一种用于氢燃料电池的在线供氢系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于氢燃料电池的在线供氢系统及方法，包括依次连接的1,4

【技术实现步骤摘要】
一种用于氢燃料电池的在线供氢系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种在线供氢技术，尤其是涉及一种用于氢燃料电池的在线供氢系统及方法。

技术介绍

[0002]氢气是最清洁的能源。它与氧气发生反应后释放能量并且只产生水，该过程没有其他任何污染物。氢能利用因此被认为是有望实现深度减排的重要手段。氢燃料电池是能够将氢气和氧气中的化学能直接转化为电能的装置，能量转化效率可达60％以上。一方面，利用氢燃料电池可以实现直接发电，作为燃料实现新能源汽车等交通领域的减排；另一方面，利用氢燃料电池也可以调节电网输配和储能系统优化，解决电能时空分布不均的问题。因此，近年来随着燃料电池汽车、发电站等相关领域的快速发展，氢气的需求量逐渐变大。
[0003]氢气的储存和运输是制约氢能利用的核心瓶颈问题。当前为氢燃料电池系统供氢的方法主要是物理储氢(如高压气态储氢、低温液态储氢)和化学储氢(如甲醇重整在线制氢)等。高压气体储氢虽然相对最为成熟，但是体积储氢密度极低，且系统存在泄漏、易燃易爆等安全隐患。目前采用的高压长管拖车输氢量仅为200
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300kg/车。低温液态储氢能够提高体积储氢密度，但主要问题是需要耐超低温和保持超低温的特殊容器，且必须严格绝热，制造难度大、能耗高且安全隐患多。此外，在船舶、汽车、重卡等中小型的移动源氢气使用中，受体积所限，对单位储氢密度和安全性要求高(CN 215479717 U)。
[0004]由于甲醇容易输运和获取，利用化学催化方法实现甲醇重整在线制氢受到了广泛的关注。然而，甲醇与水重整制氢受到反应平衡的限制，所产生的H2和CO2混合气中，始终含有少量CO。在氢燃料电池系统中，CO与金属催化剂之间的吸附亲和力强，CO容易使催化剂中毒而失活。因此，甲醇重整在线制氢的问题是始终含有少量CO毒物，严重干扰氢燃料电池系统的正常稳定运行。为了保证燃料电池系统的正常运行，需要增加氢气的提纯装置，这将增加燃料电池发电系统的成本和能耗，而且增加了系统的复杂程度(CN 215479717 U)。另外，所产生的气体中，含有约25vol.％的CO2。如果不分离这部分CO2，将影响供氢效率；如果分离这部分CO2，将会增加额外复杂的分离系统和成本。现有的其他有机储氢分子(如乙基咔唑等氮杂环化合物和环烷烃等碳氢化合物)，大多加氢和脱氢都比较难，特别是低温脱氢性能差，脱氢不完全，且容易发生副反应产生有毒杂质(Nature Catal.2022. 10.1038/s41929
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022
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00769
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4)。因此，氢气的化学储存和利用方法是燃料电池系统发展的瓶颈挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于氢燃料电池的在线供氢系统及方法，可以直接获得不含CO毒物的高纯度H2气体，避免了传统甲醇重整制氢的复杂氢气提纯步骤，也不影响氢燃料电池系统的运行，可在常压温和条件下进行，可以避免使用高压、昂贵、危险的物理储氢设施。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种用于氢燃料电池的在线供氢系统，包括依次连接的1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器、氢气分离装置、储氢罐、气体控制组件；
[0008]所述1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器与1,4
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丁二醇存储设备连接；
[0009]所述氢气分离器将1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器产生的氢气分离输出至储氢罐；
[0010]所述气体控制组件与氢燃料电池连接，且控制输向氢燃料电池的氢气流量。
[0011]进一步地，所述1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器为釜式反应器或固定床反应器。
[0012]进一步地，所述1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器中装填有1,4
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丁二醇脱氢催化剂。
[0013]进一步地，所述氢气分离装置为回流管式空冷装置和吸附分离装置。
[0014]进一步地，所述吸附分离装置中装填颗有粒状分子筛吸附剂。
[0015]进一步地，所述气体控制组件为电磁阀。
[0016]本专利技术的第二个目的是提供一种用于氢燃料电池的在线供氢方法，包括以下步骤：
[0017]向1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器中装填1,4
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丁二醇脱氢催化剂，将反应器加热至目标的工作温度，使得1,4
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丁二醇在催化剂的作用下发生脱氢反应，产生的氢气通过氢气分离器分离纯化，将产生的高纯氢气储存于储氢罐中，并通过气体控制组件进行流量控制后输入氢燃料电池发生反应，以此输出电能。
[0018]进一步地，包括20
