碳酸二甲酯-甲醇的储氢及制氢方法、储氢及制氢系统技术方案

本发明专利技术公开了碳酸二甲酯

【技术实现步骤摘要】
碳酸二甲酯
‑
甲醇的储氢及制氢方法、储氢及制氢系统


[0001]本专利技术涉及储氢技术，尤其涉及碳酸二甲酯
‑
甲醇循环的储氢技术及制氢技术。

技术介绍

[0002]近年来，化石燃料相关的二氧化碳排放导致气候变化变得日益严重。氢气因其单位质量能量密度最高，并且在使用端没有CO2排放，被视为一个很有前途的能源载体，也是很多领域“脱碳”的唯一途径。采用化石能源制氢并脱碳后使用氢能源（即燃烧前CO2捕集），被视为碳减排的一条过渡路径，而使用碳中性能源制氢则能完全脱碳。另一方面，使用多余的可再生电力，如风能和太阳能发电进行制氢，被认为是一种非常有效的调峰和储能手段，能有效降低这些不稳定的发电方式性对电网的冲击，提高能源供应的安全。相较于现有的储能技术，采用制氢储能边界成本极低，容量几乎不受限制（相较于储热、电池等）。
[0003]但是氢气的储存，运输都存在困难。目前氢气的储存可以分为两类：物理储氢和化学储氢。前者包含高压储氢（50
‑
70MPa），冷冻液化（
‑
253 摄氏度），吸附储氢等，需要在高压或者低温下储存，能耗很高，而且安全性较差。化学储氢包含氢化物储氢，CO2甲烷化、制氨、液态有机物储氢(如环己烷
‑
苯循环) 等。但这些技术在储氢过程中会释放巨大的热量（制氨62kJ/mol
H2
, CO2甲烷化41.3 kJ/mol
H2
，液态有机物储氢~68kJ/mol
H2
）。而氢气的低位热值是240kJ/mol，相当于储氢的过程中浪费了18%
‑
29%的热量。
[0004]因此，上述的储氢过程或能量损失过大，或存在安全性问题，或两者兼有，影响其应用前景。另一方面说，更高效地储存、运输和使用氢气可以降低采用燃烧前CO2捕集进行碳减排时所需的CO2捕集量、或提高可再生能源能作为替代传统化石能源的碳减排潜力。随着氢能源被日益广泛地应用，急需一种能量损失低且安全性能高的储氢方法。

