[发明专利]一种耦合式电解制氢-储氢系统及工艺

说明书

本发明涉及一种耦合式电解制氢‑储氢系统及工艺，其中耦合式电解制氢‑储氢系统，包括依次连接的电解水制氢反应槽、氢气缓冲罐、γ‑丁内酯催化加氢反应器、1,4‑丁二醇储存罐；还包括与所述γ‑丁内酯催化加氢反应器连接的γ‑丁内酯储存罐；所述电解水制氢反应槽与外部的绿电供电系统电连接，以此为电解水制氢反应槽的电解过程提供电能。与现有液态有机分子储氢技术相比，本发明采用了一种新型的液相γ‑丁内酯催化加氢制1,4‑丁二醇的方法，与可再生电能电解水制氢工艺耦合，将氢气以化学能的形式储存到1,4‑丁二醇分子中，实现在线储氢，反应流程简单、投资小。

技术领域

本发明涉及一种绿色储氢技术，尤其是涉及一种耦合式电解制氢系统及工艺。

背景技术

能源是提高生活质量和发展经济的重要保障。随着能源安全、气候变化和环境污染等与经济社会发展之间矛盾的加剧，发展基于可再生能源的清洁高效利用技术是当今面临的重要问题。风能和太阳能可以转变为可再生电能(绿电)，具有取之不尽、用之不竭的优点。但由于风能和太阳能的时空分布不均匀，为了充分利用这种由它们所产生的可再生电能，需要发展相应的储能技术。

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。基于可再生电能的电解水制备氢气是技术成熟、操作简单的大规模生产氢气的重要手段。然而，可再生电能往往产生于地广人稀的地区，且时空分布不均匀。太阳能发电只能在白天进行。这限制了人们对可再生电能和氢能的利用，发展简便、安全、适用性好的氢能储运技术迫在眉睫。

当前氢气储运主要采用物理方法，如高压气态储氢、低温液态储氢、管道运输等。高压气体储氢方法最为成熟，但是体积储氢密度极低，且存在泄漏、易燃、易爆等安全问题。低温液态储氢方法能够提高体积储氢密度，但是必须严格绝热、开发耐超低温和保持超低温的特殊容器，因此制造难度大、能耗高且安全问题多。管道运输不适于长距离氢气输送，且管材容易发生氢脆现象造成氢气逃逸。利用化学方法将氢气储存到含氢分子中，等到需要使用时再释放出来，逐渐受到人们关注。

通过CO₂和CO加氢反应制取甲醇，可以将氢气储存到甲醇分子中；随后通过甲醇与水重整反应制取氢气。但是，所产生的氢气与CO₂以3:1摩尔比混合在一起，分离成本高；而且受反应平衡限制，气体中始终含有少量难以去除的CO分子。 CO分子将会限制后续的氢气使用。另外，CO₂和CO的加氢反应制取甲醇的反应温度高、转化率低，反应流程长、投资巨大。张纯等提出采用合成氨方法，将氢气储存到氨气分子当中(CN113860329A)。然而，受到反应平衡的限制，合成氨反应一般发生在大于20MPa的高压条件以及500℃的高温条件下。且合成氨反应过程会产生大量三废物质，能耗高，反应流程长、投资巨大。

发明内容

本发明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耦合式电解制氢-储氢系统及工艺，采用了一种新型的液相γ-丁内酯催化加氢制1,4-丁二醇的方法，与可再生电能电解水制氢工艺耦合，将氢气以化学能的形式储存到1,4-丁二醇分子中，实现在线储氢，反应流程简单、投资小。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种耦合式电解制氢-储氢系统，包括依次连接的电解水制氢反应槽、氢气缓冲罐、γ-丁内酯催化加氢反应器、1,4-丁二醇储存罐；

还包括与所述γ-丁内酯催化加氢反应器连接的γ-丁内酯储存罐；

所述电解水制氢反应槽与外部的绿电供电系统电连接，以此为电解水制氢反应槽的电解过程提供电能。

进一步地，所述γ-丁内酯催化加氢反应器的出口处设有循环管，所述循环管同时与所述γ-丁内酯催化加氢反应器的入口连接，所述γ-丁内酯催化加氢反应器的出口处的氢气自循环管向上返回至入口处，以此实现未反应氢气的循环。