一種液態有機儲氫載體的連續式加氫反應系統及加氫反應方法技術方案

本發明專利技術公開了一種液態有機儲氫載體的連續式加氫反應系統及加氫反應方法，包括：進料系統、預熱器、固定床反應塔釜和分離裝置；所述進料系統通過管線與預熱器入口連通，預熱器出口通過管線與固定床反應塔釜入口連通，固定床反應塔釜出口通過管線與分離裝置入口連通；所述固定床反應塔釜內部填充有加氫催化劑和惰性材料，固定床反應塔釜表面夾層內通過循環導熱介質使塔釜內部保持恒定溫度。本發明專利技術采用連續式加氫反應系統主要采用單管式固定床反應器，單管式固定床反應器內部填充加氫催化劑和惰性材料，液體進料系統中所有管線均設計了伴熱加熱控制系統，能對流經系統的液體進行溫控加熱，系統中設計了多套氣體質量流量控制器系統，系統中的預熱器設計為氣液共混式預熱器，有利于提高液態儲氫載體的加氫效果。

【技術實現步驟摘要】
一種液態有機儲氫載體的連續式加氫反應系統及加氫反應方法
本專利技術屬于儲氫
，特別涉及一種液態儲氫載體的連續式加氫反應系統及采用該系統對液態有機儲氫載體進行連續式加氫的方法。
技術介紹
氫能作為一種儲量豐富、來源廣泛、能量密度高的綠色能源，在燃料電池以及代替化石燃料等方面展現了很好的應用前景。在實際應用過程中，其儲存和運輸是關鍵。尋找高效低成本且能夠規模化利用的儲氫方法更是關鍵。現有的儲氫方法大致可以分為兩種，即物理法和化學法。物理法中典型的有低溫液態儲氫法、高壓氣態儲氫法等。其中低溫液態儲氫法雖然具有較高的體積能量密度，但由于氫氣的臨界溫度較低，氫氣液化要消耗很大的冷卻能量，儲存中還不可避免地存在蒸發損失，儲存成本較高。高壓氣態儲氫法使用方便，但能量密度較低，且存在安全隱患。近年來，基于化學反應法的儲氫技術以其儲氫量大，能量密度高，運輸方便等優點引起了很多研究者的關注。理想的儲氫體系應該具有較好的可逆加氫/脫氫性能。然而，現有的基于化學反應法的儲氫體系普遍以下存在缺陷：儲氫體系的自身凝固點(熔點)過高，在室溫下呈現固態。這使得加氫后呈液態的儲氫體系在脫氫過程中，經優先脫氫后所恢復的儲氫體系容易凝結為固體。這些凝結物容易覆蓋在脫氫催化劑表面，從而導致脫氫反應中斷。中國地質大學(武漢)可持續能源實驗室研究團隊，在中組部第二批“千人計劃”程寒松教授的帶領下，在原美國工作基礎上，通過長期的探索和研究，發現了一類液態有機共軛分子儲氫材料，此類材料具有熔點低(目前開發的技術已低至-20℃)、閃點高(150℃以上)、并在自制高效催化劑作用下，釋放氣體純度高(99.99％)、脫氫溫度低(約150℃)等特點，且循環壽命高(2000次以上)、可逆性強，并且不產生一氧化碳等毒害燃料電池的氣體。作為氫的載體，這類材料在使用過程中始終以液態方式存在，可以像石油一樣在常溫常壓下儲存和運輸，完全可利用現有汽油輸送方式和加油站構架。
技術實現思路
本專利技術的目的之一是提供上述液態儲氫載體用以加氫的連續式加氫反應系統。目的之二是提供采用上述系統對液態有機儲氫載體進行連續式加氫的方法。為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種液態有機儲氫載體的連續式加氫反應系統，包括：進料系統、預熱器、固定床反應塔釜和分離裝置；所述進料系統通過管線與預熱器入口連通，預熱器出口通過管線與固定床反應塔釜入口連通，固定床反應塔釜出口通過管線與分離裝置入口連通；所述預熱器為氣液共混式預熱器，液態有機儲氫載體和氫氣被混合加熱；所述固定床反應塔釜為單管式固定床反應器，內部填充有加氫催化劑和惰性材料，單管式固定床反應器外部設置有反應器加熱控制系統，對反應器進行溫控加熱。