【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源光催化制氢，特别涉及一种醇类光催化制氢反应系统及制氢工艺。
技术介绍
1、光催化反应因反应过程温和反应装置简单在许多领域具有较好的应用前景。如光催化制氢的反应温度通常低于100℃，当前光催化制氢领域的制氢系统主要为以水为原料直接利用太阳光进行制氢的系统，如cn103861542a，其产品重点在于如何高效的利用太阳能，采用对太阳能进行聚光处理，并同步提高反应器的受光面积和受光效率，以制造出大型的光催化制氢反应装置。如cn116550256a，提供一种基于毛细管的微反应器，进行多层级构建大尺度的光催化水制氢反应系统，其主要特点为利用毛细微通道的高效换热，提高反应器内对光能的利用率。然而此类光催化水制氢的反应器催化产氢效率较低，如cn116550256a的产氢效率仅为6.4mmol/(g.h)。水并不是一种能源的载体，其在光催化制氢中主要作用为提供氢元素，水分解所需克服反应能垒较高，光催化水制氢的过程实质上是一种将太阳能储存为氢能的过程，因此设备必然朝大型化，集中化发展，因此，此类反应系统必然占地面积较大，不能满足小型化、灵活化的应用场景。
2、醇类，特别是甲醇，是一种优良的能源载体，甲醇分解制氢所需要的能量远低于水，从热力学和动力学角度均能实现更高的析氢效率，是大幅提高制氢效率的理想原料。当前醇类制氢设备主要为热催化设备，因为醇类制氢过程为一种强吸热反应，且反应温度较高，如甲醇水溶液热重整制氢典型重整温度在250~350℃，且整个反应的物料和热量平衡特性极大的影响系统的制氢效率和产氢质量。因此传统的醇
3、通常在实际制氢系统使用过程中，通常将制氢设备于燃料电池发电系统连用，通常需根据负载功率需求确定需要制氢系统提供的产氢量(产氢率)，然而，产氢量不仅与通入重整器的甲醇量相关，同时也与重整制氢过程中催化剂活性、重整温度、水碳比及供能情况等参数相关。因此，为了确保产氢系统的产氢量既能满足燃料电池发电需求，又能保障醇类转化率和利用率，就需要设计一种新型的制氢系统，能满足以下要求：①产氢性能灵活可调，②在动态调整情况下醇类转换率稳定，③制氢反应平衡响应快，能快速响应后端用能系统的需求。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种醇类光催化制氢反应系统及制氢工艺，本专利技术提供的制氢反应系统产氢性能灵活可调，在动态调整情况下醇类转换率稳定，并且制氢反应平衡响应快，能快速响应后端用能系统的需求。
2、技术方案：本专利技术提供了一种醇类光催化制氢反应系统，包括控制器、电源控制模块以及依次连通的物料存储模块、物料输运模块、反应模块、气液分离模块、气体存储模块；所述反应模块包括若干个相互并联的反应子模块；所述控制器通过控制电源控制模块进而控制各个反应子模块的光源电源的启停。
3、进一步地，每个所述反应子模块均包括反应器，所述反应器的进料口与所述物料输运模块之间连接流量控制器，所述反应器的出料口与所述气液分离模块之间连接质量流量计；所述反应器上还连接传感信号变送装置；所述控制器还用于控制各个反应子模块的流量控制器的启停。
4、进一步地，每个所述反应器均包括光源和反应腔体；
5、所述反应腔体内设置有附着有制氢催化剂的反应膜，所述反应膜将所述反应腔体分割为进料腔体和出料腔体，所述光源设置在所述进料腔体上方。
6、进一步地，若所述反应腔体内发生气固相反应，所述反应器内从上至下为进料腔体、反应膜和出料腔体；
7、若所述反应腔体内发生液相反应，所述反应器内从上至下为出料腔体、反应膜和进料腔体。本专利技术中每个反应器都可以根据其反应腔体内的制氢反应体系和催化剂的不同，调整各自的进料、出料位置，若反应器的反应腔体内发生气固相反应，则反应膜上方的腔体为进料腔体，反应膜下方的腔体为出料腔体，反应物料在反应腔体内为上进下出的形式；若反应器的反应腔体内发生液相反应，则反应膜上方的腔体为出料腔体，反应膜下方的腔体为进料腔体，反应物料在反应腔体内为下进上出的形式。
8、进一步地，所述光源与所述反应器一体化构成。
9、进一步地，所述制氢催化剂为光催化剂或光热催化剂。
10、进一步地，所述气液分离模块的液体出料口与所述物料存储模块连通。
11、本专利技术还提供一种利用上述任一项所述的醇类光催化制氢反应系统的制氢工艺，包括以下步骤：
12、s1. 存储在物料存储模块中的反应物料经物料输运模块输运至反应模块，通过控制器依据下游用氢需求进行解算后，控制各个反应子模块的流量控制器将反应物料泵进反应器；
13、s2.待反应器内达到压力平衡后，通过控制器控制电源控制模块进而控制各个反应子模块的光源电源开启，反应膜经光源直接辐射加热，反应生成反应物；
14、s3. 反应物由反应腔体的出口经质量流量计流出反应子模块，再经气液分离模块进行气液分离，分离出的气体储存至气体存储模块，供后端用氢部件使用。
15、优选地，s3中，分离出的液体经气液分离模块的液体出料口进入物料存储模块，再次利用。
16、进一步地，s1中，所述解算的具体步骤如下：
17、第一步：对单个反应子模块建立测试环境，输入控制项包括光功率w，腔内压力p，反应物流量f，反应物醇水比c，反应膜温度t1，腔内反应温度t2；输出量项包括产氢量a和转化率r；
