[发明专利]一种液态有机储氢载体的连续式加氢反应系统及加氢反应方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢技术领域，特别涉及一种液态储氢载体的连续式加氢反应系统及采用该系统对液态有机储氢载体进行连续式加氢的方法。

背景技术

氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源，在燃料电池以及代替化石燃料等方面展现了很好的应用前景。在实际应用过程中，其储存和运输是关键。寻找高效低成本且能够规模化利用的储氢方法更是关键。

现有的储氢方法大致可以分为两种，即物理法和化学法。物理法中典型的有低温液态储氢法、高压气态储氢法等。其中低温液态储氢法虽然具有较高的体积能量密度，但由于氢气的临界温度较低，氢气液化要消耗很大的冷却能量，储存中还不可避免地存在蒸发损失，储存成本较高。高压气态储氢法使用方便，但能量密度较低，且存在安全隐患。

近年来，基于化学反应法的储氢技术以其储氢量大，能量密度高，运输方便等优点引起了很多研究者的关注。理想的储氢体系应该具有较好的可逆加氢/脱氢性能。然而，现有的基于化学反应法的储氢体系普遍以下存在缺陷：储氢体系的自身凝固点(熔点)过高，在室温下呈现固态。这使得加氢后呈液态的储氢体系在脱氢过程中，经优先脱氢后所恢复的储氢体系容易凝结为固体。这些凝结物容易覆盖在脱氢催化剂表面，从而导致脱氢反应中断。

中国地质大学(武汉)可持续能源实验室研究团队，在中组部第二批“千人计划”程寒松教授的带领下，在原美国工作基础上，通过长期的探索和研究，发现了一类液态有机共轭分子储氢材料，此类材料具有熔点低(目前开发的技术已低至-20℃)、闪点高(150℃以上)、并在自制高效催化剂作用下，释放气体纯度高(99.99％)、脱氢温度低(约150℃)等特点，且循环寿命高(2000次以上)、可逆性强，并且不产生一氧化碳等毒害燃料电池的气体。作为氢的载体，这类材料在使用过程中始终以液态方式存在，可以像石油一样在常温常压下储存和运输，完全可利用现有汽油输送方式和加油站构架。

发明内容

本发明的目的之一是提供上述液态储氢载体用以加氢的连续式加氢反应系统。

目的之二是提供采用上述系统对液态有机储氢载体进行连续式加氢的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种液态有机储氢载体的连续式加氢反应系统，包括：进料系统、预热器、固定床反应塔釜和分离装置；

所述进料系统通过管线与预热器入口连通，预热器出口通过管线与固定床反应塔釜入口连通，固定床反应塔釜出口通过管线与分离装置入口连通；

所述预热器为气液共混式预热器，液态有机储氢载体和氢气被混合加热；

所述固定床反应塔釜为单管式固定床反应器，内部填充有加氢催化剂和惰性材料，单管式固定床反应器外部设置有反应器加热控制系统，对反应器进行温控加热。

所述惰性材料填充在单管式固定床反应器的上部和下部，中间填充加氢催化剂和惰性材料的混合物，惰性材料占混合物总质量的0％～60％。

所述加氢催化剂为贵金属与贵金属或与非贵金属组成的双金属或三金属负载型催化剂，采用多元醇法制备多金属负载型催化剂方法制备加氢催化纳米颗粒，再将制得纳米核壳颗粒负载沉积到多孔载体表面上制备而成，贵金属为Pd、Pt、Ru、Rh，非贵金属为Ni、Co、Fe，多孔载体为多孔SiO₂、Al₂O₃或活性碳，催化剂的粒径为0.6～1.0mm。

所述惰性材料为二氧化硅、氧化铝、活性炭中的至少一种，惰性材料的粒径为0.25～0.5mm。

所述进料系统包括储存氢气的储氢罐或者采用管道供氢的方式，和储存液态储氢载体的储液罐，所述储液罐外部设置有温控装置，使储液罐保持恒定温度。

所述储氢罐和预热器之间的管线上设置有截至阀、过滤器、稳压阀、干燥器以及两套以上并联的气体质量流量控制器系统。所述每套气体质量流量控制器系统包括1个具有不同流量控制范围的质量流量控制器。

所述储液罐和预热器之间的所有管线外设置有管线加热控制系统，对流经的液体进行温控加热。