一种氢化镁固态氢储能系统及提高储放氢效率的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氢化镁固态氢储能系统及提高储放氢效率的方法，氢化镁固态氢储能系统包括储放氢罐及外部冷热流体储液罐；储放氢罐由中心沿径向向外依次为氢化镁多孔介质储氢层、液体冷却层、真空层和保温层，其中，氢化镁多孔介质储氢层中设有氢气进出口共用的导气管以及导热管和内部测温点，导气管连接有储放氢管道，储放氢管道上设有泵、阀门、流量计和压力计；液体冷却层上部连接冷流体进口，下部接热流体出口；冷流体进口和热流体出口通过液体进出管线连接到外部冷热流体储液罐；真空层连接抽真空管。本发明专利技术通过液体冷却层控制反应温度在最佳范围，提高反应速率。

【技术实现步骤摘要】
一种氢化镁固态氢储能系统及提高储放氢效率的方法
本专利技术涉及氢燃料电池领域，具体涉及一种氢化镁固态氢储能系统及提高储放氢效率的方法。
技术介绍
在人类发展进程中，过度追求经济效益，使得气候变暖环境污染。随着气候变化和环境污染对人类生存发展的影响日益显著，如何提高清洁低碳型可再生能源占比，实现能源结构转型，成为能源变革中面临的重要挑战之一。十四五规划中一个很重要的发展目标和任务是着力加大力度，壮大清洁能源产业，为实现2030年非化石能源占一次能源消费比重达到20％的目标奠定坚定基础。氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75%，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。氢具有燃烧热值高的特点，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，可持续发展。现在对氢气的制备和储存有很大发展前景。温度在金属氢化物多孔介质层和氢气反应过程起重要作用。吸氢过程温度急剧上升，放氢时温度急剧下降。反应过程这部分温度存在的热量的处理及如何使得温度在最佳反应范围显得十分重要。公开号CN112303490A的专利技术公开一种自热式金属氢化物储氢系统，包括储氢系统和用于对储氢系统加热的氢气催化燃烧加热系统；所述储氢系统包括储氢罐体，在储氢罐体内装有金属氢化物储氢材料，在储氢罐体的一端设置有充放氢端口,在储氢罐体的另一端设置有用于向氢气催化燃烧加热系统供氢的出氢端口；所述氢气催化燃烧加热系统包括氢气催化燃烧器，在氢气催化燃烧器内装有催化剂，氢气催化燃烧器的进气端连接混合气输送主管道，氢气催化燃烧器的出气端连接导热管，所述导热管缠绕在储氢罐体上。本专利技术将储氢罐体中的氢分出一部分在燃烧器内催化剂上进行催化燃烧，将燃烧后的高温气体对储氢罐加热，可自主控温，自主供热，无需额外配置加热系统。但是该技术方案的设计没有重点考虑温度在金属氢化物多孔介质层和氢气反应过程起重要作用。公开号CN112082087A的专利技术公开一种固态储氢材料自动控制吸放氢系统，包括充氢管段、放氢管段和不锈钢储氢罐；所述不锈钢储氢罐包括不锈钢罐体和罐体盖，在不锈钢罐体的内部设置有多个金属筐；在罐体盖的左右两端分别设置有充氢孔和放氢孔，在罐体盖的中间位置处设置有测温孔；充氢孔通过充氢管路与氢气压缩机相连接；放氢孔连接放氢管路；在测温孔中插入有热电偶，热电偶的下部伸入中心管中；在不锈钢罐体的外侧设置有保温层，在保温层中设置有电磁加热线圈，保温层与电磁加热线圈组成具有保温功能的电磁加热套；所述氢气压缩机、热电偶分别与计算机控制装置相连接。本专利技术能实现对温度及氢气压力的自动控制，可适用于大多数固态储氢材料，适用范围较宽。但是该技术方案的设计也没有重点考虑温度在金属氢化物多孔介质层和氢气反应过程起重要作用。公开号CN112093775A的专利技术公开了一种有机液体储氢介质和工业粗氢氢源的储放氢系统及方法，属于有机液体储氢
其包括气体净化装置一、气体压缩装置、有机液体储氢介质加氢装置、有机液体储氢介质储罐、富氢储氢介质储罐、富氢储氢介质脱氢装置及气体净化装置二，将工业粗氢氢源通入气体净化装置一进行净化，再通入气体压缩装置对其进行压缩，经压缩后的氢源进入有机液体储氢介质加氢装置中进行催化加氢，随后送入富氢储氢介质储罐，再送入富氢储氢介质脱氢装置进行脱氢，经过富氢储氢介质脱氢装置后，所得氢气一进入气体净化装置二再次净化，得高纯氢。本专利技术在得到高纯氢的同时还能有效的解决工业粗氢氢源的提纯及氢气的安全储存、运输问题。