本發(fā)明涉及一種液體有機(jī)儲(chǔ)氫載體反應(yīng)釜系統(tǒng)，尤其是涉及一種液體有機(jī)儲(chǔ)氫載體反應(yīng)釜熱綜合利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池是一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)電解質(zhì)的不同，可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池，堿性燃料電池，磷酸型燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低，電流密度大，響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定。而且反應(yīng)生成物只有水，不存在腐蝕性。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池在車輛交通和備用電源等領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。

對(duì)于質(zhì)子交換膜燃料電池中所需的氫氣，目前工業(yè)上采用在-253℃低溫液化儲(chǔ)氫或200-700bar高壓存儲(chǔ)氫氣，但是其成本較高，體積較大，且具有泄露危險(xiǎn)。當(dāng)應(yīng)用于汽車等移動(dòng)交通領(lǐng)域時(shí)，一般采用350bar或700bar的高壓儲(chǔ)氫的方式，為了滿足汽車加氫要求，但高壓加氫站稀少，建立加氫站成本極高，不利于燃料電池在汽車領(lǐng)域的推廣。如果能夠?qū)浞肿游皆谀撤N載體上，實(shí)現(xiàn)常溫常壓下的安全儲(chǔ)存，待使用時(shí)能將氫在溫和條件下可控的釋放，則可有效、安全地使用氫能。因此，全球主要的工業(yè)國家都在研發(fā)基于常溫常壓的液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫技術(shù)。

中國地質(zhì)大學(xué)武漢可持續(xù)能源實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在中組部第二批“千人計(jì)劃”程寒松教授的帶領(lǐng)下，在原美國工作基礎(chǔ)上通過長期的探索和研究，發(fā)現(xiàn)了一類液態(tài)有機(jī)共扼分子儲(chǔ)氫材料，此類材料具有熔點(diǎn)低(目前開發(fā)的技術(shù)已低至-20℃)、閃點(diǎn)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(diǎn)，且循環(huán)壽命高(2000次以上)、可逆性強(qiáng)，并且不產(chǎn)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(tài)方式存在，可以像石油一樣在常溫常壓下儲(chǔ)存和運(yùn)輸，完全可利用現(xiàn)有汽油輸送方式和加油站構(gòu)架。

但是這種液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫載體釋放氫氣時(shí)需要在催化劑的作用下在高溫反應(yīng)釜中進(jìn)行脫氫反應(yīng)。該脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需要反應(yīng)釜維持在120-250℃，因此需要消耗大量的熱量，同時(shí)反應(yīng)后產(chǎn)生的廢液和釋放的氫氣也都含有大量的熱量。cn104971675a所申請(qǐng)的一種用于液態(tài)氫源材料進(jìn)行脫氫反應(yīng)的插層式反應(yīng)裝置，通過電加熱裝置提供反應(yīng)釜反應(yīng)需要的溫度。cn104979574a所申請(qǐng)的一種基于燃料電池的液態(tài)氫源材料供氫反應(yīng)系統(tǒng)和cn104975987a所申請(qǐng)的一種氫能源轉(zhuǎn)化裝置中熱利用系統(tǒng)，利用原液對(duì)燃料電池電堆對(duì)原液進(jìn)行加熱，但是該種原液通過質(zhì)子交換膜燃料電池時(shí)，可能會(huì)損壞電堆(質(zhì)子交換膜冷卻介質(zhì)是去離子水或去離子水和乙二醇的混合液)。cn105060244a所申請(qǐng)的一種液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫載體的連續(xù)式加氫反應(yīng)系統(tǒng)及加氫反應(yīng)方法利用管路電伴熱的方法對(duì)流經(jīng)管路的儲(chǔ)氫原液進(jìn)行加熱，同時(shí)反應(yīng)脫氫后廢液含有大量的熱也未充分利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種液體有機(jī)儲(chǔ)氫載體反應(yīng)釜熱綜合利用系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種液體有機(jī)儲(chǔ)氫載體反應(yīng)釜熱綜合利用系統(tǒng)，包括原液罐、原液泵、反應(yīng)釜和廢液罐，所述的原液罐通過原液泵連接反應(yīng)釜原液輸入端，反應(yīng)釜廢液輸出端連接廢液罐，該系統(tǒng)還包括初級(jí)換熱器和二級(jí)換熱器，所述的初級(jí)換熱器設(shè)置在原液罐和原液泵之間，所述的初級(jí)換熱器通過氫氣管路連接反應(yīng)釜?dú)錃廨敵龆耍龅亩?jí)換熱器設(shè)置在原液泵和反應(yīng)釜之間，二級(jí)換熱器通過原液管路連通原液泵和反應(yīng)釜原液端，二級(jí)換熱器還通過廢液管路連通反應(yīng)釜廢液輸出端和廢液罐；

