一种氢能运输装置和运输方法与流程

本发明涉及氢气运输和管道输送技术领域，尤其涉及一种氢能运输装置和运输方法。

背景技术：

氢气是一种具有高挥发性、高能量的能源载体、燃料和石油化工原料，氢气不但可以在工业生产中用于生产合成氨、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应，而且还能大量运用于电子工业、冶金工业、食品工业、浮法玻璃、精细有机合成、航天航空等领域，且由于氢燃料具有无污染、效率高、可循环利用的优点，因此氢燃料被认为将会成为21世纪最理想的能源。

虽然氢气具有较高应用价值、较广的应用范围，然而由于氢气属于易燃易爆气体，能够在较宽的爆炸极限范围4％-74.2％内发生爆炸，所以即使混入少量的空气都可能引起爆炸。因此，氢气在贮存、运输和应用环节存在较大的安全隐患。

从运输端来讲，目前无论是液氢低温运输还是高压罐体运输，这种超低温和高压过程一方面都会造成能源消耗，另一方面运输成本较高。

从应用端来讲，大型燃料电池发电技术和氢气燃机发电技术也受到氢气运输和廉价稳定的氢气源过少的影响，目前发展缓慢。

因此，如何实现氢气的高效运输和提供新的高效的应用端是实现氢能源大规模利用的亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种利用现有的天然气运输管线将天然气和氢气进行掺混后送入运输管线以实现氢气的运输的方法和装置。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种氢能运输装置，包括：运输管线、设置在所述运输管线输入端的氢能掺混装置，和设置在所述运输管线输出端的氢能分离装置；所述氢能掺混装置，包括:混合管道、氢能管道和其它能源管道；所述混合管道包括两个输入端和一个输出端；所述混合管道的两个输入端分别连通所述氢能管道和其它能源管道；所述混合管道的输出端连通所述运输管线的输入端。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述混合管道为横向延伸，横向延伸的两端的两个管口一个为第一输入端，另一个为输出端；混合管道的第二输入端设置在混合管道的侧壁上。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述混合管道的输出端内嵌设有扩压管道；所述扩压管道包括从扩压管道的输入端向输出端依次设置的缩口段、喉口段和扩口段。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，缩口段的管内直径从扩压管道的输入端向输出端收缩；喉口段的管内直径从扩压管道的输入端向输出端等径延伸；扩口段的管内直径从扩压管道的输入端向输出端扩张。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述氢能管道在与所述混合管道连接的管口设置有第一流量测控装置和第一气压测量装置；所述其它能源管道在与所述混合管道连接的管口设置有第二流量测控装置和第二气压测量装置；所述第一流量测控装置、第一气压测量装置、第二流量测控装置和第二气压测量装置分别通过通信线路连接至控制模块。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述第一输入端内嵌设有喷嘴，所述喷嘴的输出端的前端与所述扩压管道的缩口段之间具有连通通道；所述第二输入端设置在所述混合管道的侧壁的所述连通通道的附近。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述喷嘴的管内直径从输入端向输出端渐进收缩，或所述喷嘴的管内直径从输入端向输出端渐进收缩，并在接近输出端前有一小段平管段。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述混合管道为其它能源管道的一部分；所述氢能管道从所述其它能源管道的侧壁插入所述其它能源管道内；所述氢能管道的输出端的端头折弯形成喷嘴；所述喷嘴的输出端对准所述扩压管道的输入端；所述喷嘴的输出端的前端与所述扩压管道的缩口段之间具有连通通道。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述喷嘴的管内直径从输入端向输出端渐进收缩，或所述喷嘴的管内直径从输入端向输出端渐进收缩，并在接近输出端前有一小段平管段。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述氢能分离装置可以采用深冷分离装置、变压吸附装置、膜分离装置、联合工业分离装置、水合物分离装置中的一种或多种。

