一种有机液体释氢反应系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种有机液体释氢反应系统和方法。所述系统包括气液混合腔室、脱氢反应腔室和催化燃烧腔室，所述催化燃烧腔室、脱氢反应腔室为依次从外向里排列的套筒式结构，所述气液混合腔室和催化燃烧腔室相连通，其中催化燃烧腔室设置有n个催化剂床层，每个催化剂床层装填催化燃烧催化剂和惰性颗粒的混合物。采用本发明专利技术反应系统用于有机液体释氢反应中，具有脱氢反应转化率高，反应系统能耗低，反应系统温度分布均匀，延长装置运转周期等优点。延长装置运转周期等优点。延长装置运转周期等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种有机液体释氢反应系统及方法


[0001]本专利技术涉及储氢
，特别涉及一种有机液体释氢反应系统和方法。

技术介绍

[0002]可再生能源产生的氢气是普通化石能源载体的潜在替代品。近年来，许多可再生能源发电装置已经建成，特别是光伏发电和风力发电设施。由于太阳能和风能产量波动，它们无法提供可靠的基本负荷电力。因此，需要大规模的储能来补偿季节性失衡。
[0003]通过液态有机氢载体(LOHC)系统进行储能得到了广泛的关注。这项技术为液态储氢大规模、长时间的无损耗储能提供了可能。事实上，储存规模和时间仅受各储罐的尺寸和各LOHC化合物的技术可用性的限制。LOHC系统能够实现能量存储，而不会从大气中束缚或释放CO2或N2。在不同的LOHC化合物中，纯碳氢化合物系统具有成本低和与现有液体燃料基础设施完全相容的优点，然而，所有纯碳氢化合物LOHC系统的特点是具有相对较高的脱氢热，因此，催化氢释放需要相对较高的热量输入，温度通常在250℃以上。现在最常用的热源是电加热，然而氢能转化为电能过程中也会有能量损耗，导致最终储能系统的能量效率很低，因此化学反应的反应热是更加理想的热源。
[0004]CN112265961A公开了一种基于醇类燃料重整反应的在线供氢系统，包括原料箱、通过原料计量泵与原料箱相连的换热器、通过燃料计量泵与原料箱相连的制氢
‑
纯化一体化反应器、制氢
‑
纯化一体化反应器上连接的空气泵、冷却器以及冷却器上连接的氢气储罐，制氢
‑
纯化一体化反应器包括汽化腔室、重整反应腔室、催化燃烧腔室、氢气纯化腔室、温度传感器、重整产物气输送盘管，重整反应腔室、催化燃烧腔室、氢气纯化腔室为圆柱形套筒式结构，依次从外向里排列。该供氢系统具有储氢密度高、体积重量小、原料来源广泛、适用范围广、氢气即制即用等优点。
[0005]CN112174089A公开了一种用于密闭环境的有机液体供氢系统，包括储料单元、水解制氢单元、有机液体脱氢单元和产物处理单元，水解制氢单元以金属氢化合物和水为原料，经水解制备氢气与水蒸气的混合气，氧气与混合气进入有机液体脱氢单元发生安全催化燃烧反应，有机液体在一定温度下发生催化脱氢反应，燃烧尾气水蒸气在产物处理单元经冷却后循环使用。该系统采用氢气与水蒸气的混合气作为燃料，水蒸气作为惰性气体能够降低氢氧反应速率，确保系统安全，具有无需外界供热、储氢密度高、安全可靠、无副产物气体排放等优点，适用于密闭环境，如水下航行器、深海装备等。
[0006]CN104888664A公开了一种自热供氢装置及其应用。所述自热供氢装置采用同心套管结构，包括内管(A)和外管(B)；内管为催化脱氢反应器，外管为氢催化燃烧反应器；内管装填有整体分级结构纳米碳纤维催化剂床层，内管外壁涂有催化剂层，催化剂涂层的厚度为0.15
‑
2.5μm，用于进行氢催化燃烧反应；外管内径为内管外径的1.2
‑
2倍。
[0007]上述方法在探寻有机液体供氢装置方面取得了一定的成果，但均存在催化燃烧反应过于集中导致反应系统局部温度过高，脱氢床层温差过大的问题。因此，目前迫切需要提供一种新的适用于机液体释氢反应的系统。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中存在的有机液体供氢装置能耗过高，反应系统局部温度过高，脱氢反应床层温差过大的问题，提供了一种新的有机液体释氢反应系统和方法。该反应系统用于有机液体释氢时，具有脱氢反应转化率高，反应系统能耗低，反应系统温度分布均匀，延长装置运转周期等优点。
[0009]本专利技术第一方面提供了一种有机液体释氢反应系统，其中，所述有机液体释氢反应系统包括气液混合腔室、脱氢反应腔室和催化燃烧腔室，所述催化燃烧腔室、脱氢反应腔室为依次从外向里排列的套筒式结构，所述气液混合腔室和催化燃烧腔室相连通，其中催化燃烧腔室设置有n个催化剂床层，每个催化剂床层装填催化燃烧催化剂和惰性颗粒的混合物，其中n的取值为3以上，优选地n为3
‑
10，更优选地n为5
‑
10。
[0010]进一步地，所述套筒式结构为圆柱形套筒式结构。
[0011]进一步地，所述催化燃烧腔室中的催化燃烧催化剂为负载型的颗粒催化剂。
