纯化储氢装置和纯化储氢方法

本发明涉及能源储存，特别是涉及一种纯化储氢装置和纯化储氢方法。

背景技术：

1、由于氢能作为一种清洁能源，具有很高的热值，并且在燃烧过程中不产生二氧化碳，因此氢能具有巨大的潜力来替代石油、天然气以及煤炭等能源。此外，氢能具有较高的热值、可再生性以及环境友好性，在汽车、船舶、工业热能以及电力领域具有广泛的应用前景；同时，采用氢作为能源与工业原料是未来化工和冶金等行业实现深度脱碳减排的必选途径。

2、然而，氢的储存与运输是普及氢能的重要障碍。目前，常见的储氢方式之一是利用高压气瓶存储氢气，但这种气态储氢方法的体积储氢密度低，不适合大规模固定式氢存储，并且需要特殊设计的昂贵罐体以耐受氢气压力，提升成本；另一种液态储氢方法需要在极低温下储存液体氢，运输困难且成本高昂。而固态储氢技术则主要是将氢气存储于固体材料中，一般具有高体积储氢密度、高安全性等优点，并且利用金属氢化物储氢材料可以实现固定式高密度、高稳定性以及快速响应的固态氢存储，满足用氢设施的储氢要求。

3、此外，虽然管道输氢作为氢气运输的方式之一，其具有运输成本低、能耗小的优势，可实现氢能连续性、规模化、长距离的输送；但是目前输氢管道输氢尚不能满足化工、冶金等行业对氢气压力、流量的多样化需求。因此，中低压输氢管道直接耦合固态储氢系统不仅能够实现管道输氢的高效存储，也可以根据应用后端的需求调节氢气压力、流量，实现管道输氢与工业应用端的供氢匹配，达到大幅降低碳排放的目的。然而，现有的固态储氢系统不仅储氢密度和稳定性较差，而且在吸氢和放氢时分别需要冷却和加热，导致能源耗费严重。

技术实现思路

1、本发明的一个优势在于提供一种纯化储氢装置和纯化储氢方法，其能够提高储氢密度和稳定性，降低能源消耗。

2、本发明的另一个优势在于提供一种纯化储氢装置和纯化储氢方法，其中，在本发明的一个实施例中，所述纯化储氢装置能够在不影响输氢系统正常运行的前提下，实现节约能源、简化装备制造、操作及控制的目的。

3、本发明的另一个优势在于提供一种纯化储氢装置和纯化储氢方法，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用复杂的系统。因此，本发明成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的纯化储氢装置和纯化储氢方法，同时还增加了所述纯化储氢装置和纯化储氢方法的实用性和可靠性。

4、为了实现本发明的上述至少一个优势或其他优点和目的，本发明提供了一种纯化储氢装置，包括：

5、输氢管路；

6、纯化储氢单元，所述纯化储氢单元包括填充有第一金属氢化物储氢材料的氢气纯化罐组和填充有第二金属氢化物储氢材料的氢气储放罐组，所述氢气纯化罐组和所述氢气储放罐组沿着输氢方向依次串联地装设于所述输氢管路；以及

7、循环液浴单元，所述循环液浴单元包括容纳所述氢气纯化罐组的第一过液浴室、容纳所述氢气储放罐组的第二过液浴室以及具有循环输液管路的循环输液罐；所述第二过液浴室和所述第一过液浴室沿着输液方向依次串联地装设于所述循环输液管路，用于通过所述循环输液罐向所述第二过液浴室和所述第一过液浴室循环输送液体，以使所述氢气储放罐组和所述氢气纯化罐组分别在液浴下吸放氢。

8、根据本技术的一个实施例，所述第一金属氢化物储氢材料为室温下平台压力在1mpa至3mpa之间的ti系laves相储氢材料；所述第二金属氢化物储氢材料为室温下平台压力在2mpa至6mpa之间的ti系laves相储氢材料或稀土系ab5型储氢材料。

9、根据本技术的一个实施例，所述第一金属氢化物储氢材料为ti0.95zr0.05mn0.9cr0.9v0.2合金；所述第二金属氢化物储氢材料为ti0.85zr0.17cr0.9mn0.2fe0.8v0.1合金。

10、根据本技术的一个实施例，所述氢气纯化罐组包括被装设于所述输氢管路的至少一个纯化罐体，所述第一金属氢化物储氢材料压片填充或粉末填充在所述纯化罐体之内。

11、根据本技术的一个实施例，所述氢气储放罐组包括多个储氢罐体和一一对应地装设于所述储氢罐体之内的多个多孔管体；多个所述储氢罐体被并排地装设于所述输氢管路，所述多孔管体自所述储氢罐体的进气口朝向所述储氢罐体的出气口延伸，并在所述储氢罐体和所述多孔管体之间填充所述第二金属氢化物储氢材料。