进一步，所述的氢能运输装置，其中，所述分离装置包括一个输入端和两个输出端，所述输入端连通运输管线,两个输出端分别连通氢能管道和其它能源管道。

本发明还提供了一种氢能运输方法，包括以下步骤：将氢能和其它能源进行掺混，得到混合能源；将所述混合能源送入运输管线，利用运输管线对混合能源进行输送；在运输管线的输出端对所述混合能源进行分离，以将氢能从其它能源中分离出来。

本发明将氢气和天然气体进入氢能掺混装置，在氢能掺混装置中掺混后被送入运输管线，由运输管线对氢气和天然气体进行运输，之后被运输管线的各个输出端上设置的氢能分离装置分离为天然气和氢气。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1)本发明的氢能运输装置可以通过将氢能与其它能源进行掺混，并利用现有的长线能源运输管线进行运输，不必再铺设氢能长管线以及形成管线网，节约了铺设管线网的造价成本、时间成本和人力成本，大大降低氢能的运输成本。

2)本发明的运输方式比起液氢运输和高压管束罐车运输的成本低廉且能够实现氢能的大量高效运输。

3)实施本发明可以在其它能源门站设置氢能分离装置，通过氢能分离装置实现氢能在其它能源门站进行分离和纯化，从而为城市区域的氢能的大规模应用成为可能。

附图说明

图1是本发明提供的氢能运输装置的结构示意图；

图2是图1中氢能掺混装置的结构示意图；

图3是图1中氢能掺混装置的第一具体实施方式的结构示意图；

图4是图1中氢能掺混装置的第二具体实施方式的结构示意图；

图5是图1中氢能分离装置的示意图；

图6是本发明提供的氢气运输方法的步骤流程图。

附图标记：

1：运输管线；2：氢能掺混装置；3：氢能分离装置；4：扩压管道；5：流量测控装置；6：气压测量装置；7：控制模块；8：喷嘴；9：连通通道；

21：混合管道；22：氢能管道；23：其它能源管道；

41：缩口段；42：喉口段；43：扩口段；

51：第一流量测控装置；52：第二流量测控装置；

61：第一气压测量装置；62：第二气压测量装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明提供的氢能运输装置的结构示意图。

如图1所示，本发明提供了一种氢能运输装置，包括：运输管线1、氢能掺混装置2和氢能分离装置3。其中，氢能掺混装置2设置在所述运输管线1的输入端，氢能分离装置3设置在所述运输管线1的输出端。其中，f为流量测控装置，p为气压测量装置。

其中，需要说明的是，氢能可以是以气体的形式存在，例如氢气，也可以是液体的形式存在。其他能源指的是除了氢能之外的能源。例如天然气、原油。运输管线1可以采用多种现有技术中的能源运输管线。例如天然气运输管线、原油运输管线等。

本发明的作用原理：氢能和其他能源进入氢能掺混装置2，在氢能掺混装置2中掺混后得到混合能源，之后混合能源被送入运输管线1，由运输管线1对混合能源进行运输，运输管线1的各个输出端上设置的氢能分离装置3对混合能源进行分离，得到氢能和其他能源。

本发明的氢能运输装置有益效果：

1)本发明的氢能运输装置可以通过将氢能与其它能源进行掺混，并利用现有的长线能源运输管线进行运输，不必再铺设氢能长管线以及形成管线网，节约了铺设管线网的造价成本、时间成本和人力成本，大大降低氢能的运输成本。

2)本发明的运输方式比起液氢运输和高压管束罐车运输的成本低廉且能够实现氢能的大量高效运输。

3)实施本发明可以在其它能源门站设置氢能分离装置，通过氢能分离装置实现氢能在其它能源门站进行分离和纯化，从而为城市区域的氢能的大规模应用成为可能。

图2是图1中氢能掺混装置2的结构示意图。

如图2所示，在本发明氢能运输装置的一个实施方式中，氢能掺混装置2包括:混合管道21、氢能管道22和其它能源管道23；所述混合管道21包括两个输入端和一个输出端；所述混合管道21的两个输入端分别连通所述氢能管道22和其它能源管道23。所述混合管道21的输出端连通所述运输管线1的输入端。所述混合管道21为横向延伸，横向延伸的两端的两个管口一个为第一输入端，另一个为输出端；混合管道21的第二输入端设置在混合管道21的侧壁上。

