用于制得金属氢化物浆料的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于制得金属氢化物浆料的方法和系统
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月I日提交的美国申请第13/782，747号的优先权。其公开内容以全文引用的方式并入。
技术领域
[0003]本文涉及用于制得金属氢化物浆料，尤其氢化镁浆料的系统和技术。
【背景技术】
[0004]呈电力形式的能量可以例如通过向电解过程施加电力使水中的氢与氧解离而以氢的形式储存。呈热量形式的能量也可以通过使用热转化过程使水中的氢与氧解离而以氢形式储存。
[0005]氢可以并入金属氢化物中。稍后，可以通过将水与金属氢化物混合来释放氢并且用于例如向汽车提供能量。使用500°C或更高的温度和200大气压或更高的压力，可以将镁和氢转化成氢化镁。催化剂可以降低所需的温度和压力。
【发明内容】
[0006]本文描述可以用于生产金属氢化物浆料的系统和技术。举例来说，公开了生产氢化镁浆料的方法。一般来说，生产金属氢化物浆料的方法包括将金属与液体载剂组合以形成金属浆料并且当金属在浆料中时使其氢化。相比于在浆料的液体载剂不存在下使金属氢化，在液体载剂存在下使金属氢化更安全。当金属粒子与液体载剂混合时，金属粒子可以被保护免受空气中的水分或氧气。这可以降低与镁粉处理相关的风险。一些金属氢化物形成剂极易反应，因此液体载剂的存在可以使此类金属粒子的处理更安全。在液体载剂存在下可以进一步制成金属粒子或减小金属粒子的尺寸。
[0007]当在浆料中时使金属氢化也可以更便宜。通过在周围的液体载剂存在下使金属氢化，可以搅拌浆料以提高从经加热的金属粒子到周围的液体载剂的热传递速率，其可以使得所述过程更有效并且因此更便宜。使用栗传输浆料也可以降低成本，因为消除了用于安全处理镁粉的更昂贵的技术。
[0008]另外，在一些情况下，在金属氢化之前，可以将金属氢化物添加到浆料中以帮助催化金属到金属氢化物的反应。
[0009]—或多个实施例的细节阐述于以下随附图式和实施方式中。其它特征和优势将从实施方式和图式以及权利要求书显而易见。
【附图说明】
[0010]图1是显示制得氢化镁浆料的示例性制程的流程图。
[0011]图2是金属氢化物充氢装置的示意图。
[0012]图3是金属氢化物放氢装置的示意图。
【具体实施方式】
[0013]—般来说，提供系统和方法以用于形成金属氢化物浆料并且在金属氢化物浆料中储存能量。本文所描述的金属氢化物浆料可以包括氢化金属或氢化金属合金。金属或金属合金可以可逆方式脱氢并且再氢化，取决于浆料所经受的条件(例如热量和/或压力)。
[0014]制得本文所提供的金属氢化物浆料的方法可以包括将金属添加到液体载剂中以产生金属浆料，并且使金属浆料中的金属氢化以产生金属氢化物浆料。相比于在浆料的液体载剂不存在下使金属氢化，在液体载剂存在下使金属氢化可能更安全。当金属粒子与液体载剂(例如矿物油)混合时，金属或金属合金可以被保护免受空气中的水分或氧气。形成金属的一些金属氢化物极易与氧气或水反应，因此可以保护粒子免受氧气或水的液体载剂的存在可以使得金属(例如金属粒子)的处理更安全。在液体载剂存在下可以进一步制成金属粒子或减小金属粒子的尺寸。
[0015]当在浆料中时使金属氢化也可以更便宜。通过在周围的液体载剂存在下使金属氢化，可以搅拌浆料以提高从经加热的金属粒子到周围的液体载剂的热传递速率，其可以使得所述过程更有效并且因此更便宜。所述制程将能够使用栗而非粉末处理技术来移动粉末状金属，并且可以用氢化器中的浆料的移动提供搅动。栗通常比粉末处理制程便宜。使用浆料途径时成本较低的主要原因是与浆料处理而非必须保护免受空气和水的粉末处理相关的风险降低。另外，在一些情况下，在金属氢化之前，可以将金属氢化物添加到浆料中以帮助催化金属到金属氢化物的反应。
[0016]图1描绘用于制得本文所提供的金属氢化物浆料的示例性制程100。在本文所提供的方法中金属或金属合金可以用作氢化物形成剂。金属或金属合金可以呈粒子形式。图1描绘形成金属粒子的步骤110以及将金属粒子与液体载剂混合以制得金属楽料的步骤120。粒子可以在放置于液体载剂中之前、期间或之后形成。举例来说，金属或金属合金可以在液体载剂存在下通过压碎金属/液体载剂混合物而形成为粒子。在一些情况下，首先将可逆氢化物形成剂粉末与矿物油(和任选地分散剂)的混合物组合，其接着碾磨(例如在碾磨器或研磨机中)以进一步减小粒子尺寸。在一些情况下，最终粒子在其最小尺度上的尺寸主要为约I微米到约200微米(例如约I微米到约100微米，或约I微米到约50微米)。在一些情况下，金属或金属合金在引入液体载剂中之前可以流延成粒子、压碎成粒子、切削成粒子或压碎成粒子。
