种甲酸储氢的测试装置与方法与流程

本发明属于制氢测试，涉及一种甲酸储氢的测试装置与方法。

背景技术：

1、氢能以其清洁环保、效能高、来源广、可储能等优势，被称为“终极能源”，是未来替代矿物能源的最佳选择，然而在应用过程中燃料电池氢源问题成为制约氢能推广的障碍。相较于其他储氢方式，甲酸制氢技术可以避免气态氢气的储运，有望成为解决氢气来源问题的渠道之一。

2、甲酸具有较高氢气能量密度(4.3wt％)，可在常温常压条件及催化剂的作用下高效分解成氢气和二氧化碳。与甲醇相比，甲酸无毒无害，不易燃烧，容易在自然环境下分解，因而具有较好的环保安全属性。然而，目前还没有甲酸催化制氢的测试平台和相应的测试方法，制约了甲酸制氢技术的发展，阻碍了氢能源技术的推广和普及。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种甲酸储氢的测试装置与方法，以实现测试不同甲酸制氢催化剂和不同甲酸催化制氢反应相关参数与产氢速率的关系。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一提供了一种甲酸储氢的测试装置，包括：

4、制氢系统，其包括甲酸储液仓、以及与所述甲酸储液仓相连接的甲酸反应器；

5、氢气提纯系统，其包括与所述甲酸反应器的反应产物出口依次连接的换热器、甲酸/水吸附罐、增压泵、变压吸附组件与缓冲罐；

6、氢气分析系统，其包括连接所述缓冲罐的流量计与气相色谱仪，从流量计的出口还引出两条支路，其中一条支路连接氢气储罐，其作用在于分析和回收合格氢气，另一条支路则作为排空管路，其作用在于排出测试平台刚开车时空气、氮气和不合格富氢气体。

7、进一步的，所述甲酸储液仓与甲酸反应器之间管路上设有调节阀；

8、所述甲酸反应器上还设有催化剂入口。

9、进一步的，所述甲酸反应器的入口通过管路连接设置二氧化碳吹扫系统，该二氧化碳吹扫系统包括依次连接的二氧化碳瓶组、以及与所述二氧化碳瓶组出口相连接的止回阀，该止回阀连接所述甲酸反应器。

10、进一步的，所述甲酸/水吸附罐与增压泵之间的管路接入设置抽真空系统，该抽真空系统包括通过抽真空管路依次连接的真空泵与真空表，在抽真空管路上还设有抽真空阀。

11、进一步的，所述变压吸附组件由两个并排设置的变压吸附罐组成，变压吸附罐用于吸附除氢气以外的杂质气体。

12、进一步的，所述氢气储罐与排空管路上还设有电动阀。

13、进一步的，在测试装置最高点处设有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器还反馈连接氢气浓度监测仪，并通过氢气浓度监测仪实时监测环境中氢气浓度。

14、进一步的，该测试装置还包括上位机，以及布置在制氢系统、氢气提纯系统和氢气分析系统的管路中的若干温度传感器、压力传感器。

15、本发明的技术方案之二提供了一种甲酸储氢的测试方法，其基于如上所述的测试装置，该测试方法包括以下步骤：

16、(1)先利用二氧化碳对制氢装置内的管道和设备进行吹扫，使得管道内的含氧量低于设定值，循环往复使得管道内的含氧量低于0.5vol％；

17、(2)将催化剂注入甲酸反应器加热至测试反应温度，采用甲酸溶液作为储氢介质，将一定浓度的甲酸输送至甲酸反应器内，催化剂与甲酸溶液反应产出混合气体粗产物；

18、(3)混合气体粗产物经换热器降温至常温，再通入甲酸/水吸附罐，余下气体经增压泵增压至预设值，随后进入变压吸附组件内进行氢气提纯，提纯后气体产物由流量计记录气体流量，由气相色谱仪记录气体含量和组分；

