專利名稱：利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氣的儲(chǔ)存和輸送技術(shù)，尤其涉及一種利用芳香族化合物連續(xù)吸收和 放出氫氣的裝置及方法。
背景技術(shù)：
氫能源具有來(lái)源豐富、可再生、能量密度高和清潔等特點(diǎn)，是最具發(fā)展?jié)摿Φ那?潔能源之一，開發(fā)中低溫條件下儲(chǔ)氫容量高、成本低的儲(chǔ)氫材料是當(dāng)前的一個(gè)重要發(fā)展方 向.衡量一種氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)好壞的依據(jù)有儲(chǔ)氫成本、儲(chǔ)氫密度和安全性等幾個(gè)方面。國(guó)際 能源署規(guī)定，實(shí)用的儲(chǔ)氫系統(tǒng)必須達(dá)到5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))和40kg/m3(體積儲(chǔ)氫密度)的指 標(biāo)。由于氫具有質(zhì)量輕，難以壓縮、液化，易燃、易爆，高壓下可透過(guò)容器壁，易與容器金屬形 成氫化物而產(chǎn)生氫脆的特點(diǎn)，因此尋找和探索能適用于大規(guī)模儲(chǔ)氫的技術(shù)將是一項(xiàng)重要的 研究課題。與深冷液化儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫、高壓壓縮儲(chǔ)氫等儲(chǔ)氫方法相比，有機(jī)液體氫化 物儲(chǔ)氫具有儲(chǔ)氫密度高、運(yùn)輸安全等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有應(yīng)用前景的儲(chǔ)氫技術(shù)。苯、甲苯和萘 等是比較常見(jiàn)的理想液態(tài)儲(chǔ)氫材料，其儲(chǔ)氫量高于傳統(tǒng)的高壓壓縮儲(chǔ)氫和金屬氫化物儲(chǔ) 氫。在過(guò)去使用有機(jī)液作為儲(chǔ)氫材料一直沒(méi)有引起足夠的重視(盡管它具有很多的優(yōu)點(diǎn))， 這主要是由于脫氫反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)吸熱的過(guò)程，傳統(tǒng)的有機(jī)氫化物脫氫反應(yīng)條件比較苛刻， 需要的反應(yīng)溫度較高(600-700K)裝置復(fù)雜。尤其是需要在氣態(tài)條件下進(jìn)行脫氫時(shí)，使反應(yīng) 較難控制。近來(lái)，美國(guó)空氣化工產(chǎn)品公司(Air Products)在他們的專利US 7101530和 US7351395中首次通過(guò)研究了雜環(huán)芳香型分子在有機(jī)液儲(chǔ)氫方面的使用，研究發(fā)現(xiàn)芳香族 化合物中雜原子的加入可以減少脫氫反應(yīng)所需的吸熱量，使得在汽車上使用有機(jī)氫化物釋 放出來(lái)的氫氣作為動(dòng)力成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放 出氫氣的裝置及方法。利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的裝置包括進(jìn)氣口、第一壓力表、吸氫氫 庫(kù)、第一放空閥、第一閥門、高壓反應(yīng)釜、第二壓力表、第二放空閥、第二閥門、脫氫氫庫(kù)，第 三放空閥、第三壓力表，第一傳感器、第二傳感器、第一巡檢儀、第二巡檢儀、電腦；進(jìn)氣口、 吸氫氫庫(kù)、第一閥門、高壓反應(yīng)釜、第二閥門、脫氫氫庫(kù)順次連接，吸氫氫庫(kù)上設(shè)有第一放空 閥、第一壓力表，吸氫氫庫(kù)、第一傳感器、第一巡檢儀、電腦順次連接，脫氫氫庫(kù)上設(shè)有第三 放空閥、第三壓力表，脫氫氫庫(kù)、第二傳感器、第二巡檢儀、電腦順次連接，高壓反應(yīng)釜上設(shè) 有第二壓力表、第二放空閥。所述的高壓反應(yīng)釜是采用磁攪拌高壓反應(yīng)釜。利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的方法是往吸氫氫庫(kù)中充入2. OMPa 6. OMPa壓強(qiáng)的氫氣，同時(shí)往高壓反應(yīng)釜中放入質(zhì)量百分比含量為50 99. 5%的芳香族 化合物，質(zhì)量百分比含量為0. 5 50%的催化劑，催化劑為儲(chǔ)氫合金富鑭稀土鎳MlNi5和 Raney-Ni，以及過(guò)渡金屬 Ni、Pd、Pt，Ni/Al203、Pd/Al203、Pt/Al203 和 Ni/ 活性炭、Pd/ 活性 炭、Pt/活性炭，打開第一閥門將吸氫氫庫(kù)與高壓反應(yīng)釜連通，加熱升溫至120 240°C，攪 拌，開始吸氫反應(yīng)，脫氫氫庫(kù)為真空狀態(tài)，待含有不飽和鍵的芳香族化合物吸氫結(jié)束后，關(guān) 閉第一閥門，打開第二閥門，使高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)降為常壓，在160 260°C下攪拌進(jìn)行常 壓下放氫反應(yīng)，如此完成一個(gè)吸氫和放氫的過(guò)程，依次往復(fù)循環(huán)，達(dá)到連續(xù)吸放氫的目的。