一种液态氢源材料的脱氢反应系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有机液态储氢技术领域，特别涉及一种常温常压液态氢源材料的脱氢系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002]发展新能源以替代或部分替代不可再生的化石燃料是本世纪人类面临的最大挑战之一。在国务院去年颁布的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中，以氢能燃料电池为代表的新能源和新能源汽车作为重点发展产业方向被分别单独列出，并提出了明确的发展目标和发展路线。氢能由于原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源技术。
[0003]氢能技术包括氢的规模制备、储存和运输、高效率使用以及配套基础设施的建设等环节，其中储存和运输，是安全有效的利用氢能是最关键技术之一。目前，工业上主要采用在_253°C的液化氢或350?700个大气压下高压氢等储运技术，高压氢或液化氢技术及其应用所需能耗是制氢成本的20倍以上，且存在泄漏或储氢罐压力过高等安全隐患。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，则可有效地，安全使用氢能。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。以德国为例，开发的液态有机储氢技术能够实现较温和条件下的吸/放氢循环，但释放的氢气时含有毒害燃料电池的副产物气体产生，同时容量低及使用不方便等重要缺陷；日本目前正在研发基于甲苯等传统有机材料的储氢技术，但脱氢温度过高(大于300°C )，且同样存在副产物毒化燃料电池的问题。因而这两种储氢技术规模化应用受到制约。
[0004]目前，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材料。德国开发的液态有机储氢材料能够实现较温和条件下的吸/放氢循环，但存在储氢材料释放的氢气含有毒害燃料电池的气体及使用不方便等重要缺陷；日本目前正在研发基于对甲基苯等传统有机材料的储氢技术，但脱氢温度过高(大于300°C )，且同样存在副产物毒化燃料电池的问题，因而无法实现规模化应用。
[0005]中国地质大学(武汉)可持续能源实验室研宄团队，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宄，发现了一类液态有机共轭分子储氢材料，此类材料具有熔点低(目前开发的技术已低至-20°C )、闪点高(150°C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°C )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。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种常温常压液态氢源材料的脱氢系统，并提供使用该系统提供氢的方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种液态氢源材料的脱氢反应系统，包括:
用于储存液态氢源材料和液态储氢载体的储存设备；
用于将液态氢源材料脱氢的反应釜；
用于储存氢气的缓冲罐；
设置在反应釜外部用于加热反应釜的加热装置；
通过泵将液态氢源材料经输入管输入所述反应釜，在反应釜内进行液态氢源材料的脱氢反应，产生的氢气被输送到缓冲罐，同时将脱氢后产生的液态储氢载体输送回储氢罐。
[0008]所述液态储氢载体包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80°C。
[0009]所述储存设备设置有分别存放液态氢源材料和液态储氢载体的空间。
[0010]所述储存设备包括存放液态氢源材料的第一储存罐和存放液态储氢载体的第二储存鍾。
[0011]所述反应釜为板式、列管式或塔式。
[0012]所述反应釜内填充有脱氢催化剂。
[0013]在所述反应釜和缓冲罐之间设置有用于将液态储氢载体与氢气分离的气液分离
目.ο
[0014]所述缓冲罐连接氢内燃机或氢燃料电池。
[0015]所述反应釜外部的加热装置为废热交换器、电加热器、电磁加热器或微波加热器，所述管外部设置有预热装置。所述储存设备内的液态氢源材料通过预热直接进入反应釜进行脱氢反应。
[0016]所述反应釜外部的加热装置为通过管道内的导热介质对反应釜进行加热，所述加热装置通过管道连接氢内燃机或氢燃料电池外部设置的管道传热设备，所述加热设备和管道传热设备流动的导热介质为储存液态氢源材料。所述液态氢源材料先进入氢内燃机或氢燃料电池外部设置的管道传热设备，将氢内燃机或氢燃料电池产生的热量通过加热装置传导给反应釜后，再进入反应釜进行脱氢反应。
[0017]一种使用氢反应系统提供氢的方法，通过泵将储存在储存设备中的液态氢源材料预热后输入反应釜，120?200°C 0.2MPa大气压下在脱氢催化剂的作用下液态氢源材料反应放出氢气并产生液态储氢载体，氢气被送入缓冲罐，然后被送入氢内燃机或氢燃料电池，液态储氢载体被送回储存设备。
[0018]一种脱氢反应系统提供氢的方法，通过泵将储存在储存设备中的液态氢源材料送入氢内燃机或氢燃料电池外部设置的管道传热设备，通过加热装置进入反应釜，120?200°C 0.2MPa大气压下在脱氢催化剂的作用下液态氢源材料反应放出氢气并产生液态储氢载体，氢气被送入缓冲罐，然后被送入氢内燃机或氢燃料电池，液态储氢载体被送回储存设备。
[0019]本发明所提供的常温常压液态氢源材料的脱氢系统用于将液态储氢材料进行脱氢反应，产生的氢气供应燃料电池或内燃机，以转化为电能或机械能以应用于汽车、电源、储能、化工、制药、移动等各种工业及民用领域。本发明的特征和优点从附图和下面的详细描述中将得到更加详细地阐明。
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例1脱氢系统的结构示意图。
[0021]图2是本发明实施例2脱氢系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体的附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0023]液态储氢载体是一种可在常温常压下呈现液态的储氢体系，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80°C。
[0024]进一步地，储氢组分选自杂环不饱和化合物，杂环不饱和化合物中的杂原子为N、S、0及P中的一种或多种。
[0025]进一步地，杂环不饱和化合物中杂环和芳环的总数为1~20，杂原子的总数为
I?20 ο
[0026]进一步地，相对于液态储氢体系的总质量而言，低熔点化合物的质量分数为5?95%ο
[0027]进一步地，液态储氢体系还包括加氢添加剂，加氢添加剂为极性溶剂和/或非极性溶剂。
[0028]进一步地，相对于每克储氢组分而言，加氢添加剂的加入量为0.l~10mL。
[0029]进一步地，不同的储氢组分分别选自苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、苯乙炔、蒽、萘、芴、苯胺、咔唑、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑、N-异丙基咔唑、N-正丁基咔唑、吲哚、N-甲基吲哚、N-乙基吲哚、N-丙基吲哚、喹啉、异喹啉、吡啶、吡咯、呋喃、苯并呋喃、噻吩、嘧啶及咪唑所组成的组及其衍生物。
[0030]进一步地，极性溶剂选自乙醇、甲醇、乙醚、甲醚、乙腈、乙酸乙酯、甲酰胺、异丙醇、正丁醇、二氧六环、正丁醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿及二氯乙烷中的一种或多种。
[0031]进一步地，非极性溶剂选自正己烷、正戊烷、环己烷、均三甲苯、二硫化碳、石油醚及四氯化碳中的一种或多种。
[0032]进一步地，储氢体系还包括脱氢添加剂，脱氢添加剂选自十氢化萘、均三甲苯、石油醚及苯醚中的一种或多种。
[0033]进一步地，相对于每克储氢组分而言，脱氢添加剂的加入量为0.l~10mL。
[0034]液态储氢载体在加氢催化剂的作用下进行加氢化学反应生成液态氢源材料，液态氢源材料在脱氢催化剂的作用下进行脱氢化学反应还原为液态储氢载体。
[0035]用于储存液态氢源材料和液态储氢载体的储存设备，储存设备可以是储存罐或者其他形式，体积可以是微型或车载或大型储存罐体。储存设备可以设置有分别存放液态氢源材料和液态