12、根据本技术的一个实施例，所述输氢管路包括串联主管、并联支管、进气阀、出气阀以及单向气体阀；每个所述并联支管的一端连通于所述储氢罐体的进气口或出气口，并且每个所述并联支管的另一端连通于所述串联主管；所述进气阀被装设于与所述储氢罐体的进气口连通的所述并联支管，所述出气阀被装设于与所述储氢罐体的出气口连通的所述并联支管；所述纯化罐体和所述单向气体阀分别被装设于所述串联主管，并且所述单向气体阀位于所述氢气纯化罐组和所述氢气储放罐组之间的管路中。

13、根据本技术的一个实施例，所述第二金属氢化物储氢材料在室温下的pct曲线左拐点压力高于加氢负载的加注压力；所述出气阀为减压阀。

14、根据本技术的一个实施例，所述循环输液罐包括装设于所述循环输液管路的储液罐体和单向液体阀，所述单向液体阀位于所述第二过液浴室和所述第一过液浴室之间的管路中。

15、根据本技术的一个实施例，所述纯化储氢装置进一步包括控制单元，所述控制单元包括分别与所述纯化储氢单元和所述循环液浴单元可控制地连接的控制器、装设于所述并联支管的流量传感器、装设于所述储氢罐体的压力传感器以及分别装设于所述纯化罐体和所述储氢罐体的温度传感器；所述控制器可通信地连接于所述流量传感器、所述压力传感器以及所述温度传感器，用于根据经由所述流量传感器、所述压力传感器以及所述温度传感器采集的信息，控制所述纯化储氢单元和所述循环液浴单元执行相应的作业。

16、根据本技术的一个实施例，所述循环输液罐进一步包括装设于所述储液罐体之内的调温器，用于调节所述储液罐体之内液体的温度；所述控制器包括输氢控制器和液浴控制器，所述输氢控制器可通信地连接于所述流量传感器和所述压力传感器，并且所述输氢控制器可控制地连接于所述进气阀和所述出气阀，用于独立地分组控制所述进气阀和所述出气阀的开闭；所述液浴控制器可通信地连接于所述温度传感器，并且所述液浴控制器可控制地连接于所述循环输液罐，用于控制所述循环输液罐向所述第一过液浴室和所述第二过液浴室循环输送预定温度的液体。

17、根据本技术的另一方面，本技术进一步提供了一种纯化储氢方法，包括步骤：

18、控制循环输液罐向沿着输液方向依次串联地装设于循环输液管路中的第二过液浴室和第一过液浴室循环输送具有预定温度的液体；

19、当加氢负载需要加注氢气时，控制填充有第二金属氢化物储氢材料的氢气储放罐组在经由该第二过液浴室提供的液浴下释放氢气；以及

20、当该加氢负载完成加注时，控制填充有第一金属氢化物储氢材料的氢气纯化罐组在经由该第一过液浴室提供的液浴下释放氢气，并控制该氢气储放罐组在经由该第二过液浴室提供的液浴下吸收经由该氢气纯化罐释放的氢气。

21、根据本技术的一个实施例，所述纯化储氢方法进一步包括步骤：

22、在该氢气储放罐组释放氢气的同时，控制该氢气纯化罐组在经由该第一过液浴室提供的液浴下吸收来自输氢管道的氢气。

23、综上，与现有技术相比，本发明具有但不限于如下优势：

24、1)本技术能够利用同一套液浴系统同时对该氢气储放罐组和该氢气纯化罐组进行温度调节，不仅能够节约能源，而且还能够简化装备制造和操作流程。

25、2)当所述氢气储放罐组吸氢时，所述氢气储放罐组将释放热量以加热流经所述第二过液浴室的液体，使得流经所述第一过液浴室的液体温度得以提高，便于所述氢气纯化罐组在温度升高的液浴下吸热放氢，即所述氢气纯化罐组能够利用经由所述氢气储放罐组释放的热量进行放氢，避免能源消耗；当所述氢气储放罐组放氢时，所述氢气储放罐组将释放冷量(即吸收热量)以冷却流经所述第二过液浴室的液体，使得流经所述第一过液浴室的液体温度得以降低，便于所述氢气纯化罐组在温度降低的液浴下放热吸氢，即所述氢气纯化罐组能够利用经由所述氢气储放罐组释放的冷量进行吸氢，避免能源消耗。

26、3)当该纯化储氢装置的输入氢气量与输出氢气量基本相同时，该第一金属氢化物储氢材料和该第二金属氢化物储氢材料发生的吸放氢反应的净值为零，使得所述循环输液罐的流出液体温度与流回液体温度基本保持不变，实现无热效应的循环液浴，有助于节约能源。