所述的初級(jí)換熱器流通原液罐流出的原液以及反應(yīng)釜?dú)錃廨敵龆溯敵龅臍錃庑纬稍?氫氣熱交換通道，所述的二級(jí)換熱器流通原液泵流出的原液以及反應(yīng)釜廢液輸出端的廢液形成原液-廢液熱交換通道。

該系統(tǒng)還包括控制器，所述的控制器連接原液泵。

所述的反應(yīng)釜廢液輸出端與二級(jí)換熱器之間設(shè)有排液電磁閥，所述的排液電磁閥連接所述的控制器。

該系統(tǒng)還包括排液控制單元，所述的排液控制單元包括液位傳感器，所述的液位傳感器設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)，所述的液位傳感器連接所述的控制器。

反應(yīng)釜?dú)錃廨敵龆伺c初級(jí)換熱器之間還設(shè)有用于分離氫氣輸出端輸出的氫氣中的有機(jī)原液或廢液的分離器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明設(shè)置初級(jí)換特器形成原液-氫氣熱交換通道，通過高溫氫氣對(duì)原液進(jìn)行加熱，同時(shí)對(duì)氫氣進(jìn)行了冷卻，設(shè)置的二級(jí)換熱器形成原液-廢液熱交換通道，通過廢液對(duì)原液進(jìn)行二次加熱，同時(shí)對(duì)廢液進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)了熱量的綜合利用，節(jié)省能源；

(2)本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，取消了額外的冷卻介質(zhì)和預(yù)熱裝置，精簡了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，高效經(jīng)濟(jì)；

(3)本發(fā)明設(shè)置液位傳感器實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜中廢液的有效監(jiān)控，從而通過控制器控制排液電磁閥的開度大小，實(shí)現(xiàn)精度有效控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明液體有機(jī)儲(chǔ)氫載體反應(yīng)釜熱綜合利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1為原液罐，2為初級(jí)換熱器，3為原液泵，4為第一原液管路，5為二級(jí)換熱器，6為第二原液管路，7為反應(yīng)釜，8為氫氣前處理裝置，9為第一氫氣管路，10為第二氫氣管路，11為氫氣后處理裝置，12為液位傳感器，13為第一廢液管路，14為排液電磁閥，15為第二廢液管路，16為廢液罐，17為控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例

如圖1所示，一種液體有機(jī)儲(chǔ)氫載體反應(yīng)釜熱綜合利用系統(tǒng)，包括原液罐1、原液泵3、反應(yīng)釜7和廢液罐16，原液罐1通過原液泵3連接反應(yīng)釜7原液輸入端，反應(yīng)釜7廢液輸出端連接廢液罐16，該系統(tǒng)還包括初級(jí)換熱器2和二級(jí)換熱器5，初級(jí)換熱器2設(shè)置在原液罐1和原液泵3之間，初級(jí)換熱器2通過氫氣管路連接反應(yīng)釜7氫氣輸出端，二級(jí)換熱器5設(shè)置在原液泵3和反應(yīng)釜7之間，二級(jí)換熱器5通過原液管路連通原液泵3和反應(yīng)釜7原液端，二級(jí)換熱器5還通過廢液管路連通反應(yīng)釜7廢液輸出端和廢液罐16；初級(jí)換熱器2流通原液罐1流出的原液以及反應(yīng)釜7氫氣輸出端輸出的氫氣形成原液-氫氣熱交換通道，二級(jí)換熱器5流通原液泵3流出的原液以及反應(yīng)釜7廢液輸出端的廢液形成原液-廢液熱交換通道。

