本实用新型专利技术涉及一种基于甲酸储氢的制氢装置，该制氢装置包括：制氢系统：其包括甲酸储液仓、以及与所述甲酸储液仓相连接的甲酸反应器；甲酸回收系统：其包括与所述甲酸反应器的反应产物出口相连接的一级换热器，该一级换热器的液相出口还返回连接所述甲酸反应器；气体分离系统：其包括依次连接所述一级换热器气相出口的换热组件、气体增压泵和分离罐。本实用新型专利技术提出了基于甲酸储氢的制氢装置及其制氢方法，储氢介质无毒且不易燃烧，可实现在较低温常压下制氢，反应过程中甲酸和催化剂回收再利用，反应气体产物二氧化碳可气化吸热为装置提供冷量，实现装备运行过程中能量的充分利用；制氢前后，进行二氧化碳吹扫确保装置运行的安全性。的安全性。的安全性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于甲酸储氢的制氢装置
[0001]本技术属于制氢设备
，涉及一种基于甲酸储氢的制氢装置。
技术介绍
[0002]化学材料储氢，是通过化学反应将氢气吸收并储存在化学材料中。相比于高压气态储氢和低温液化储氢，该方法具有高储氢密度、低成本、高安全性等优点。甲醇储氢制氢技术是目前应用较广的化学材料储氢制氢技术，然而其存在制氢条件苛刻，一氧化碳去除任务重，工艺设备复杂等的缺点。
[0003]甲酸储氢制氢是一种新兴的化学材料储氢制氢技术，其具有储存方便、易于运输、安全性高等优点，近几年发展迅速。甲酸具有较高的吉布斯自由能，可在常温常压条件及催化剂的作用下，分解成等体积比的氢气和二氧化碳。化学反应式如下：
[0004][0005]与甲醇相比，甲酸无毒无害，不易燃烧，容易在自然环境下分解，因而具有较好的环保安全属性。这些特性使甲酸被认为是最有潜力的化学储氢介质之一，尤其是安全环保的优势使甲酸不但适合车载储氢，更可以作为野外营地、楼宇、核电站等后备电源加氢系统的原材料。
[0006]如中国专利CN217458830U公开了一种基于甲酸分解的制氢系统，该甲酸制氢系统包括依次连接的甲酸储存装置、甲酸分解制氢装置、氢气提纯单元以及氢气储存装置，通过将甲酸储存装置设置成包括储存器本体及其外围的用于填充第一保温介质的第一腔体，并将燃烧氢气所产生的气体直接与第一保温介质进行换热，从而实现对甲酸原料的加热和保温。该系统的提纯装置利用钯膜管进行分离，钯为贵金属，成本高；同时，钯膜管还会拦截部分氢气，减少产氢量。另外，该系统未增加吹扫系统和抽真空系统，直接制氢会使富氢气体与空气直接混合形成爆炸混合物，而且甲酸利用甲酸吸收装置进行清除，会造成甲酸原料的浪费。
技术实现思路
[0007]鉴于此，本技术的目的就是为了提供一种基于甲酸储氢的制氢装置与制氢方法。
[0008]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本技术的技术方案之一提供了一种基于甲酸储氢的制氢装置，其特征在于，包括：
[0010]制氢系统：其包括甲酸储液仓、以及与所述甲酸储液仓相连接的甲酸反应器；
[0011]甲酸回收系统：其包括与所述甲酸反应器的反应产物出口相连接的一级换热器，该一级换热器的液相出口连接所述甲酸反应器；
[0012]气体分离系统：其包括依次连接所述一级换热器气相出口的换热组件、气体增压
泵和分离罐。
[0013]进一步的，所述甲酸储液仓与甲酸反应器之间管路上设有调节阀。
[0014]进一步的，所述甲酸反应器上设有催化剂入口。甲酸反应器内部装有加热器，加热方式为电加热，或者通过制氢装置制得的余气进行燃烧加热。
[0015]进一步的，所述换热组件包括依次连接所述一级换热器的二级换热器和三级换热器。
[0016]更进一步的，所述分离罐底部的液相出口管路连接CO2收集器，该CO2收集器通过换热管路连接所述二级换热器。所述CO2收集器用于回收液态CO2，便于再利用。所收集的CO2部分可作为所述二级换热器的冷源，此时，利用收集的液态CO2降压吸热特性为混合气(H2、CO2)分离提供冷量。另一部分CO2可回收再加工作干冰或食品级CO2。
[0017]更进一步的，所述三级换热器通过制冷工质管路连接作为冷源的制冷设备并构成循环。
[0018]进一步的，所述气体增压泵与分离罐之间设有缓冲罐。所述缓冲罐的作用是缓冲压力，保持气体压力的稳定性。
[0019]进一步的，所述甲酸反应器的入口通过管路连接设置二氧化碳吹扫系统。
[0020]更进一步的，所述二氧化碳吹扫系统包括依次连接的二氧化碳瓶组、以及与所述二氧化碳瓶组出口相连接的止回阀，该止回阀连接所述甲酸反应器。所述二氧化碳瓶组的作用是在制氢前后对装置的管道和设备进行吹扫，使管道内含氧量低于0.5vol％或含氢量低于0.4vol％；所述止回阀的作用使防止管内介质倒流。