所述惰性材料填充在單管式固定床反應器的上部和下部，中間填充加氫催化劑和惰性材料的混合物，惰性材料占混合物總質量的0％～60％。所述加氫催化劑為貴金屬與貴金屬或與非貴金屬組成的雙金屬或三金屬負載型催化劑，采用多元醇法制備多金屬負載型催化劑方法制備加氫催化納米顆粒，再將制得納米核殼顆粒負載沉積到多孔載體表面上制備而成，貴金屬為Pd、Pt、Ru、Rh，非貴金屬為Ni、Co、Fe，多孔載體為多孔SiO2、Al2O3或活性碳，催化劑的粒徑為0.6～1.0mm。所述惰性材料為二氧化硅、氧化鋁、活性炭中的至少一種，惰性材料的粒徑為0.25～0.5mm。所述進料系統包括儲存氫氣的儲氫罐或者采用管道供氫的方式，和儲存液態儲氫載體的儲液罐，所述儲液罐外部設置有溫控裝置，使儲液罐保持恒定溫度。所述儲氫罐和預熱器之間的管線上設置有截至閥、過濾器、穩壓閥、干燥器以及兩套以上并聯的氣體質量流量控制器系統。所述每套氣體質量流量控制器系統包括1個具有不同流量控制范圍的質量流量控制器。所述儲液罐和預熱器之間的所有管線外設置有管線加熱控制系統，對流經的液體進行溫控加熱。所述反應器加熱控制系統為一段式或分段式加熱控溫裝置，通過循環導熱介質對反應器進行加熱控溫。多段式加熱可以為兩段式、三段式、四段式或五段式，由上而下溫度逐層增加。為兩段式加熱時，上部的溫度控制在90～130℃，下部的溫度控制在110～160℃。為三段式加熱時，上部溫度控制在90～130℃，中部溫度控制在110～160℃，下部溫度控制在130～190℃。為四段式加熱時，由上而下第一段溫度控制在90～130℃，第二段溫度控制在110～160℃，第三段溫度控制在130～190℃，第四段溫度控制在150～210℃。為五段式加熱時，由上而下第一段溫度控制在90～130℃，第二段溫度控制在110～160℃，第三段溫度控制在130～190℃，第四段溫度控制在150～210℃，第五段溫度控制在170～230℃。所述分離裝置包括依次連接的冷凝器和氣液分離器。所述氣液分離器的出液口設置有取樣器，出氣口設置有濕式氣體流量計一種采用連續式加氫反應系統對液態有機儲氫載體進行連續式加氫的方法，包括以下步驟：(1)將惰性材料填充在單管式固定床反應器的上部和下部，中間填充加氫催化劑和惰性材料的混合物，并活化催化劑；(2)通入恒定流量的氫氣和液態有機儲氫載體，混合物原料被預熱后送入單管式固定床反應器進行加氫反應；(3)反應產物流經冷凝器到氣液分離器，分離出的液體即加氫產物。所述活化催化劑的過程是先向單管式固定床反應器通惰性氣體，然后通入氫氣和惰性氣體的混合氣體，其中氫氣的質量含量為5％～30％，升溫至300℃，保持2小時。所述液態有機儲氫載體包括至少兩種不同的儲氫組分，儲氫組分為不飽和芳香烴或雜環不飽和化合物，且至少一種儲氫組分為低熔點化合物，低熔點化合物的熔點低于80℃。所述混合物原料被預熱到120～250℃。所述加氫反應的條件為壓力5～10MPa，并使進出口氫氣流量平衡，反應器溫度為120～250℃，進入單管式固定床反應器的液體原料與氫氣體積比為1000～2500:1。本專利技術的有益效果：(1)本專利技術采用連續式加氫反應系統主要采用單管式固定床反應器，單管式固定床反應器內部填充加氫催化劑和惰性材料，惰性材料填充在單管式固定床反應器上下部分，中部填充加氫催化劑和惰性材料的混合物，有利于吸熱的加氫反應保持恒定溫度。(2)液體進料系統中所有管線均設計了伴熱加熱控制系統，能對流經系統的液體進行溫控加熱，進而改變液態儲氫載體的粘度，改進反應效果。(3)系統中設計了多套氣體質量流量控制器系統，針對不同的加氫條件選用不同量程的控制器系統。