有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放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储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统及方法，属于有机液体储氢技术领域。包括气体压缩装置、有机液体储氢介质加氢装置、有机液体储氢介质储罐、富氢储氢介质脱氢装置和富氢储氢介质储罐；其首先将工业粗氢氢源通入气体压缩装置对其进行压缩，然后经压缩后的粗氢氢源进入有机液体储氢介质加氢装置中进行催化加氢，催化加氢后的物料送入富氢储氢介质储罐，将富氢储氢介质储罐中的物料送入富氢储氢介质脱氢装置进行脱氢，最后，经过富氢储氢介质脱氢装置后，高纯氢从其中一个出口排出。本发明专利技术无需额外的气体纯化设备，解决了含杂质的工业粗氢氢源的纯化问题，可输出符合使用标准的高纯氢气。

【技术实现步骤摘要】
有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统及方法
本专利技术属于有机液体储氢
，具体涉及一种有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统及方法。
技术介绍
氢气是一种极具环境吸引力的燃料，是未来将一系列能源形式连接到各种终端用途的可行能源载体。氢气的质量能量密度是120kJ·g-1，是汽油的三倍。它可以通过直接在内燃机中燃烧供能，也可以通过燃料电池为电动机高效地提供动力，而且过程中仅有水一种产物，因此不会导致环境污染或者增加温室气体排放。氢气的工业来源非常广泛，大规模的工业制氢已经持续了几十年。在中国，强大的化工工业也有着广泛的制氢基础。2015年，我国国内工业副产氢气的商用剩余量约为38万吨/年，约为190万辆燃料电池车一年的燃料使用量(按每辆车年行驶两万公里计算)。我国另有198万吨/年的潜在专业制氢产能可做后续氢源供应。不考虑物流运输问题，上述约240万吨氢源供应都无需新增资本投入。氢气的储运成为制约其商业化突破性发展的瓶颈所在，也是目前产业化的重点和难点问题。为了实现氢能的规模化应用，发展一种可靠的储氢系统能够同时满足成本和安全性要求是至关重要的。有机液体储氢技术在20世纪90年代首次被提出并引发了广泛的研究，现在已经发展成一种非常有潜力的储存和运输氢气的技术。有机液体储氢系统由成对的有机化合物(有机液体储氢介质和富氢储氢介质)构成，通过有机液体储氢介质加氢反应和富氢储氢介质脱氢反应的循环实现氢气的可逆储放。有机液体储氢介质和富氢储氢介质的物理和化学性质相对氢气更为稳定、安全、可靠，简单易用，且作为固体或液体，运输便捷。相对高压气态储氢和低温液化储氢，有机液体储氢兼具更高的安全性和经济性，具有更高的推广和应用价值。目前，工业制氢氢源因纯度不足附加值低、工业副产氢源因含氢量不高无实用价值大量浪费，而工业上使用变压吸附、钯膜纯化等工艺对氢气进行纯化时，设备成本与操作成本俱高，使得高纯氢价格居高不下。因此，将廉价易得的工业粗氢氢源进行纯化并安全的进行储存和运输，为后端应用供应符合使用标准的高纯氢气成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其能够有效的解决工业粗氢氢源的纯化及氢气的安全储存、运输问题，为后端应用供应符合使用标准的高纯氢气，改变工业制氢氢源附加值低、工业副产氢源大量浪费的发展现状，同时解决氢源在空间和时间上分布不均的问题。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其包括气体压缩装置、有机液体储氢介质加氢装置、有机液体储氢介质储罐、富氢储氢介质脱氢装置和富氢储氢介质储罐；其中：所述的气体压缩装置的入口与工业粗氢氢源连接；所述的有机液体储氢介质加氢装置设置有两个入口和一个出口，所述的气体压缩装置的出口连接所述的有机液体储氢介质加氢装置的一个入口，所述的有机液体储氢介质加氢装置的另一个入口连接所述的有机液体储氢介质储罐的出口，所述的有机液体储氢介质加氢装置的出口连接所述的富氢储氢介质储罐；所述的富氢储氢介质储罐的出口连接所述的富氢储氢介质脱氢装置的入口，所述的富氢储氢介质脱氢装置的出口连接所述的有机液体储氢介质储罐的入口；通过所述的富氢储氢介质脱氢装置输出高纯氢。上述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，工业粗氢氢源为专用制氢工艺氢源或工业副产氢源，其原始氢气体积百分含量不高于95％。上述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，上述的有机液体储氢介质加氢装置中，有机液体储氢介质为以下两种组合中的任意一种：组合一、N-乙基咔唑、N-丙基咔唑、N-甲基吲哚中的一种或至少两种以任意比例混合；组合二、甲苯、苄基甲苯、二苄基甲苯中的一种或至少两种以任意比例混合。上述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，上述的有机液体储氢介质中还添加有有机溶剂，上述的有机溶剂为甲醇、乙醇、正己烷、环己烷、DMF、十氢萘、均三甲苯、二氯甲烷、石油醚或丙酮。上述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，上述的有机液体储氢介质加氢装置为氢气连续输入、有机液体储氢介质间歇卸料的半间歇反应装置或有机液体储氢介质和氢气均连续输入的连续式反应装置；上述的富氢储氢介质脱氢装置为反应原料连续输入、反应产物连续输出的连续式反应装置。上述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，上述的有机液体储氢介质加氢装置中装填有具有加氢活性的加氢催化剂，上述的加氢催化剂由活性组分和载体构成，其中，活性组分为Ru、Ni、Pt、Pd、Mo、LaNi5、YH3中的一种或几种，载体为碳、石墨烯、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、g-C3N4、沸石、碳化钼、碳化硅、氮化硼中的一种或几种。上述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，若有机液体储氢介质选用组合一时，其催化加氢的反应温度为80-200℃，反应压力为0.5-12MPa；若有机液体储氢介质选用组合二时，其催化加氢的反应温度为100-200℃，反应压力为3-12MPa。上述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，上述的富氢储氢介质脱氢装置中装填有具有脱氢活性的脱氢催化剂，上述的脱氢催化剂由活性组分和载体构成，其中，活性组分为Pt及其氧化物、Pd及其氧化物、Ni及其氧化物、Cu及其氧化物、Ru、Co、Mo、Au、Ag中的一种或几种，载体为碳、石墨烯、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、g-C3N4、沸石、碳化钼、碳化硅、氮化硼中的一种或几种。上述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，若有机液体储氢介质选用组合一时，其催化脱氢的反应温度为60-220℃，反应压力为0.001-0.5MPa；若有机液体储氢介质选用组合二时，其催化脱氢的反应温度为250-400℃，反应压力为0.005-0.5MPa。本专利技术的另一目的在于提供一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放方法，依次包括以下步骤：S1、将工业粗氢氢源通入气体压缩装置对其进行压缩的步骤；S2、将有机液体储氢介质加氢装置预热至反应所需温度后，经压缩后的粗氢氢源进入预热好的有机液体储氢介质加氢装置中进行催化加氢的步骤；S3、将步骤S2所得催化加氢后的物料送入富氢储氢介质储罐的步骤；S4、对富氢储氢介质脱氢装置进行预热，达到脱氢反应温度后，将富氢储氢介质储罐中的物料送入富氢储氢介质脱氢装置进行脱氢的步骤；S5、经过富氢储氢介质脱氢装置后，高纯氢从其中一个出口排出，另一部分产物进入有机液体储氢介质储罐中。与现有技术相比，本专利技术带来了以下有益技术效果：本专利技术提出了一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其包括气体压缩装置、有机液体储氢介质加氢装置、有机液体储氢介质储罐、富氢储氢介质脱氢装置和富氢储氢介质储罐；通过各个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其特征在于：其包括气体压缩装置、有机液体储氢介质加氢装置、有机液体储氢介质储罐、富氢储氢介质脱氢装置和富氢储氢介质储罐；其中：/n所述的气体压缩装置的入口与工业粗氢氢源连接；/n所述的有机液体储氢介质加氢装置设置有两个入口和一个出口，所述的气体压缩装置的出口连接所述的有机液体储氢介质加氢装置的一个入口，所述的有机液体储氢介质加氢装置的另一个入口连接所述的有机液体储氢介质储罐的出口，所述的有机液体储氢介质加氢装置的出口连接所述的富氢储氢介质储罐；/n所述的富氢储氢介质储罐的出口连接所述的富氢储氢介质脱氢装置的入口，所述的富氢储氢介质脱氢装置的出口连接所述的有机液体储氢介质储罐的入口；/n通过所述的富氢储氢介质脱氢装置输出高纯氢。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其特征在于：其包括气体压缩装置、有机液体储氢介质加氢装置、有机液体储氢介质储罐、富氢储氢介质脱氢装置和富氢储氢介质储罐；其中：
所述的气体压缩装置的入口与工业粗氢氢源连接；
所述的有机液体储氢介质加氢装置设置有两个入口和一个出口，所述的气体压缩装置的出口连接所述的有机液体储氢介质加氢装置的一个入口，所述的有机液体储氢介质加氢装置的另一个入口连接所述的有机液体储氢介质储罐的出口，所述的有机液体储氢介质加氢装置的出口连接所述的富氢储氢介质储罐；
所述的富氢储氢介质储罐的出口连接所述的富氢储氢介质脱氢装置的入口，所述的富氢储氢介质脱氢装置的出口连接所述的有机液体储氢介质储罐的入口；
通过所述的富氢储氢介质脱氢装置输出高纯氢。