[0021]进一步的，所述一级换热器与气体分离系统之间的管路接入设置抽真空系统。
[0022]更进一步的，所述抽真空系统包括通过抽真空管路依次连接的真空泵与真空表，在抽真空管路上设有抽真空阀。所述真空泵的作用是排出系统中空气，并使装置呈负压状态；所述真空表的作用是测量装置内真空度。
[0023]进一步的，该制氢装置包括上位机、与所述上位机相连接的氢气浓度检测仪、以及布置在所述制氢系统、甲酸回收系统、气体分离系统中的若干温度传感器、若干压力传感器和若干流量计，所述温度传感器、压力传感器和流量计还连接所述上位机。上位机的功能包括，1)监测甲酸储液仓内液位、温度和压力，远程控制装置的阀门、泵和加热装置；当液位低于液位警戒线时，进行容量预警，提示及时补充甲酸原料至合适液位；当温度低于凝点警戒线，自动进行加温保护；当压力超过甲酸储液仓安全压力时，配合管路上设置的泄压阀自动泄压；2)监控甲酸回收系统和气液分离系统中换热器进出口温度，远程控制冷却介质流量。氢气浓度监测仪为插电固定式，作用是实时监测氢气浓度，当有氢气泄露时会发出声光报警。
[0024]本技术的技术方案之二提供了一种基于甲酸储氢的制氢方法，其基于如上所述的制氢装置，该制氢方法包括以下步骤：
[0025](1)制氢前，利用二氧化碳对制氢装置内的管道和设备进行吹扫，后抽真空，循环往复使得管道内的含氧量低于第一预设值；
[0026](2)将均相催化剂加入甲酸反应器加热至第二预设值，利用液位差将第三预设值的甲酸溶液从甲酸储液仓输送至甲酸反应器内，催化剂与甲酸溶液反应产出混合气体粗产物；
[0027](3)混合气体粗产物经一级换热器换热降温至第四预设值，将其中的甲酸、水与气态催化剂冷凝，使其回流至甲酸反应器循环利用，余下含H2和CO2的分离气体继续送入三级换热器中降温至第五预设值，随后经气体增压泵增压至第六预设值并进入分离罐，此时，气态CO2变为液态CO2从分离罐底部液相出口排出，H2呈气态从分离罐顶部排出。
[0028](4)在储存一定量的液态CO2后，将液态CO2作为冷源通入二级换热器与混合气体粗产物进行降温再通入三级换热器。
[0029]进一步的，制氢前，控制管道内含氧量低于第一预设值，该第一预设值可以为0.5vol％。
[0030]进一步的，甲酸反应器中的甲酸被加热的温度为第二预设值，具体可以为95.0～100.8℃。
[0031]进一步的，甲酸溶液的浓度控制为第三预设值，具体可为85.0wt％～94.0wt％。
[0032]进一步的，经过一级换热器后混合气体被降温至第四预设值，具体可以为80～40℃。
[0033]进一步的，经过换热组件(即三级换热器)后气体被降温至第五预设值，具体可以为
‑
15～
‑
30℃。进一步的，经过气体增压泵后气体被增压至第六预设值，具体可以为1.5～2.3MPa。
[0034]进一步的，运行过程中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于甲酸储氢的制氢装置，其特征在于，包括：制氢系统：其包括甲酸储液仓、以及与所述甲酸储液仓相连接的甲酸反应器；甲酸回收系统：其包括与所述甲酸反应器的反应产物出口相连接的一级换热器，该一级换热器的液相出口连接所述甲酸反应器；气体分离系统：其包括依次连接所述一级换热器气相出口的换热组件、气体增压泵和分离罐。2.根据权利要求1所述的一种基于甲酸储氢的制氢装置，其特征在于，所述甲酸储液仓与甲酸反应器之间管路上设有调节阀；所述甲酸反应器上还设有催化剂入口。3.根据权利要求1所述的一种基于甲酸储氢的制氢装置，其特征在于，所述换热组件包括依次连接所述一级换热器的二级换热器和三级换热器。4.根据权利要求3所述的一种基于甲酸储氢的制氢装置，其特征在于，所述分离罐底部的液相出口管路还连接CO2收集器，该CO2收集器还通过换热管路连接所述二级换热器，并作为所述二级换热器的冷源；所述三级换热器还通过制冷工质管路连接作为冷源的制冷设备并构成循环。5.根据权利要求1所述的一种基于甲酸储氢的制氢装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦虹宇，陈松，苏明星，邓建基，黄裕澍，黄远，刘一谦，
申请(专利权)人：中核装备技术研究上海有限公司，
类型：新型
国别省市：
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