具体地，可以是混合管道21的第一输入端连接氢能管道22，混合管道21的第二输入端连接其它能源管道23；也可以是混合管道21的第一输入端连接其它能源管道23，混合管道21的第二输入端连接氢能管道22。

本实施方式中氢能掺混装置2的作用原理：具体地，可以是氢气作为高压气体从氢能管道22进入混合管道21；天然气作为低压气体进入其它能源管道23，并在高压氢气的抽吸作用下进入混合管道21以与高压氢气在混合管道21内进行混合。可选的，也可以是天然气作为高压气体从其它能源管道23进入混合管道21；作为氢气低压气体进入氢能管道22，并在高压天然气的抽吸作用下进入混合管道21以与高压天然气在混合管道21内进行混合。

本实施方法的上述技术方案具有如下进一步的有益的技术效果：

1本实施方式中氢能掺混装置2对氢气和天然气进行掺混时，依靠高压气体对低压气体的抽吸进行掺混，不需要借助任何需要电机进行驱动转动的机械装置，因此，在掺混工艺本身不消耗任何能源，在保证掺混效果好的同时节约了能源；

2本实施方式中氢能掺混装置2结构紧凑，占地小，安装方便，可直接应用于天然气长输管线掺混和加气站掺混等不同应用场景。

在本发明的另一个实施方式中，在上述实施方式的基础上，所述混合管道21的输出端内嵌设有扩压管道4；所述扩压管道4包括从扩压管道4的输入端向输出端依次设置的缩口段41、喉口段42和扩口段43。缩口段41的管内直径从扩压管道4的输入端向输出端收缩；喉口段42的管内直径从扩压管道4的输入端向输出端等径延伸；扩口段43的管内直径从扩压管道4的输入端向输出端扩张。

在本发明的另一个实施方式中，在上述实施方式的基础上，对进入氢能管道22的氢气和进入其它能源管道23的天然气的混掺比例进行调节。具体地，通过对压力、流量进行监控和测量来进行调节。更具体地，所述氢能管道22在与所述混合管道21连接的管口设置有第一流量测控装置51和第一气压测量装置61；所述其它能源管道23在与所述混合管道21连接的管口设置有第二流量测控装置52和第二气压测量装置62；所述第一流量测控装置51、第一气压测量装置61、第二流量测控装置52和第二气压测量装置62分别通过通信线路连接至控制模块7。其中，上述流量测控装置包括流量计量装置和流量控制装置。流量计量装置可以采用节流孔板流量计、超声波流量计、涡街流量计和旋进旋涡流量计中的至少一种。流量控制装置可以为各种类型的阀体、开关或其他具有开闭能力的装置。

流量测控装置、气压测量装置在检测到流量数据、气压数据时，将流量数据和气压数据发送至控制模块7，控制模块7将流程数据和气压数据发送至上位机，操控人员在看到流程数据和气压数据和根据具体需求输入上位机流量控制参数，上位机基于流量控制参数得到控制指令，并将控制指令发送至控制模块7，控制模块7基于所述控制指令向所述第一流量测控装置51和第二流量测控装置52发送控制信号，以调节进入氢能管道22的气体和进入其它能源管道23的气体的流量大小。