技术实现思路

[0005]1、有鉴于此，本专利技术第一目的在于提供一种能量损失低且安全性能高的碳酸二甲酯
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甲醇的储氢方法。
[0006]上述目的是通过以下技术方案来实现的：碳酸二甲酯
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甲醇的储氢方法，其特征在于：采用碳酸二甲酯与氢气反应生成甲醇进行储氢。其中一种反应路线为碳酸二甲酯经水解反应生成二氧化碳和甲醇，所述二氧化碳与氢反应生成甲醇和水，所述水用于所碳酸二甲酯水解；在此储氢过程中，将上述两个反应进行耦合，即吸热的碳酸二甲酯水解反应与放热的二氧化碳加氢生成甲醇的反应耦合。另一种反应路线为碳酸二甲酯加氢直接生成甲醇，中间不产生二氧化碳。本专利技术的储氢方法在储氢时反应热很小进而能量损失低、储氢密度高（和液态有机物储氢相当）、储氢成本低、反应条件温和进而安全性能得以提高。并且，将甲醇作为储氢介质，其运输和储存都有相应成熟的工业规范，进一步提高了安全性能。
[0007]优选的，上述储氢方法包括以下步骤：步骤1：将氢加压；步骤2：将碳酸二甲酯或者碳酸二甲酯和水的混合物加压并加热；
步骤3：将步骤1中的加压氢气与步骤2中的加压加热后的碳酸二甲酯或者碳酸二甲酯和水的混合物进行反应，得到的产物冷却后得到甲醇或者甲醇与水的液态混合物和未反应完的气体；步骤4：将步骤3中的冷却后的产物气液分离，将分离出的气体加入到步骤3中继续反应；将分离出的甲醇或者甲醇与水的液态混合物储存。
[0008]其中，上述步骤3中反应压强为1
‑
6MPa；采用气相反应时，所述步骤3中的反应温度为150
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280℃；采用液相反应时，所述步骤3中的反应温度为100
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150℃。且步骤3中所述氢与碳酸二甲酯的进料摩尔比为3以上。
[0009]2、本专利技术的第二目的在于提供一种基于上述储氢方法的储氢系统，所述储氢系统包括氢源，所述氢源与第一加压泵连接，所述第一加压泵与加氢反应器的入口连接；所述储氢系统还包括碳酸二甲酯储存罐，所述碳酸二甲酯储存罐与第二加压泵连接，所述第二加压泵与换热器连接，所述换热器与所述加氢反应器的入口连接，所述加氢反应器的出口与换热器连接，所述换热器还与气液分离器连接，所述气液分离器的气体出口端与气体循环泵连接，所述气体循环泵与所述加氢反应器的入口连接，所述气液分离器的液体出口经减压阀与甲醇储存罐连接。
[0010]3、本专利技术的第三目的在于提供一种能量效率高且安全性高的制氢方法。
[0011]上述目的是通过以下技术方案来实现的：甲醇
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碳酸二甲酯的制氢方法，其特征在于：采用甲醇水重整生成二氧化碳和氢气，所述二氧化碳与甲醇反应生成水和碳酸二甲酯，所述水用于甲醇水重整。在此制氢过程中，将上述两个反应进行耦合，甲醇重整产生的二氧化碳被与甲醇合成碳酸二甲酯消耗掉，而合成碳酸二甲酯时生成的水继续被用于甲醇水重整反应，净产物只有氢气和碳酸二甲酯，避免了二氧化碳排放。而甲醇水重整反应为吸热反应，而二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯的反应为放热反应，降低了制氢过程中的净能量输入。本专利技术的制氢方法反应热很小进而能量输入低，使得氢再生的能量效率高至约95%，反应条件温和进而提高了安全性能，尤其适用于轿车、船舶等领域制氢。
[0012]优选的，上述制氢方法包括以下步骤：步骤1：将甲醇与少量水的混合物加压；步骤2：将步骤1中的混合物加热至反应温度后进行反应；步骤3：将步骤2中得到的产物分离出氢气和碳酸二甲酯，分离得到的氢气供使用，分离得到的碳酸二甲酯减压后储存；步骤4：将步骤3中分离后的剩余物质加入步骤2中继续反应。
[0013]其中，所述步骤2中的反应温度为80
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180℃，反应压强为1
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3MPa。
[0014]4、本专利技术的第四目的在于提供基于上述制氢方法的制氢系统，所述制氢系统共有三种；第一种制氢系统包括甲醇储存罐，所述甲醇储存罐与第三加压泵连接，所述第三加压泵与混合器连接，所述混合器与换热器连接，所述换热器与制氢反应器的入口连接，所述制氢反应器的出口与换热器连接，所述换热器还与气液分离器连接，所述气液分离器的气体出口连接氢气与二氧化碳的气体分离器，所述气体分离器的氢气出口连接氢气收集端，所述气体分离器剩余气体端连接气体循环泵，所述气体循环泵与制氢反应器入口连接，所述气液分离器的液体出口端连接液体循环泵，所述循环泵连接碳酸二甲酯与甲醇的液体
分离器，所述液体分离器的甲醇出口连接所述混合器，所述液体分离器的碳酸二甲酯出口经减压阀后连接碳酸二甲酯储存罐。
[0015]第二种制氢系统包括甲醇储存罐，所述甲醇储存罐与第三加压泵连接，所述第三加压泵与混合器连接，所述混合器与换热器连接，所述换热器与制氢反应器的入口连接，所述制氢反应器的上部设置有氢气分离膜，所述氢气分离膜连接氢气收集端，所述制氢反应器的液体产物出口与换热器连接，所述换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳酸二甲酯
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甲醇的储氢方法，其特征在于：采用碳酸二甲酯与氢气反应生成甲醇。2.如权利要求1所述的碳酸二甲酯
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甲醇的储氢方法，其特征在于：储氢过程包括以下步骤：步骤1：将氢加压；步骤2：将碳酸二甲酯或者碳酸二甲酯和水的混合物加压并加热；步骤3：将步骤1中的加压氢气与步骤2中的加压加热后的碳酸二甲酯或者碳酸二甲酯和水的混合物进行反应，得到的产物冷却后得到甲醇或者甲醇与水的液态混合物和未反应完的气体；步骤4：将步骤3中的冷却后的产物气液分离，将分离出的气体加入到步骤3中继续反应；将分离出的甲醇或者甲醇与水的液态混合物储存。3.如权利要求2所述的储氢方法，其特征在于：所述步骤3中反应压强为1
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6MPa；采用气相反应时，所述步骤3中的反应温度为150
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280℃；采用液相反应时，所述步骤3中的反应温度为100
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150℃。4.如权利要求2或3所述的储氢方法，其特征在于：步骤3中所述氢与碳酸二甲酯的进料摩尔比为3以上。5.如权利要求4所述的储氢方法的储氢系统，其特征在于：包括氢源，所述氢源与第一加压泵连接，所述第一加压泵与加氢反应器的入口连接；还包括碳酸二甲酯储存罐，所述碳酸二甲酯储存罐与第二加压泵连接，所述第二加压泵与换热器连接，所述换热器与所述加氢反应器的入口连接，所述加氢反应器的出口与换热器连接，所述换热器还与气液分离器连接，所述气液分离器的气体出口端与气体循环泵连接，所述气体循环泵与所述加氢反应器的入口连接，所述气液分离器的液体出口经减压阀与甲醇储存罐连接。6.甲醇
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碳酸二甲酯的制氢方法，其特征在于：采用甲醇经反应生成氢气和碳酸二甲酯。7.如权利要求6所述的制氢方法，其特征在于：所述制氢过程包括以下步骤：步骤1：将甲醇与水的混合物加压；步骤2：将步骤1中的混合物加热至反应温度后进行反应；步骤3：将步骤2中得到的产物分离出氢气和碳酸二甲酯，分离得到的氢气供使用，分离得到的碳酸二甲酯减压后储存；步骤4：将步骤3中分离后的剩余物质加入步骤2中继续反应。8.如权利要求7所述的制氢方法，其特征在于：所述步骤2中反应温度为80

【专利技术属性】
技术研发人员：何梓睿，
申请(专利权)人：何梓睿，
类型：发明
国别省市：