本發(fā)明涉及，特別涉及一種基于界面反應(yīng)熱耦合的寬溫區(qū)漿態(tài)儲(chǔ)氫連續(xù)水解制氫系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氫能作為一種清潔、高效的二次能源載體，在交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、分布式能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。氫氣的產(chǎn)生主要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，提高制氫反應(yīng)的效率和降低反應(yīng)難度具有很現(xiàn)實(shí)的意義。

2、公開(kāi)專利cn118598073a，cn118495469a，cn118495470a，cn118598072a和cn118702058a將納米微晶金屬粉末、有機(jī)液體氫化物等組成的漿態(tài)制氫材料，將有機(jī)液體儲(chǔ)氫與金屬微晶材料儲(chǔ)氫相結(jié)合，展現(xiàn)出良好的理論釋氫量和在較低溫度下較快的反應(yīng)速率。然而，在有機(jī)液體釋氫過(guò)程需要持續(xù)的熱量供給，現(xiàn)有的制氫系統(tǒng)主要依賴外部加熱，未能實(shí)現(xiàn)熱量的梯級(jí)利用，導(dǎo)致能源利用效率低下。此外，現(xiàn)有的制氫系統(tǒng)中氣液兩相接觸不充分，金屬微晶材料與水反應(yīng)難以精確控制，有機(jī)液體的釋氫往往不完全，嚴(yán)重影響了整體制氫效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)將反應(yīng)器設(shè)計(jì)多層斜板結(jié)構(gòu)并充分利用制氫反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)熱量梯級(jí)利用、提高氣液接觸效率、優(yōu)化溫度控制，不僅實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)氫密度和制氫效率的雙重提升，而且顯著提高了系統(tǒng)的能源利用率。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于界面反應(yīng)熱耦合的寬溫區(qū)漿態(tài)儲(chǔ)氫連續(xù)水解制氫系統(tǒng)，包括反應(yīng)器、與反應(yīng)器分別連接的進(jìn)料模塊和收集模塊，以及換熱器；

3、所述進(jìn)料模塊用于將水和漿態(tài)制氫材料輸送至反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)形成制氫混合物；

4、所述反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置多層斜板結(jié)構(gòu)；

5、所述收集模塊用于收集反應(yīng)器產(chǎn)生的氫氣；

6、所述換熱器用于利用制氫混合物反應(yīng)產(chǎn)生的廢料的熱量對(duì)水進(jìn)行熱交換形成水蒸氣，并將水蒸氣輸送至反應(yīng)器。

7、進(jìn)一步地，所述進(jìn)料模塊包括與所述反應(yīng)器分別連接的儲(chǔ)水罐和儲(chǔ)料罐，所述儲(chǔ)料罐用于儲(chǔ)存漿態(tài)制氫材料；

8、所述換熱器帶有進(jìn)料口、出料口、進(jìn)水口、出氣口，所述進(jìn)料口與反應(yīng)器連接；

9、所述儲(chǔ)水罐還通過(guò)所述進(jìn)水口和出氣口與所述反應(yīng)器連接。

10、進(jìn)一步地，所述收集模塊包括與所述反應(yīng)器依次連接的第一分離器、膜分離器和儲(chǔ)氫罐。

11、進(jìn)一步地，所述換熱器的出氣口與所述反應(yīng)器通過(guò)進(jìn)氣管道連接；

12、所述第一分離器還與所述進(jìn)氣管道連接。

13、進(jìn)一步地，所述反應(yīng)器和所述第一分離器通過(guò)緩沖罐連接。

14、進(jìn)一步地，還包括處理模塊，所述處理模塊包括與所述換熱器出料口連接的第二分離器，以及與所述第二分離器分別連接的第一廢料罐和第二廢料罐；

15、所述第一廢料罐和所述第二廢料罐分別用于收集反應(yīng)后的有機(jī)液體廢料和催化劑。

16、進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)水罐通過(guò)進(jìn)水管道與所述反應(yīng)器連接，所述進(jìn)水管道上設(shè)置有水泵。

17、進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣管道上設(shè)置有氣泵。

18、進(jìn)一步地，所述反應(yīng)器的下端還設(shè)置有加熱部件。

19、本發(fā)明還提供了上述的制氫系統(tǒng)的工作方法，包括，

20、將水和漿態(tài)制氫材料輸送至反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)形成制氫混合物；

