组合脱氢反应系统技术方案

本发明专利技术涉及组合脱氢反应系统，所述组合脱氢反应系统包含：酸性水溶液罐、放热脱氢反应器、LOHC罐和吸热脱氢反应器，所述酸性水溶液罐具有酸性水溶液；所述放热脱氢反应器包含固态化学氢化物，并从酸性水溶液罐接收酸性水溶液，用于使化学氢化物和酸性水溶液发生放热脱氢反应以产生氢气；所述LOHC罐包含液体有机氢载体(LOHC)；所述吸热脱氢反应器从LOHC罐接收液体有机氢载体，并通过使用放热脱氢反应器产生的热量使液体有机氢载体发生吸热脱氢反应来产生氢气。来产生氢气。来产生氢气。

【技术实现步骤摘要】
组合脱氢反应系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年2月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10
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2021
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0017386的优先权和权益，通过引用将其全文并入本文。


[0003]本申请涉及一种用于向燃料电池堆供应氢气的组合脱氢反应系统。

技术介绍

[0004]由于化石能源的枯竭和环境污染问题，对可再生能源和替代能源的需求越来越大，而氢气作为这种替代能源之一正在引起关注。
[0005]燃料电池和氢气燃烧装置使用氢气作为反应气体，并且例如为了将燃料电池和氢气燃烧装置应用于车辆和各种电子产品，需要稳定且连续的氢气供应技术。
[0006]为了向使用氢气的装置供应氢气，可以使用从单独安装的氢气供应源接收氢气的方法。以这种方式，压缩氢气或液化氢气可以用于储氢。
[0007]可替选使用的方法是：在将储存氢气的材料装入使用氢气的装置之后，通过相应材料的反应来产生氢气并将其供应至使用氢气的装置。对于这种方法，例如，已经提出了使用液体有机氢载体(LOHC)的方法、吸附方法、解吸/碳(吸附剂/碳)方法和化学储氢。
[0008]然而，液体有机氢载体的脱氢是吸热反应，因此需要热源来提供反应热。已知一种通过燃烧一些所产生的氢气来产生热量以提供液体有机氢载体的脱氢反应所需热量的系统。
[0009]然而，当使用氢气燃烧器提供液体有机氢载体的脱氢反应热时，与常规压缩氢气(CGH2)系统相比，脱氢系统的储氢效率降低约40％。此外，为了满足200℃或更高的反应温度条件，在系统运行的过程中可能需要10分钟或更长时间来产生氢气。
[0010]因此，与常规方法相比，期望具有高热效率和操作响应性的系统。
[0011]本
技术介绍
部分中公开的上述信息仅用于增强对本申请的
技术介绍
的理解，因此，其可以包含不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0012]一个实施方案提供了一种组合脱氢反应系统，其中在运行的过程中，可以在几分钟内稳定地产生氢气，从而产生优异的操作响应性并提高热效率，以确保高储氢容量，并且通过两个系统的组合可以实现稳定的热处理和氢气生产速度的提高。
[0013]根据实施方案，组合脱氢反应系统包含：酸性水溶液罐、放热脱氢反应器、LOHC罐和吸热脱氢反应器，所述酸性水溶液罐包含酸性水溶液，所述放热脱氢反应器包含固态化学氢化物，并从酸性水溶液罐接收酸性水溶液，用于使化学氢化物和酸性水溶液发生放热脱氢反应以产生氢气，所述LOHC罐包含液体有机氢载体(LOHC)，所述吸热脱氢反应器从LOHC罐接收液体有机氢载体，并通过使用由放热脱氢反应器产生的热量使液体有机氢载体
发生吸热脱氢反应来产生氢气。
[0014]化学氢化物可以包括硼氢化钠(NaBH4)、硼氢化锂(LiBH4)、硼氢化钾(KBH4)、硼氢化铵(NH4BH4)、硼烷氨(NH3BH3)、四甲基硼氢化铵((CH3)4NH4BH4)、氢化铝钠(NaAlH4)、氢化铝锂(LiAlH4)、氢化铝钾(KAlH4)、硼氢化钙(Ca(BH4)2)、硼氢化镁(Mg(BH4)2)、氢化镓钠(NaGaH4)、氢化镓锂(LiGaH4)、氢化镓钾(KGaH4)、氢化锂(LiH)、氢化钙(CaH2)、氢化镁(MgH2)或其混合物。
[0015]酸可以包括硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、硼酸、杂多酸、乙酸、甲酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、抗坏血酸、乳酸、草酸、琥珀酸、牛磺酸或其混合物。
[0016]在放热脱氢反应器中，可以通过使1摩尔的化学氢化物的氢原子与摩尔比为0.5至2的酸和水反应来进行放热脱氢反应。
[0017]在放热脱氢反应器中，放热脱氢反应的温度可以为10℃至400℃，压力可以为1bar至100bar。
[0018]液体有机氢载体可以包括萘烷(十氢化萘)、萘满(1,2,3,4
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四氢化萘)、环己烷、二环己基、甲基环己烷(MCH)、N
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乙基咔唑(NEC)、全氢
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N
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乙基咔唑、二苄基甲苯(DBT)、联苯和联苯甲烷(BPDM)的混合物、或其组合。
[0019]在吸热脱氢反应器中，可以在催化剂的存在下进行吸热脱氢反应，所述催化剂包括铂/氧化铝(Pt/Al2O3)、铂/碳(Pt/C)、钯/氧化铝(Pd/Al2O3)、钯/碳(Pd/C)、铂
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锡/氧化铝(Pt