18、第二步：依据输入控制项的参数范围建立正交实验空间，进行反应模块测试，并采集输出量的数据，建立单个反应子模块的数据集；
19、第三步：对所获得的数据集进行分析，采用深度学习算法，训练得到各参数状态下产氢效率拟合模型，具体算法如下：
20、ax=fx（t1、t2、p、w、f、c）；
21、其中，f为深度神经网络推理表示，t1为反应膜温度，t2为腔内反应物温度，p为腔体内压力，w为光功率，f为反应物的流量，c为反应液的醇水比，x为不同的反应子模块；
22、第四步：对系统所需的产氢量集成多个反应子模块，依据不同的产氢需求q，应用最优化算法进行多个反应子模块的组合优化，得出满足产氢量需求q条件下的最优系统参数组合；
23、目标： max(sum(ax))；
24、约束：(1)sum(qx)>= q，(2) ax=fx（t1、t2、p、w、f、c）。
25、优选地，由于ax的表达是非线性的神经网络推理过程，可以采用遗传算法进行优化求解。
26、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优点：
27、本专利技术整体采用模块化设计，当控制器只开启一个反应子模块的流量控制器，并且控制电源控制模块只开启该反应子模块的光源电源，即可实现单个反本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：包括控制器C1、电源控制模块P1以及依次连通的物料存储模块T1、物料输运模块B1、反应模块M、气液分离模块S1、气体存储模块T2；所述反应模块M包括若干个相互并联的反应子模块；所述控制器C1通过控制电源控制模块P1进而控制各个反应子模块的光源电源的启停。
2.根据权利要求1所述的醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：每个所述反应子模块均包括反应器R，所述反应器R的进料口与所述物料输运模块B1之间连接流量控制器V，所述反应器R的出料口与所述气液分离模块S1之间连接质量流量计MF；所述反应器R上还连接传感信号变送装置D；所述控制器C1还用于控制各个反应子模块的流量控制器V的启停。
3.根据权利要求2所述的醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：每个所述反应器R均包括光源hv和反应腔体；
4.根据权利要求3所述的醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：若所述反应腔体内发生气固相反应，所述反应器R内从上至下为进料腔体E、反应膜G和出料腔体I；
5.根据权利要求3所述的醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：所述
6.根据权利要求3所述的醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：所述制氢催化剂为光催化剂或光热催化剂。
7.根据权利要求1所述的醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：所述气液分离模块S1的液体出料口与所述物料存储模块T1连通。
8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的醇类光催化制氢反应系统的制氢工艺，其特征在于：包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制氢工艺，其特征在于：S3中，分离出的液体经气液分离模块S1的液体出料口进入物料存储模块T1，再次利用。
10.根据权利要求8所述的制氢工艺，其特征在于：S1中，所述解算的具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：包括控制器c1、电源控制模块p1以及依次连通的物料存储模块t1、物料输运模块b1、反应模块m、气液分离模块s1、气体存储模块t2；所述反应模块m包括若干个相互并联的反应子模块；所述控制器c1通过控制电源控制模块p1进而控制各个反应子模块的光源电源的启停。
2.根据权利要求1所述的醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：每个所述反应子模块均包括反应器r，所述反应器r的进料口与所述物料输运模块b1之间连接流量控制器v，所述反应器r的出料口与所述气液分离模块s1之间连接质量流量计mf；所述反应器r上还连接传感信号变送装置d；所述控制器c1还用于控制各个反应子模块的流量控制器v的启停。
3.根据权利要求2所述的醇类光催化制氢反应系统，其特征在于：每个所述反应器r均包括光源hv和反应腔体；
4.根据权利要求3所述的醇类光催化制氢反应系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚晓晖，王惠，
申请(专利权)人：深圳航天工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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