[发明专利]一种新型LOHC加氢系统及方法

说明书

本发明公开了一种新型LOHC加氢系统及方法，该系统由LOHC加氢和朗肯循环两个子系统组成，二者通过改进的加氢反应器相连。其中，LOHC加氢子系统，用于实现LOHC的高效加氢；朗肯循环子系统，利用加氢反应所释放的热量发电。本发明中改进的加氢反应器既是LOHC加氢反应发生的场所，也是朗肯循环的蒸发器。加氢反应释放的热量由工质吸收并带走，确保反应始终维持在最佳温度附近，产生的蒸汽驱动膨胀机带动发电机运转，产生的电能可用于系统内部消耗。本发明具有加氢效率高、速度快，整体能量利用率高，对外界的能量需求低等优点。

技术领域

本发明属于氢能源领域，具体涉及一种新型LOHC加氢系统及方法。

背景技术

氢气作为一种真正意义上的清洁燃料，被认为是解决未来环境污染问题的关键。氢气的生产、储存、运输和使用有别于传统化石燃料，单位体积能量密度的限制使其应用难以扩展到交通运输领域，其长距离输送也难以像煤炭、石油一样便捷和高效。氢气的标准沸点远低于天然气，采用液氢方式储存和运输成本过高，而管道输送过程中的氢脆问题短期内很难解决。LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier，液体有机氢载体)是一种极具潜力的氢气存储方式，通过不饱和有机物的可逆催化加氢和脱氢反应，实现了高密度储氢。不同于金属储氢，LOHC是一种性质与石油相近的流体，因此具有与现有加油站兼容的潜力。

目前，已报道的LOHC对主要有：萘(十氢化萘)、苯(环己烷)、联苯(联环己烷)、二苄基甲苯(全氢二苄基甲苯)、乙基咔唑(十二氢乙基咔唑)、二氧化碳(甲酸/甲醇)等。这些物质的加氢、脱氢反应条件各不相同，但总的来说，加氢反应一般需要较高的压力，必须使用催化剂加快反应速度，而且会放出大量的反应热。由于LOHC沸点和热分解温度一般较低，反应放热量较高(～60kJ/mol-H₂)，同时为了确保催化剂不至烧结，保证高的加氢速度和转化率，加氢反应温度窗口一般较窄，维持温度窗口难度较高。

如何保证加氢反应始终维持在最佳温度附近，保证反应高效快速进行，降低加氢系统LOHC加压泵、H₂压缩机等的对外的能量需求，提高加氢过程的能量利用率是推动LOHC进一步发展的重要环节。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种新型LOHC加氢系统及方法，以实现LOHC的高效快速加氢，将朗肯循环与LOHC加氢过程结合，改进加氢反应器结构，利用朗肯循环工质在反应器内的相变吸收反应热，使加氢反应器内的温度维持在合理范围，产生的蒸汽用于发电，产生的电能可供LOHC加压泵、H₂压缩机等使用。降低了LOHC加氢过程的外部能耗，实现了反应的自持或低功耗进行。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种新型LOHC加氢系统，包括LOHC加氢子系统和朗肯循环子系统共同组成，二者通过加氢反应器相连，其中，LOHC加氢子系统，用于实现LOHC高效加氢，包括：LOHC加压泵、H₂压缩机、气液混合器、热回收换热器、加氢反应器和气液分离器；

朗肯循环子系统，利用加氢反应释放的热量发电，包括：循环泵、加氢反应器、膨胀机、发电机和凝汽器；

LOHC加压泵的出口连接至气液混合器的LOHC入口，氢气源和气液分离器的H₂出口连接至H₂压缩机的入口，H₂压缩机的出口连接至气液混合器的H₂入口，气液混合器的出口连接至热回收换热器的未加氢LOHC和H₂混合物入口，热回收换热器的未加氢LOHC和H₂混合物出口连接至加氢反应器的LOHC和H₂混合物入口，加氢反应器的LOHC和H₂混合物出口连接至热回收换热器的已加氢LOHC和H₂混合物入口，热回收换热器的已加氢LOHC和H₂混合物出口连接至气液分离器的入口，气液分离器还设置有LOHC出口；