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Sn/Al2O3)、铂
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钯/氧化铝(Pt
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Pd/Al2O3)、铂
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铑/氧化铝(Pt
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Rh/Al2O3)、铂
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钌/氧化铝(Pt
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Ru/Al2O3)、铂
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铱/氧化铝(Pt
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Ir/Al2O3)或其组合。
[0020]相对于全部催化剂，催化剂可以包含0.1重量％至5.0重量％的贵金属。
[0021]在吸热脱氢反应器中，可以在150℃至350℃下进行吸热脱氢反应。
[0022]组合脱氢反应系统还可以包含向吸热脱氢反应器提供热量的热源。
[0023]还可以包含燃料电池堆，所述燃料电池堆通过接收由放热脱氢反应器、吸热脱氢反应器或者放热脱氢反应器和吸热脱氢反应器产生的氢气和氧气而产生电能和水。
[0024]吸热脱氢反应器还可以使用由燃料电池堆产生热量以进行液体有机氢载体的吸热脱氢反应。
[0025]组合脱氢反应系统还可以包含从吸热脱氢反应器产生的反应产物中分离氢气的氢气分离器。
[0026]组合脱氢反应系统还可以包含储存放热脱氢反应器和吸热脱氢反应器产生的氢气的缓冲罐。
[0027]组合脱氢反应系统还可以包含位于放热脱氢反应器和缓冲罐之间的压力调节器或位于吸热脱氢反应器和缓冲罐之间的压力调节器，或者同时包含上述两个压力调节器。
[0028]组合脱氢反应系统还可以包含将来自酸性水溶液罐的酸性水溶液供应至放热脱氢反应器的泵、将来自LOHC罐的液体有机氢载体供应至吸热脱氢反应器的泵，或者同时包含上述两个泵。
[0029]在根据实施方案的组合脱氢反应系统中，在运行的过程中可以在几分钟内稳定地产生氢气，从而产生优异的操作响应性和改进的热效率，以确保高储氢容量，并且通过两个系统的组合可以实现稳定的热处理和氢气生产速度的提高。
附图说明
[0030]图1为示意性地显示根据实施方案的组合脱氢反应系统的视图。
[0031]图2为显示实施方案1的放热脱氢反应器的储氢容量的测量结果的图表。
[0032]图3为显示实施方案2的放热脱氢反应器的储氢容量的测量结果的图表。
[0033]图4为显示实施方案3的放热脱氢反应器的储氢容量的测量结果的图表。
[0034]图5为显示实施方案4的放热脱氢反应器的储氢容量的测量结果的图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合脱氢反应系统，所述组合脱氢反应系统包含：酸性水溶液罐，所述酸性水溶液罐包含酸性水溶液；放热脱氢反应器，所述放热脱氢反应器包含固态化学氢化物，并从酸性水溶液罐接收酸性水溶液，用于使化学氢化物和酸性水溶液发生放热脱氢反应以产生氢气；液体有机氢载体罐，所述液体有机氢载体罐包含液体有机氢载体；以及吸热脱氢反应器，所述吸热脱氢反应器从液体有机氢载体罐接收液体有机氢载体，并通过使用放热脱氢反应器产生的热量使液体有机氢载体发生吸热脱氢反应来产生氢气。2.根据权利要求1所述的组合脱氢反应系统，其中，所述化学氢化物包括NaBH4、LiBH4、KBH4、NH4BH4、NH3BH3、(CH3)4NH4BH4、NaAlH4、LiAlH4、KAlH4、Ca(BH4)2、Mg(BH4)2、NaGaH4、LiGaH4、KGaH4、LiH、CaH2、MgH2或其混合物。3.根据权利要求1所述的组合脱氢反应系统，其中，所述酸包括硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、硼酸、杂多酸、乙酸、甲酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、抗坏血酸、乳酸、草酸、琥珀酸、牛磺酸或其混合物。4.根据权利要求1所述的组合脱氢反应系统，其中，在放热脱氢反应器中，通过使1摩尔的化学氢化物的氢原子与摩尔比为0.5至2的酸和水反应而进行放热脱氢反应。5.根据权利要求1所述的组合脱氢反应系统，其中，在放热脱氢反应器中，放热脱氢反应的温度为10℃至400℃，压力为1bar至100bar。6.根据权利要求1所述的组合脱氢反应系统，其中，所述液体有机氢载体包括萘烷、萘满、环己烷、二环己基、甲基环己烷、N
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乙基咔唑、全氢
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N
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乙基咔唑、二苄基甲苯、联苯和联苯甲烷的混合物、或其组合。7.根据权利要求1所述的组合脱氢反应系统，其中，在吸热脱氢反应器中，吸热脱氢反应在催化剂的存在下进行，所述催化剂包括Pt/Al2O3、Pt/C、Pd/Al2O3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐枝希，郑镇宇，金平淳，南硕佑，郑香受，金容民，郭在原，尹彰元，
申请(专利权)人：起亚株式会社韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：