2.根据权利要求1所述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其特征在于：所述的工业粗氢氢源为专用制氢工艺氢源或工业副产氢源，其原始氢气体积百分含量不高于95％。


3.根据权利要求1所述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其特征在于：所述的有机液体储氢介质加氢装置中，有机液体储氢介质为以下两种组合中的任意一种：
组合一、N-乙基咔唑、N-丙基咔唑、N-甲基吲哚中的一种或至少两种以任意比例混合；
组合二、甲苯、苄基甲苯、二苄基甲苯中的一种或至少两种以任意比例混合。


4.根据权利要求3所述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其特征在于：所述的有机液体储氢介质中还添加有有机溶剂，所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、正己烷、环己烷、DMF、十氢萘、均三甲苯、二氯甲烷、石油醚或丙酮。


5.根据权利要求1所述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其特征在于：所述的有机液体储氢介质加氢装置为氢气连续输入、有机液体储氢介质间歇卸料的半间歇反应装置或有机液体储氢介质和氢气均连续输入的连续式反应装置；所述的富氢储氢介质脱氢装置为反应原料连续输入、反应产物连续输出的连续式反应装置。


6.根据权利要求1所述的一种基于有机液体储氢介质的工业粗氢纯化与氢储放系统，其特征在于：所述的有机液体储氢介质加氢装置中装填有具有加氢活性的加氢催化剂，所述的加氢催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，方涛，
申请(专利权)人：青岛海望能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37