[0012]进一步地，所述催化燃烧腔室中，催化燃烧催化剂总装填量V1与惰性颗粒总装填量V2的体积比为0.3
‑
1.0，优选为0.4
‑
0.8。进一步地，所述催化燃烧腔室中，每个催化剂床层装填的催化燃烧催化剂和惰性颗粒的混合物的体积u＝a*(V1+V2)/n，其中n为催化剂床层数，a取值为0.8
‑
1.2。
[0013]进一步地，所述催化燃烧腔室中，催化燃烧催化剂总装填量为V1，每个催化剂床层所装填催化燃烧催化剂的体积v＝c*V1/n，其中n为催化剂床层数，c取值为0.1
‑
2.0，优选为0.3
‑
1.8。
[0014]进一步地，各催化剂床层所装填催化燃烧催化剂的体积按催化剂装填顺序(即由下向上的顺序)整体呈增加趋势，即相邻两个催化剂床层的c值可以相等或最多相差0.5。
[0015]进一步地，所述惰性颗粒为瓷质颗粒，优选地，惰性颗粒大小与催化剂颗粒相同。
[0016]进一步地，所述催化燃烧腔室设置的催化燃烧催化剂，以重量份数计，包括：(a)0.01
‑
5份选自元素周期表第VIII族元素中的一种或多种，(b)95
‑
99.99份载体；所述第VIII族元素为Pt、Pd、Rh或Ir中的至少一种；载体为氧化铝或硅酸盐陶瓷中的一种或几种，优选为氧化铝。
[0017]进一步地，所述催化燃烧催化剂可以采用等体积浸渍法制备。
[0018]进一步地，所述脱氢反应腔室装填脱氢催化剂，所述脱氢催化剂为负载型的颗粒催化剂。
[0019]进一步地，所述脱氢反应腔室设置的脱氢催化剂，以重量份数计，包括：(a)0.1
‑
5份选自元素周期表第VIII族元素中的一种或多种，(b)95
‑
99.9份载体；所述第VIII族元素为Pt、Pd、Rh或Ir中的至少一种，载体为碳载体。所述碳载体为碳纳米管、石墨烯或石墨炔中的一种或几种，优选为碳纳米管。进一步地，所述脱氢催化剂所用的碳载体也可以采用卤素改性的碳载体，其中所述卤素为氟、氯、溴、碘中的至少一种，卤素占卤素改性的碳载体的质量的0.1％
‑
5.0％。
[0020]进一步地，所述脱氢催化剂采用等体积浸渍法制备。
[0021]进一步地，催化燃烧腔室设置的催化剂床层总高度为脱氢反应腔室设置的催化剂床层总高度的1.0
‑
2.0倍，优选为1.0
‑
1.5倍。
[0022]本专利技术第二方面提供了一种有机液体释氢反应方法，其中，采用上述有机液体释
氢反应系统。
[0023]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机液体释氢反应系统，其中，所述有机液体释氢反应系统包括气液混合腔室、脱氢反应腔室和催化燃烧腔室，所述催化燃烧腔室、脱氢反应腔室为依次从外向里排列的套筒式结构，所述气液混合腔室和催化燃烧腔室相连通，其中催化燃烧腔室设置有n个催化剂床层，每个催化剂床层装填催化燃烧催化剂和惰性颗粒的混合物，其中n的取值为3以上，优选地n为3
‑
10，更优选地n为5
‑
10。2.按照权利要1所述的系统，其特征在于，所述催化燃烧腔室中，催化燃烧催化剂总装填量V1与惰性颗粒总装填量V2的体积比为0.3
‑
1.0，优选为0.4
‑
0.8。3.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述催化燃烧腔室中，每个催化剂床层装填的催化燃烧催化剂和惰性颗粒的混合物的体积u＝a*(V1+V2)/n，其中n为催化剂床层数，a取值为0.8
‑
1.2。4.按照权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述催化燃烧腔室中，所述催化燃烧腔室中，催化燃烧催化剂总装填量为V1，每个催化剂床层所装填催化燃烧催化剂的体积v＝c*V1/n，其中n为催化剂床层数，c取值为0.1
‑
2.0，优选为0.3
‑
1.8。5.按照权利要求4所述的系统，其特征在于，各催化剂床层所装填催化燃烧催化剂的体积按催化剂装填顺序整体呈增加趋势，即相邻两个催化剂床层的c值相等或最多相差0.5。6.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化燃烧腔室设置的催化燃烧催化剂，以重量份数计，包括：(a)0.01
‑
5份选自元素周期表第
Ⅷ
族元素中的一种或多种，(b)95
‑
99.99份载体；所述第
Ⅷ
族元素为Pt、Pd、Rh或Ir中的至少一种；载体为氧化铝或硅酸盐陶瓷中的一种或几种，优选为氧化铝；和/或，所述脱氢反应腔室设置的脱氢催化剂，以重量份数计，包括：(a)0.1
‑
5份选自元素周期表第
Ⅷ
族元素中的一种或多种，(b)95
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，童凤丫，宋磊，张涛，田豪，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：