(4)系統中的預熱器設計為氣液共混式預熱器，即在預熱之前氣體與液體混合，然后進入預熱器，可實現邊加熱邊共混，使得氫氣與液態儲氫載體在進入固定床塔釜之前充分預混，提高反應效果。(5)采用連續式加氫反應系統，并采用多段式加熱控溫裝置，有效地提高了加氫效率，并且氫化率超過90％。附圖說明圖1是本專利技術具體實施例連續式加氫反應系統的結構示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例和附圖對本專利技術作進一步的說明。液態儲氫載體是一種可在常溫常壓下呈現液態的儲氫體系，包括至少兩種不同的儲氫組分，儲氫組分為不飽和芳香烴或雜環不飽和化合物，且至少一種儲氫組分為低熔點化合物，低熔點化合物的熔點低于80℃。進一步地，儲氫組分選自雜環不飽和化合物，雜環不飽和化合物中的雜原子為N、S、O及P中的一種或多種。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種液態有機儲氫載體的連續式加氫反應系統，其特征在于包括：進料系統、預熱器、固定床反應塔釜和分離裝置；所述進料系統通過管線與預熱器入口連通，預熱器出口通過管線與固定床反應塔釜入口連通，固定床反應塔釜出口通過管線與分離裝置入口連通；所述預熱器為氣液共混式預熱器，液態有機儲氫載體和氫氣被混合加熱；所述固定床反應塔釜為單管式固定床反應器，內部填充有加氫催化劑和惰性材料，單管式固定床反應器外部設置有反應器加熱控制系統，對反應器進行溫控加熱。

【技術特征摘要】
1.一種液態有機儲氫載體的連續式加氫反應系統，其特征在于包括：進料系統、預熱器、固定床反應塔釜和分離裝置；所述進料系統通過管線與預熱器入口連通，預熱器出口通過管線與固定床反應塔釜入口連通，固定床反應塔釜出口通過管線與分離裝置入口連通；所述預熱器為氣液共混式預熱器，液態有機儲氫載體和氫氣被混合加熱；所述固定床反應塔釜為單管式固定床反應器，內部填充有加氫催化劑和惰性材料，單管式固定床反應器外部設置有反應器加熱控制系統，對反應器進行溫控加熱；所述惰性材料填充在單管式固定床反應器的上部和下部，中間填充加氫催化劑和惰性材料的混合物，惰性材料不高于混合物總質量60％；所述加氫催化劑為貴金屬與貴金屬或與非貴金屬組成的雙金屬或三金屬負載型催化劑，采用多元醇法制備多金屬負載型催化劑方法制備加氫催化納米顆粒，再將制得納米核殼顆粒負載沉積到多孔載體表面上制備而成，貴金屬為Pd、Pt、Ru、Rh，非貴金屬為Ni、Co、Fe，多孔載體為多孔SiO2、Al2O3或活性碳，催化劑的粒徑為0.6～1.0mm；所述惰性材料為二氧化硅、氧化鋁、活性炭中的至少一種，惰性材料的粒徑為0.25～0.5mm。2.根據權利要求1所述的連續式加氫反應系統，其特征在于：所述進料系統包括儲存氫氣的儲氫罐和儲存液態儲氫載體的儲液罐，所述儲液罐外部設置有溫控裝置，使儲液罐保持恒定溫度。3.根據權利要求2所述的連續式加氫反應系統，其特征在于：所述儲氫罐和預熱器之間的管線上設置有截止閥、過濾器、穩壓閥、干燥器以及兩套以上并聯的氣體質量流量控制器系統；所述每套氣體質量流量控制器系統包括1個具有不同流量控制范圍的質量流量控制器。4.根據權利要求3所述的連續式加氫反應系統，其特征在于：所述儲液罐和預熱器之間的所有...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程寒松，楊明，汪泉，周凌，孫雁龍，管一龍，李洪波，
申請(專利權)人：江蘇氫陽能源有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32