21、制氫混合物在反應(yīng)器的多層斜板結(jié)構(gòu)下隨著重力作用下落并持續(xù)進(jìn)行釋氫反應(yīng)，釋氫反應(yīng)過(guò)程中，換熱器利用制氫混合物反應(yīng)產(chǎn)生的廢料的熱量對(duì)水進(jìn)行熱交換形成水蒸氣，通過(guò)擾動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱。

22、需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，漿態(tài)制氫材料無(wú)需嚴(yán)格限定，它可以由納米微晶金屬、有機(jī)液體和催化劑組成。其中，以質(zhì)量百分比計(jì)，納米微晶金屬、有機(jī)液體和催化劑含量分別為1-40wt.％，50-95wt.％，1-25wt.％；納米微晶金屬可以是平均粒徑為100-1000nm的na、k、mg和al中的至少一種；有機(jī)液體為芳香族化合物的全氫化產(chǎn)物、雜環(huán)化合物的全氫化產(chǎn)物和液態(tài)有機(jī)多元醇的全氫化產(chǎn)物中的至少一種，所述芳香族化合物的全氫化產(chǎn)物為環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、二甲基環(huán)己烷、癸烷和十氫萘等中的至少一種；所述雜環(huán)化合物的全氫化產(chǎn)物為全氫化n-乙基咔唑、全氫化n-丙基咔唑、全氫化n-甲基吲哚、全氫化n-乙基吲哚、全氫化喹啉等中的至少一種；所述液態(tài)有機(jī)多元醇全氫化產(chǎn)物為甲醇、乙醇和異丙醇等中的至少一種。催化劑可以為pd基、pt基催化劑中的至少一種。

23、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下的有益效果：

24、本發(fā)明將反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置多層斜板結(jié)構(gòu)，水和漿態(tài)制氫材料形成制氫混合物在重力作用下沿著多層斜板自上而下流動(dòng)并持續(xù)進(jìn)行釋氫反應(yīng)，充分利用制氫混合物反應(yīng)產(chǎn)生的廢料的熱量對(duì)水進(jìn)行熱交換形成水蒸氣，通過(guò)擾動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)效率和能源利用率的顯著提升。

技術(shù)特征：

1.基于界面反應(yīng)熱耦合的寬溫區(qū)漿態(tài)儲(chǔ)氫連續(xù)水解制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括反應(yīng)器、與反應(yīng)器分別連接的進(jìn)料模塊和收集模塊，以及換熱器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)料模塊包括與所述反應(yīng)器分別連接的儲(chǔ)水罐和儲(chǔ)料罐，所述儲(chǔ)料罐用于儲(chǔ)存漿態(tài)制氫材料；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述收集模塊包括與所述反應(yīng)器依次連接的第一分離器、膜分離器和儲(chǔ)氫罐。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器的出氣口與所述反應(yīng)器的底部通過(guò)進(jìn)氣管道連接；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器和所述第一分離器通過(guò)緩沖罐連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制氫系統(tǒng)，其特征在于，還包括處理模塊，所述處理模塊包括與所述換熱器出料口連接的第二分離器，以及與所述第二分離器分別連接的第一廢料罐和第二廢料罐；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)水罐通過(guò)進(jìn)水管道與所述反應(yīng)器連接，所述進(jìn)水管道上設(shè)置有水泵。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣管道上設(shè)置有氣泵。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器的下端還設(shè)置有加熱部件。

10.一種采用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制氫系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于界面反應(yīng)熱耦合的寬溫區(qū)漿態(tài)儲(chǔ)氫連續(xù)水解制氫系統(tǒng)，包括反應(yīng)器、與反應(yīng)器分別連接的進(jìn)料模塊和收集模塊，以及換熱器；進(jìn)料模塊用于將水和漿態(tài)制氫材料輸送至反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)形成制氫混合物；反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置多層斜板結(jié)構(gòu)；收集模塊用于收集反應(yīng)器產(chǎn)生的氫氣；換熱器用于利用制氫混合物反應(yīng)產(chǎn)生的廢料的熱量對(duì)水進(jìn)行熱交換形成水蒸氣，并將水蒸氣輸送至反應(yīng)器。本發(fā)明將反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置多層斜板結(jié)構(gòu)，制氫混合物在重力作用下沿著多層斜板自上而下流動(dòng)并持續(xù)進(jìn)行釋氫反應(yīng)，充分利用制氫混合物反應(yīng)產(chǎn)生的廢料的熱量對(duì)水進(jìn)行熱交換形成水蒸氣，通過(guò)擾動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)效率和能源利用率的顯著提升。

技術(shù)研發(fā)人員：楊明,高榮懿,董媛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8