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50wt％的活性组分、1
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5wt％的助剂、45
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79wt％的载体。
[0019]进一步地，所述活性组分包含CuO、NiO、和CoO的一种或多种；
[0020]所述载体包含SiO2、ZnO、Al2O3、MnO2、Cr2O3的一种或多种；
[0021]所述的助剂为La2O3、BaO、CeO2、ZrO2、V2O5中的一种或多种。
[0022]进一步地，反应过程中：
[0023]釜式反应器中，1,4
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丁二醇与催化剂质量比500:1投入，剩余体积采用常压氢气置换，之后将反应器加热至160℃的工作温度，进行反应；
[0024]固定床反应器中，预装填催化剂，先采用氢气活化，在常压下将反应器加热至 160℃的工作温度，连续通入质量空速为0.2h
‑1的1,4
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丁二醇物料，进行反应。
[0025]进一步地，所述1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器产出的氢气依次经过回流管式空冷装置和吸附分离器纯化，通过回流管式空冷装置将产物γ
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丁内酯和少量未反应的1,4
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丁二醇冷凝分离出，以此获得纯度99.9wt％的氢气，进一步通过吸附分离装置中装填的颗粒状分子筛吸附剂，以此获得纯度99.999wt％的氢气。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
[0027]1)本技术方案提出了一种基于1,4
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丁二醇在线催化脱氢的供氢方法，可以直接获得不含CO毒物的高纯度H2气体，避免了传统甲醇重整制氢的复杂氢气提纯步骤，也不影响氢燃料电池系统的运行，同时，1,4
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丁二醇在线催化脱氢在常压温和条件下进行，可以避免使用高压、昂贵、危险的物理储氢设施。
[0028]2)本技术方案中采用的1,4
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丁二醇是来源广泛的煤化工产品，制备技术成熟，本技术方案可以结合可再生能源、氢能和煤化工的多方面优势，具有广泛的应用前景，可规模应用于运输和发电站等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氢燃料电池的在线供氢系统，其特征在于，包括依次连接的1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器(1)、氢气分离装置(2)、储氢罐(3)、气体控制组件(4)；所述1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器(1)与1,4
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丁二醇存储设备连接；所述氢气分离器(2)将1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器(1)产生的氢气分离输出至储氢罐(3)；所述气体控制组件(4)与氢燃料电池连接，且控制输向氢燃料电池的氢气流量。2.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的在线供氢系统，其特征在于，所述1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器(1)为釜式反应器或固定床反应器。3.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的在线供氢系统，其特征在于，所述1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器(1)中装填有1,4
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丁二醇脱氢催化剂。4.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的在线供氢系统，其特征在于，所述氢气分离装置(2)为回流管式空冷装置和吸附分离装置。5.根据权利要求4所述的一种用于氢燃料电池的在线供氢系统，其特征在于，所述吸附分离装置中装填颗有粒状分子筛吸附剂。6.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的在线供氢系统，其特征在于，所述气体控制组件(4)为电磁阀。7.一种用于氢燃料电池的在线供氢方法，其特征在于，包括以下步骤：向1,4
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丁二醇催化脱氢制氢反应器(1)中装填1,4
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丁二醇脱氢催化剂，将反应器加热至目标的工作温度，使得1,4
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丁二醇在催化剂的作用下发生脱氢反应，产生的氢气通...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱义峰，朱玉雷，朱任飞，孔晓，
申请(专利权)人：朱玉雷朱任飞孔晓，
类型：发明
国别省市：