溫度為t00的原液從原液罐1中首先經(jīng)過初級(jí)換熱器2進(jìn)行初步加熱，溫度從t00上升到t01，初級(jí)換熱器2另一側(cè)熱介質(zhì)流是反應(yīng)釜7中產(chǎn)生的高溫氫氣，經(jīng)過初級(jí)換熱后，該氫氣溫度從較高溫度的t10降低到較低溫度的t11。經(jīng)過初級(jí)加熱的原液從所述氫氣換熱器流出，經(jīng)過原液泵3和第一原液管路4進(jìn)入二級(jí)換熱器5，二級(jí)換熱器5的另一側(cè)熱介質(zhì)是反應(yīng)釜7中脫氫反應(yīng)后產(chǎn)生的高溫廢液，高溫廢液通過第一廢液管路13連通至二級(jí)換熱器5。二級(jí)換熱器5中流通的原液和廢液進(jìn)行熱交換，原液溫度從t01上升到t02，最終通過第二原液管路6進(jìn)入反應(yīng)釜7；同時(shí)，廢液溫度從較高溫度的t03降低到較低溫度的t04，最后通過第二廢液管路15流入廢液罐16。

該系統(tǒng)還包括控制器17，控制器17連接原液泵3。反應(yīng)釜7廢液輸出端與二級(jí)換熱器5之間設(shè)有排液電磁閥14，排液電磁閥14連接控制器17。該系統(tǒng)還包括排液控制單元，排液控制單元包括液位傳感器12，液位傳感器12設(shè)置在反應(yīng)釜7內(nèi)，液位傳感器12連接控制器17?？刂破?7根據(jù)所述液位傳感器12的廢液液位信息和原液泵3的流量信息自動(dòng)調(diào)節(jié)所述排液電磁閥14的開啟時(shí)間和開啟持續(xù)時(shí)間?？刂破?7采用市面上常用的數(shù)字控制器，如單片機(jī)、arm控制器等。

反應(yīng)釜7氫氣輸出端與初級(jí)換熱器2之間還設(shè)有氫氣前處理裝置8，這里氫氣前處理裝置8為用于分離氫氣輸出端輸出的氫氣中的有機(jī)原液或廢液的分離器。通過分離器分離后的氫氣通過第一氫氣管路9連通至初級(jí)換熱器2，冷卻后的氫氣通過第二換熱器還可以通過第二氫氣管路10連接氫氣后處理裝置11進(jìn)行相應(yīng)處理，進(jìn)而進(jìn)去終端儲(chǔ)氫罐或進(jìn)入其他耗氫設(shè)備。

本發(fā)明的優(yōu)越功效在于：

(1)充分利用系統(tǒng)反應(yīng)嘗試的廢熱對(duì)待反應(yīng)原液加熱，和相關(guān)領(lǐng)域的類似專利相比，可以降低反應(yīng)釜7的功耗，節(jié)省能源；

(2)冷卻了反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣，方便氫氣的存儲(chǔ)或者再利用，如進(jìn)入燃料電池發(fā)電(一般要求氫氣溫度≤60℃)；

(3)冷卻了反應(yīng)后的有機(jī)廢液，便于存儲(chǔ)回收；(4)結(jié)構(gòu)簡單，取消了額外的冷卻介質(zhì)和預(yù)熱裝置，精簡了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

因此，通過以上技術(shù)，本發(fā)明通過對(duì)液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫載氣反應(yīng)裝置產(chǎn)生的熱綜合利用，使得整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，高效經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)生積極、有益的技術(shù)效果。

上述的具體實(shí)施方式只是示例性的，是為了更好的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本專利，并不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求范圍的限制；只要是根據(jù)本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。