19、(4)测试完毕后，利用二氧化碳对其管道和设备进行吹扫，后抽真空，循环往复使得管道内氢气含量低于0.4vol％，再将装置完全关闭。

20、进一步的，运行过程中，测试环境中的氢气浓度控制在合理范围内，当其达到10％lel时，即可以由氢气浓度监测仪等发出声光报警，当氢气浓度达到40％lel时，装置即停止制氢，并放空管路内的氢气。

21、进一步的，经过增压泵后气体被增压至预设值，具体可以为0.8mpa～1.0mpa。

22、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

23、(1)本发明提出的甲酸催化制氢的测试平台和相应的测试方法可以对甲酸制氢催化剂进行性能测试，可对甲酸反应温度、甲酸与催化剂比例进行远程控制，可探究不同催化剂、甲酸浓度、反应温度、甲酸与催化剂比例下的产氢速率、氢气纯度和杂质含量；

24、(2)测试平台的氢气提纯装置选用变压吸附技术，该技术耗能低，氢气提纯效果可达到99.99％以上。

25、(3)测试平台配备辅助系统，其功能是将容器及管道内的氧气置换到低于爆炸极限，防止平台启动和关闭时产生的粗合成气与空气混合而发生爆炸。同时，平台配置氢气浓度检测仪，确保测试过程的安全。

26、(4)测试平台配备监控系统，可远程启动或关闭平台，控制反应相关参数，记录测试数据。

技术特征：

1.一种甲酸储氢的测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种甲酸储氢的测试装置，其特征在于，所述甲酸储液仓与甲酸反应器之间管路上设有调节阀；

3.根据权利要求1所述的一种甲酸储氢的测试装置，其特征在于，所述甲酸反应器的入口通过管路连接设置二氧化碳吹扫系统，该二氧化碳吹扫系统包括依次连接的二氧化碳瓶组、以及与所述二氧化碳瓶组出口相连接的止回阀，该止回阀连接所述甲酸反应器。

4.根据权利要求1所述的一种甲酸储氢的测试装置，其特征在于，所述甲酸/水吸附罐与增压泵之间的管路接入设置抽真空系统，该抽真空系统包括通过抽真空管路依次连接的真空泵与真空表，在抽真空管路上还设有抽真空阀。

5.根据权利要求1所述的一种甲酸储氢的测试装置，其特征在于，所述变压吸附组件由两个并排设置的变压吸附罐组成。

6.根据权利要求1所述的一种甲酸储氢的测试装置，其特征在于，所述氢气储罐与排空管路上还设有电动阀。

7.根据权利要求1所述的一种甲酸储氢的测试装置，其特征在于，该测试装置最高点处设有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器还反馈连接氢气浓度监测仪，并通过氢气浓度监测仪实时监测测试环境中氢气浓度。

8.根据权利要求1所述的一种甲酸储氢的测试装置，其特征在于，该测试装置还包括上位机，以及布置在制氢系统、氢气提纯系统和氢气分析系统的管路中的若干温度传感器、压力传感器。

9.一种甲酸储氢的测试方法，其基于如权利要求1-8任一所述的测试装置，其特征在于，该测试方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种甲酸储氢的测试方法，其特征在于，运行过程中，测试环境中氢气浓度控制在合理范围内，当其达到10％lel时，即发出声光报警，当氢气浓度达到40％lel时，装置即停止制氢，并放空管路内的氢气。

技术总结
本发明涉及一种甲酸储氢的测试装置与方法，该测试装置包括：制氢系统，其包括甲酸储液仓、以及与所述甲酸储液仓相连接的甲酸反应器；氢气提纯系统，其包括与所述甲酸反应器的反应产物出口依次连接的换热器、甲酸/水吸附罐、增压泵、变压吸附组件与缓冲罐；氢气分析系统，其包括连接所述缓冲罐的流量计与气相色谱仪，从流量计的出口还引出两条支路，其中一条支路连接氢气储罐，另一条支路则作为排空管路。与现有技术相比，本发明旨在测试不同甲酸制氢催化剂和不同甲酸催化制氢反应相关参数与产氢速率的关系。

技术研发人员：韦虹宇,陈松,苏明星,邓建基
受保护的技术使用者：上海中核八所科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15