[发明专利]一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体有机储氢载体反应釜系统，尤其是涉及一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统。

背景技术

燃料电池是一种电化学反应装置，直接将化学能转换为电能。根据电解质的不同，可以分为质子交换膜燃料电池，碱性燃料电池，磷酸型燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。质子交换膜燃料电池工作温度低，电流密度大，响应速度快，性能稳定。而且反应生成物只有水，不存在腐蚀性。因此，质子交换膜燃料电池在车辆交通和备用电源等领域具有广阔的市场前景。

对于质子交换膜燃料电池中所需的氢气，目前工业上采用在-253℃低温液化储氢或200-700bar高压存储氢气，但是其成本较高，体积较大，且具有泄露危险。当应用于汽车等移动交通领域时，一般采用350bar或700bar的高压储氢的方式，为了满足汽车加氢要求，但高压加氢站稀少，建立加氢站成本极高，不利于燃料电池在汽车领域的推广。如果能够将氢分子吸附在某种载体上，实现常温常压下的安全储存，待使用时能将氢在温和条件下可控的释放，则可有效、安全地使用氢能。因此，全球主要的工业国家都在研发基于常温常压的液态有机储氢技术。

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扼分子储氢材料，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。

但是这种液态有机储氢载体释放氢气时需要在催化剂的作用下在高温反应釜中进行脱氢反应。该脱氢反应为吸热反应，需要反应釜维持在120-250℃，因此需要消耗大量的热量，同时反应后产生的废液和释放的氢气也都含有大量的热量。CN 104971675 A所申请的一种用于液态氢源材料进行脱氢反应的插层式反应装置，通过电加热装置提供反应釜反应需要的温度。CN 104979574 A所申请的一种基于燃料电池的液态氢源材料供氢反应系统和CN 104975987 A所申请的一种氢能源转化装置中热利用系统，利用原液对燃料电池电堆对原液进行加热，但是该种原液通过质子交换膜燃料电池时，可能会损坏电堆(质子交换膜冷却介质是去离子水或去离子水和乙二醇的混合液)。CN 105060244 A所申请的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利用管路电伴热的方法对流经管路的储氢原液进行加热，同时反应脱氢后废液含有大量的热也未充分利用。

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液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种液体有机储氢载体反应釜热综合利用系统，包括原液罐、原液泵、反应釜和废液罐，所述的原液罐通过原液泵连接反应釜原液输入端，反应釜废液输出端连接废液罐，该系统还包括初级换热器和二级换热器，所述的初级换热器设置在原液罐和原液泵之间，所述的初级换热器通过氢气管路连接反应釜氢气输出端，所述的二级换热器设置在原液泵和反应釜之间，二级换热器通过原液管路连通原液泵和反应釜原液端，二级换热器还通过废液管路连通反应釜废液输出端和废液罐；

所述的初级换热器流通原液罐流出的原液以及反应釜氢气输出端输出的氢气形成原液-氢气热交换通道，所述的二级换热器流通原液泵流出的原液以及反应釜废液输出端的废液形成原液-废液热交换通道。

该系统还包括控制器，所述的控制器连接原液泵。

所述的反应釜废液输出端与二级换热器之间设有排液电磁阀，所述的排液电磁阀连接所述的控制器。

该系统还包括排液控制单元，所述的排液控制单元包括液位传感器，所述的液位传感器设置在反应釜内，所述的液位传感器连接所述的控制器。

反应釜氢气输出端与初级换热器之间还设有用于分离氢气输出端输出的氢气中的有机原液或废液的分离器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明设置初级换特器形成原液-氢气热交换通道，通过高温氢气对原液进行加热，同时对氢气进行了冷却，设置的二级换热器形成原液-废液热交换通道，通过废液对原液进行二次加热，同时对废液进行冷却，实现了热量的综合利用，节省能源；