[0017]在一些情况下，金属或金属合金熔融并且喷射到液体载剂中以产生通过液体载剂冷却的金属或金属合金的粒子。在此制程中，金属熔融并且接着通过喷嘴栗送形成粒子喷射。在一些情况下，在喷射器中引入气体以帮助雾化。可以将金属的液体雾化液滴喷射到容器中以保护液滴不与空气或水分接触。在所述容器中，可以将气体和/或油的射流喷射跨过雾化射流以冷却粒子。可以接着通过油捕获粒子并且从冷却腔室中去除。喷射和冷却制程可以在氢气氛中或在惰性气体气氛中进行。
[0018]粒子可以具有任何适合的尺寸。在一些情况下，粒子的平均直径在0.1微米与200微米之间(例如在0.5微米与50微米之间，在0.75微米与30微米之间，在0.1微米与I微米之间，在I微米与10微米之间，在10微米与20微米之间，在20微米与30微米之间，在30微米与40微米之间，在40微米与50微米之间，在50微米与60微米之间，在60微米与70微米之间，在70微米与80微米之间，在80微米与90微米之间，在90微米与100微米之间，在100微米与150微米之间，或在150微米与200微米之间)。在一些情况下，粒子的平均直径小于5微米。
[0019]图1进一步描绘将金属粒子转化成金属氢化物的步骤130。在简单形式中，反应涉及使气态氢与金属或金属合金接触。这一反应可以表示如下:
[0020]M+x/2H2?—?MHX
[0021]其中M是金属或金属合金，并且X是最终金属氢化物产物中的氢原子的数量。这一反应有时被描述为吸附过程而非结合过程。
[0022]在充氢装置中，金属浆料可以转化成金属氢化物浆料。充氢装置可以包括浆料保持容器和加热装置(例如加热线圈、热交换器、加热塞和/或逆流式热交换器)，其用于将其中的金属浆料加热到充氢温度。充氢装置还包括氢气入口和任选地用于维持容器内的充氢压力的压力调节器。当充氢反应放热时，充氢装置可以包括排热设备(例如热栗或热交换器)用于维持充氢的浆料在所需温度范围内。充氢装置还可以包括搅拌或混合组件以在整个浆料中产生更均匀的温度分布，并且帮助氢分布于整个浆料中。充氢装置可以供应有新产生的金属浆料。
[0023]在一些实例中，充氢装置在逐批基础上进行操作。将金属浆料栗送到装置中，将其加热并且供应有氢气直到金属浆料转化成金属氢化物浆料。排空压力，冷却浆料，并且从装置栗送金属氢化物浆料(例如到储存槽中)。接着重复所述制程。在一些情况下，充氢装置连续地操作，因为浆料连续地被栗送、加热、充氢、冷却并且去除。
[0024]如图2中示出，在连续模式中，通过栗154将充氢设备150、金属浆料152馈入导管156的第一部分中，在所述部分中其被加热线圈158加热到充氢温度。在加热后，将金属楽料152栗送到具有位于金属浆料152上方的顶部空间161的压力腔室160中。经由气体入口 163将氢气162引入顶部空间161中，在所述顶部空间中其与金属浆料152的表面153直接接触。在引发氢化物反应足够的压力(假定所选温度)下引入氢气162。或者，在浆料池底部使用鼓泡管引入氢气以产生许多极小的氢气泡。氢上升通过浆料增加了浆料的表面积并且促进被金属氢化物吸收的速率。压力腔室160是具有足够的长度以在与浆料的流动速率组合时产生压力腔室160中的浆料的延迟时间，其对于浆料的实质上完全充氢来说是足够的。当金属浆料152中的金属氢化形成充氢金属氢化物浆料168时，浆料释放热量。任选的热交换器166收集热量并且将热量从浆料传递到导管156的第一部分，在所述部分中其帮助加热金属浆料152。在浆料充满后，其离开压力腔室160并且进入导管172的第三部分，在所述部分中其例如通过热交换器166冷却到约室温。接着将充氢金属氢化物楽料栗送出充氢装置150。
[0025]在这一配置的一个变化形式中，所述制程可以通过栗送一些放氢金属氢化物浆料通过逆流式热交换器并且接着通过加热器(将提高放氢金属氢化物浆料的温度到操作温度)并且接着进入充氢卷(其中氢将接触浆料)。在金属或金属合金与氢之间的反应将产生热量，必须主动地去除其中一些热量以维持浆料温度在所需反应温度下。在氢化部分中持续几小时之后，氢化将完成并且充氢金属氢化物浆料将通过逆流式热交换器传送回并且进入充氢金属氢化物浆料的分离容器中。传送通过逆流式热交换器一侧的热浆料将损失其热量给传送通过逆流式热交换器