所述的芳香族化合物是乙基咔唑、咔唑、甲苯、苯或萘。本發(fā)明可通過(guò)電腦自動(dòng)記錄反應(yīng)過(guò)程中氫壓的變化，在適宜的反應(yīng)溫度下實(shí)現(xiàn)吸 氫反應(yīng)，同時(shí)當(dāng)需要釋放氫氣時(shí)可以實(shí)現(xiàn)常壓下的放氫反應(yīng)；裝置占地面積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 拆卸方便，使用靈活；方法實(shí)施十分簡(jiǎn)便，投資省，生產(chǎn)效率高。


圖1是利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的裝置的構(gòu)成示意圖。圖中，進(jìn)氣口 1、第一壓力表2、吸氫氫庫(kù)3、第一放空閥4、第一閥門5、高壓反應(yīng)釜 6、第二壓力表7、第二放空閥8、第二閥門9、脫氫氫庫(kù)10，第三放空閥11、第三壓力表12，第 一傳感器13、第二傳感器14、第一巡檢儀15、第二巡檢儀16、電腦17。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的裝置包括進(jìn)氣口 1、第一壓 力表2、吸氫氫庫(kù)3、第一放空閥4、第一閥門5、高壓反應(yīng)釜6、第二壓力表7、第二放空閥8、 第二閥門9、脫氫氫庫(kù)10，第三放空閥11、第三壓力表12，第一傳感器13、第二傳感器14、第 一巡檢儀15、第二巡檢儀16、電腦17 ；進(jìn)氣口 1、吸氫氫庫(kù)3、第一閥門5、高壓反應(yīng)釜6、第 二閥門9、脫氫氫庫(kù)10順次連接，吸氫氫庫(kù)3上設(shè)有第一放空閥4、第一壓力表2，吸氫氫庫(kù) 3、第一傳感器13、第一巡檢儀15、電腦17順次連接，脫氫氫庫(kù)10上設(shè)有第三放空閥11、第 三壓力表12，脫氫氫庫(kù)10、第二傳感器14、第二巡檢儀16、電腦17順次連接，高壓反應(yīng)釜6 上設(shè)有第二壓力表7、第二放空閥8。所述的高壓反應(yīng)釜6是采用磁攪拌高壓反應(yīng)釜。利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的方法是往吸氫氫庫(kù)3中充入2. OMPa 6. OMPa壓強(qiáng)的氫氣，同時(shí)往高壓反應(yīng)釜6中放入質(zhì)量百分比含量為50 99. 5%的芳香族 化合物，質(zhì)量百分比含量為0. 5 50%的催化劑，催化劑為儲(chǔ)氫合金富鑭稀土鎳MlNi5和 Raney-Ni，以及過(guò)渡金屬 Ni、Pd、Pt，Ni/Al203、Pd/Al203、Pt/Al203 和 Ni/ 活性炭、Pd/ 活性炭、 Pt/活性炭，打開第一閥門5將吸氫氫庫(kù)3與高壓反應(yīng)釜6連通，加熱升溫至120 240°C， 攪拌，開始吸氫反應(yīng)，脫氫氫庫(kù)10為真空狀態(tài)，待含有不飽和鍵的芳香族化合物吸氫結(jié)束 后，關(guān)閉第一閥門5，打開第二閥門9，使高壓反應(yīng)釜6內(nèi)壓強(qiáng)降為常壓，在160 260°C下攪 拌進(jìn)行常壓下放氫反應(yīng)，如此完成一個(gè)吸氫和放氫的過(guò)程，依次往復(fù)循環(huán)，達(dá)到連續(xù)吸放氫 的目的。所述的芳香族化合物是乙基咔唑、咔唑、甲苯、苯或萘。本發(fā)明下面結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的范圍并不局限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1 采用圖1所示的裝置，將IOOg甲苯和IOOg MlNi5加入高壓反應(yīng)釜，經(jīng)密封抽真空， 吸氫氫庫(kù)中充入5. OMPa的高純氫氣，隨后將高壓反應(yīng)釜溫度調(diào)節(jié)到反應(yīng)溫度，連通吸氫氫 庫(kù)和高壓反應(yīng)釜，攪拌，在220°C條件下開始吸收氫氣，甲苯的吸氫容量達(dá)到3. 49wt% (質(zhì) 量?jī)?chǔ)氫密度)。實(shí)施例2 采用圖1所示的裝置，將IOg乙基咔唑和Ig Raney-Ni加入高壓反應(yīng)釜，經(jīng)密封 抽真空，吸氫氫庫(kù)中充入6. OMPa的高純氫氣，隨后將高壓反應(yīng)釜溫度調(diào)節(jié)到反應(yīng)溫度，連 通吸氫氫庫(kù)和高壓反應(yīng)釜，攪拌，在200°C條件下開始吸收氫氣，乙基咔唑的吸氫容量達(dá)到 5. Owt % (質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度)。