本实施方法的上述技术方案具有如下进一步的有益的技术效果：可以实现氢气与其它可燃气体的在线、连续、可控、灵活地掺混，整个掺混过程和掺混比例可以实现远程控制。

图3是图1中氢能掺混装置2的第一具体实施方式的结构示意图。

如图3所示，在氢能掺混装置2的第一具体实施方式中，在上述各实施方式的基础上，所述第一输入端内嵌设有喷嘴8，所述喷嘴8的输出端的前端与所述扩压管道4的缩口段41之间具有连通通道9；所述氢能管道22或其它能源管道23的一端连接所述混合管道21的输入端，且对准所述喷嘴8的输入端；所述氢能管道22或其它能源管道23的一端连接至所述混合管道21的第二输入端。所述第二输入端设置在所述混合管道21的侧壁的所述连通通道9的附近。

其中，所述喷嘴8的管内直径从输入端向输出端渐进收缩，或所述喷嘴8的管内直径从输入端向输出端渐进收缩，并在接近输出端前有一小段平管段。所述喷嘴8的输出端的前端伸入所述扩压管道4的缩口段41内，或所述喷嘴8的输出端的前端与所述扩压管道4的缩口段41平齐，或所述喷嘴8的输出端的前端在所述扩压管道4的缩口段41外。所述喷嘴8的输出端的前端的直径小于所述扩压管道4缩口段41的直径，以使得在所述喷嘴8的输出端的前端与所述扩压管道4缩口段41之间留出所述连通通道9。

图4是图1中氢能掺混装置2的第二具体实施方式的结构示意图。

如图4所示，在氢能掺混装置2的第二具体实施方式中，与所述第一具体实施方式不同的是，在上述各实施方式的基础上，所述混合管道21为其它能源管道23的一部分；所述氢能管道22从所述其它能源管道23的侧壁插入所述其它能源管道23内；所述氢能管道22的输出端的端头折弯形成喷嘴8，具体地，折弯状角度可以为90度。所述喷嘴8的输出端对准所述扩压管道4的输入端；所述喷嘴8的输出端的前端与所述扩压管道4的缩口段41之间具有连通通道9。

其中，所述喷嘴8的管内直径从输入端向输出端渐进收缩，或所述喷嘴8的管内直径从输入端向输出端渐进收缩，并在接近输出端前有一小段平管段。所述喷嘴8的输出端的前端伸入所述扩压管道4的缩口段41内，或所述喷嘴8的输出端的前端与所述扩压管道4的缩口段41平齐，或所述喷嘴8的输出端的前端在所述扩压管道4的缩口段41外。所述喷嘴8的输出端的前端的直径小于所述扩压管道4缩口段41的直径，以使得在所述喷嘴8的输出端的前端与所述扩压管道4缩口段41之间留出所述连通通道9。

图5是图1中氢能分离装置的示意图。

如图5所示，氢能分离装置3可以采用深冷分离装置、变压吸附装置、膜分离装置、联合工业分离装置、水合物分离装置等现有技术中的分离装置进行分离，其中，分离装置包括一个输入端和两个输出端，所述输入端连通运输管线,两个输出端分别连通氢能管道和其它能源管道。

图6是本发明提供的氢气运输方法的步骤流程图。

如图6所示，本发明还提供了一种氢能运输方法，用于上述的各个氢能运输装置，该方法包括以下步骤：

s1，将氢能和其它能源进行掺混，得到混合能源。

s2，将混合能源送入运输管线1，利用运输管线1对混合能源进行输送。

s3，对所述混合能源进行分离，得到天然气和氢气。气体分离可以采用深冷分离方法、变压吸附方法、膜分离方法、联合工业分离方法等现有技术中的分离方法进行分离。

本发明的氢能运输方法有益效果：

1本发明的运输方法可以通过将氢气与天然气进行掺混，并利用现有的天然气长输管线网进行运输，不必再铺设氢气长管线以及形成管线网，节约了铺设管线网的造价成本、时间成本和人力成本，大大降低氢气的运输成本。

2本发明的运输方式比起液氢运输和高压管束罐车运输的成本低廉且能够实现氢能的大量高效运输。

3实施本发明可以在天然气门站设置氢气分离装置，通过氢气分离装置实现氢气在天然气门站进行分离和纯化，从而为城市区域的氢能的大规模应用成为可能。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。