[發明專利]一種嵌入式燃燒反應器及其應用

有效

• 申請號: 201810980271.6
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN110860258B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 程寒松;楊益清;楊明
• 申請（專利權）人: 武漢氫陽能源有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;B01J19/00;F23D14/00;H01M8/04082
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高玲玲

本發明公開了一種嵌入式燃燒反應器及其應用。嵌入式燃燒反應器，包括：筒體、燃燒供熱區、儲水區、蒸汽管和催化反應區；燃燒供熱區、儲水區、蒸汽管和催化反應區設置在筒體內，其中所述儲水區設置在催化反應區內，所述燃燒供熱區穿過儲水區為儲水區提供熱量，儲水區的液體被加熱轉化成蒸汽進入與儲水區相連的蒸汽管，所述蒸汽管埋設在催化反應區內為催化反應提供熱量，蒸汽冷凝后流回儲水區。相比傳統的氫氣鍋爐裝置，本發明嵌入式燃燒反應器的熱量利用率大為提升，可以應用于脫氫反應。

技術領域

本發明屬于化工設備領域，特別涉及一種嵌入式燃燒反應器及其應用。

背景技術

氫能利用技術，如氫燃料電池和氫內燃機，可以提供穩定、高效、無污染的動力，在電動汽車及移動裝置等領域有著廣泛的應用前景。近10年來，美國、歐洲、日本等發達國家以及我國政府部門和企業投入了巨額資金來發展“氫能經濟”，在大規模化氫制備、氫燃料電池等領域都有所突破。2015年世界主要汽車廠商(包括上汽)將批量生產氫燃料電池車。據美國能源部和美國工程院的預測，氫燃料電池車將在15年至20年之內取代現有燃油車及混合動力車，在全球汽車市場居主導地位。此外，氫能技術還可用于備用電源、儲能、削峰填谷式并網發電及分布式供能、助燃及環境保護等領域。可以預見，當氫能技術迅速完成市場化進程融入人們的生活后，國家的能源危機以及環境壓力將得到極大緩解。

氫能技術包括氫的規模制備、儲存和運輸、高效率使用以及配套基礎設施的建設等環節，其中儲存和運輸,是安全有效的利用氫能是最關鍵技術之一。目前，工業上主要采用在-253℃的液化氫或350～700個大氣壓下高壓氫等儲運技術，高壓氫或液化氫技術及其應用所需能耗是制氫成本的20倍以上，且存在泄漏或儲氫罐壓力過高等安全隱患。如果能夠將氫分子吸附在某種載體上，實現常溫常壓下的安全儲存，待使用時，能將氫在溫和條件下，可控的釋放，則可有效地，安全使用氫能。因此，全球主要的工業國家都在研發基于常溫常壓的液態有機儲氫技術。以德國為例，開發的液態有機儲氫技術能夠實現較溫和條件下的吸/放氫循環，但釋放的氫氣時含有毒害燃料電池的副產物氣體產生，同時容量低及使用不方便等重要缺陷；日本目前正在研發基于甲苯等傳統有機材料的儲氫技術，但脫氫溫度過高(大于300℃)，且同樣存在副產物毒化燃料電池的問題。因而這兩種儲氫技術規模化應用受到制約。

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。氫并不是以分子的形式存在，而是通過催化加氫，共價結合到有機液體載體分子上。在使用端需要氫氣的時候即可通過催化脫氫步驟獲得氫氣。原料是富氫油，產物是貧氫油和氫氣，貧氫油通過催化加氫轉變為富氫油。載體本身不被消耗，可重新加氫，反復循環使用。

由于脫氫過程為強吸熱過程，且放出大量氫氣。一般的氫氣鍋爐或其他燃氣鍋爐，燃燒伴隨的大量熱量，通過對流、輻射等方式將產生高溫蒸汽，高溫蒸汽通過管路輸送至用戶端。燃燒生成的水氣或煙氣冷卻除塵后，排入大氣。將燃氣產生的高溫蒸汽通過管路的方式輸送至吸熱反應器中，進行供熱。此過程中，管路的能量損耗較大。且燃氣鍋爐本身的散熱，因此直接使用燃氣鍋爐與脫氫裝置通過管路連接的方式，能耗較大。

發明內容

本發明的目的是針對脫氫過程需要吸收大量熱量，提供一種嵌入式燃燒反應器及其應用。