實(shí)施例3 采用圖1所示的裝置，將IOg乙基咔唑和Ig Raney-Ni加入高壓反應(yīng)釜，吸氫氫庫(kù) 中充入5. OMPa的高純氫氣，，隨后將反應(yīng)釜溫度調(diào)節(jié)到反應(yīng)溫度，連通吸氫氫庫(kù)，攪拌，在 180°C -200°C和5. OMPa的條件下進(jìn)行吸氫反應(yīng)。脫氫氫庫(kù)為真空狀態(tài)，待乙基咔唑吸氫結(jié) 束后，關(guān)閉吸氫氫庫(kù)與反應(yīng)釜之間的閥門，連通脫氫氫庫(kù)與反應(yīng)釜，使高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)降 為常壓，在200°C時(shí)攪拌，進(jìn)行放氫反應(yīng)，。在這樣一個(gè)吸氫和放氫的過(guò)程中，乙基咔唑的吸 氫容量達(dá)到5.61wt%，轉(zhuǎn)化率為96. 85% ；最大放氫量為0. 197mol，轉(zhuǎn)化率為66. 1%。
權(quán)利要求
一種利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的裝置，其特征在于包括進(jìn)氣口(1)、第一壓力表(2)、吸氫氫庫(kù)(3)、第一放空閥(4)、第一閥門(5)、高壓反應(yīng)釜(6)、第二壓力表(7)、第二放空閥(8)、第二閥門(9)、脫氫氫庫(kù)(10)，第三放空閥(11)、第三壓力表(12)，第一傳感器(13)、第二傳感器(14)、第一巡檢儀(15)、第二巡檢儀(16)、電腦(17)；進(jìn)氣口(1)、吸氫氫庫(kù)(3)、第一閥門(5)、高壓反應(yīng)釜(6)、第二閥門(9)、脫氫氫庫(kù)(10)順次連接，吸氫氫(3)上設(shè)有第一放空閥(4)、第一壓力表(2)，吸氫氫庫(kù)(3)、第一傳感器(13)、第一巡檢儀(15)、電腦(17)順次連接，脫氫氫庫(kù)(10)上設(shè)有第三放空閥(11)、第三壓力表(12)，脫氫氫庫(kù)(10)、第二傳感器(14)、第二巡檢儀(16)、電腦(17)順次連接，高壓反應(yīng)釜(6)上設(shè)有第二壓力表(7)、第二放空閥(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的裝置，其特征 在于所述的高壓反應(yīng)釜6是采用磁攪拌高壓反應(yīng)釜。
3.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的方法， 其特征在于往吸氫氫庫(kù)(3)中充入2. OMPa 6. OMPa壓強(qiáng)的氫氣，同時(shí)往高壓反應(yīng)釜(6)中 放入質(zhì)量百分比含量為50 99. 5%的芳香族化合物，質(zhì)量百分比含量為0. 5 50%的催 化劑，催化劑為儲(chǔ)氫合金富鑭稀土鎳MlNi5和Raney-Ni，以及過(guò)渡金屬Ni、Pd、Pt，Ni/Al203、 Pd/Al203、PtAl2O3和Ni/活性炭、Pd/活性炭、Pt/活性炭，打開第一閥門(5)將吸氫氫庫(kù) ⑶與高壓反應(yīng)釜(6)連通，加熱升溫至120 240°C，攪拌，開始吸氫反應(yīng)，脫氫氫庫(kù)(10) 為真空狀態(tài)，待含有不飽和鍵的芳香族化合物吸氫結(jié)束后，關(guān)閉第一閥門(5)，打開第二閥 門(9)，使高壓反應(yīng)釜(6)內(nèi)壓強(qiáng)降為常壓，在160 260°C下攪拌進(jìn)行常壓下放氫反應(yīng)，如 此完成一個(gè)吸氫和放氫的過(guò)程，依次往復(fù)循環(huán)，達(dá)到連續(xù)吸放氫的目的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的方法，其特征 在于所述的芳香族化合物是乙基咔唑、咔唑、甲苯、苯或萘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用芳香族化合物連續(xù)吸收和放出氫氣的裝置及方法。進(jìn)氣口、吸氫氫庫(kù)、第一閥門、高壓反應(yīng)釜、第二閥門、脫氫氫庫(kù)順次連接，吸氫氫庫(kù)上設(shè)有第一放空閥、第一壓力表，吸氫氫庫(kù)、第一傳感器、第一巡檢儀、電腦順次連接，脫氫氫庫(kù)上設(shè)有第三放空閥、第三壓力表，脫氫氫庫(kù)、第二傳感器、第二巡檢儀、電腦順次連接，高壓反應(yīng)釜上設(shè)有第二壓力表、第二放空閥。本發(fā)明可通過(guò)電腦自動(dòng)記錄反應(yīng)過(guò)程中氫壓的變化，在適宜的反應(yīng)溫度下往復(fù)循環(huán)，達(dá)到連續(xù)吸放氫的目的；裝置占地面積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸方便，使用靈活；方法實(shí)施十分簡(jiǎn)便，投資省，生產(chǎn)效率高。
文檔編號(hào)B01J19/18GK101961631SQ201010281629
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者葉旭峰, 安越, 徐國(guó)華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)