但是该技术方案采用的是有机液体储氢方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氢化镁固态氢储能系统及提高储放氢效率的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种氢化镁固态氢储能系统，包括储放氢罐及外部冷热流体储液罐；储放氢罐由中心沿径向向外依次为氢化镁多孔介质储氢层、液体冷却层、真空层和保温层，其中，氢化镁多孔介质储氢层中设有氢气进出口共用的导气管以及导热管和内部测温点，导气管连接有储放氢管道，储放氢管道上设有泵、阀门、流量计和压力计；液体冷却层内均匀布置加热棒，加热棒底部接电磁线圈；液体冷却层内还分布有热电偶保持架，热电偶保持架内由下至上布置热电偶；液体冷却层上部连接冷流体进口，下部接热流体出口；冷流体进口和热流体出口通过液体进出管线连接到外部冷热流体储液罐，外部冷热流体储液罐分为若干个独立的储液格，每个储液格的进出口分别设有进出阀门；液体进出管线通过阀门与各个储液格分级连接；真空层连接抽真空管。所述导气管位于氢化镁多孔介质储氢层中心，导气管是多孔金属烧结管，由入口至罐体底端孔隙率逐渐增加；导气管上端是氢气进出口。所述导热管环绕导气管均匀排布若干个。所述导热管表面设为凹凸不平花纹结构。所述氢化镁多孔介质储氢层和液体冷却层的接触面为沿圆周排布的凹凸配合接触。所述液体冷却层外壁是铝合金外壁，铝合金外壁包裹着液体；所述真空层外壁为铝合金外壁。所述抽真空导管上布置有压力计、流量计和阀门；所述外部冷热流体储液罐与液体冷却层的冷流体进口和热流体出口连接的进出管线上均布置有温度计、流量计和阀门。所述外部冷热流体储液罐分为六个独立的储液格，分别为第一储液格、第二储液格、第三储液格、第四储液格、第五储液格和第六储液格；六个储液格对应的进出阀门分别为第一阀门组、第二阀门组、第三阀门组、第四阀门组、第五阀门组和第六阀门组。本专利技术还公开一种基于所述的氢化镁固态氢储能系统的提高储放氢效率的方法，包括以下步骤：（1）确定好罐体各部分尺寸，固定装置并连接管线；在反应开始前先通过抽真空管对真空层进行抽真空，确保保温；（2）导热液加热到500K-550K导入到氢化镁多孔介质内部的导热管，储放氢管道上的泵压力调整在0.5MPa-3.5MPa，打开储放氢管道上的阀门将氢气送入；监测氢化镁多孔介质储氢层内部测温点的温度，当氢化镁多孔介质储氢层温度达到620K-650K，冷流体从外部冷热流体储液罐通过液体冷却层上部冷流体进口流入其中；通过观察液体冷却层的热电偶保持架中布置的热电偶测量冷却层中液体温度变化；当氢化镁多孔介质储氢层温度再次达到620K-650K时，1/2的热流体通过液体冷却层下部热流体出口排出，打开第一阀门组送入储液罐的第一储液格储存；储液罐从液体冷却层上部补充冷流体，第二、三次排出的热流体送入储液罐的第二储液格、第三储液格储存，使得氢化镁多孔介质储氢层温度一直保持在500-700K中间；（3）当储氢反应速率接近0.9时储氢完毕，控制储放氢管道上泵停止供氢；（4）当需要放氢时，放氢过程吸热，液体冷却层中液体温度下降，当氢化镁多孔介质储氢层温度低于600K，打开第四阀门组，将液体冷却层中1/2液体通过液体冷却层下部热流体出口排入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：包括储放氢罐及外部冷热流体储液罐；/n储放氢罐由中心沿径向向外依次为氢化镁多孔介质储氢层、液体冷却层、真空层和保温层，其中，氢化镁多孔介质储氢层中设有氢气进出口共用的导气管以及导热管和内部测温点，导气管连接有储放氢管道，储放氢管道上设有泵、阀门、流量计和压力计；/n液体冷却层内均匀布置加热棒，加热棒底部接电磁线圈；液体冷却层内还分布有热电偶保持架，热电偶保持架内由下至上布置热电偶；/n液体冷却层上部连接冷流体进口，下部接热流体出口；冷流体进口和热流体出口通过液体进出管线连接到外部冷热流体储液罐，外部冷热流体储液罐分为若干个独立的储液格，每个储液格的进出口分别设有进出阀门；液体进出管线通过阀门与各个储液格分级连接；/n真空层连接抽真空管。/n

【技术特征摘要】
1.一种氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：包括储放氢罐及外部冷热流体储液罐；
储放氢罐由中心沿径向向外依次为氢化镁多孔介质储氢层、液体冷却层、真空层和保温层，其中，氢化镁多孔介质储氢层中设有氢气进出口共用的导气管以及导热管和内部测温点，导气管连接有储放氢管道，储放氢管道上设有泵、阀门、流量计和压力计；
液体冷却层内均匀布置加热棒，加热棒底部接电磁线圈；液体冷却层内还分布有热电偶保持架，热电偶保持架内由下至上布置热电偶；
液体冷却层上部连接冷流体进口，下部接热流体出口；冷流体进口和热流体出口通过液体进出管线连接到外部冷热流体储液罐，外部冷热流体储液罐分为若干个独立的储液格，每个储液格的进出口分别设有进出阀门；液体进出管线通过阀门与各个储液格分级连接；
真空层连接抽真空管。


2.根据权利要求1所述的氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：所述导气管位于氢化镁多孔介质储氢层中心，导气管是多孔金属烧结管，由入口至罐体底端孔隙率逐渐增加；导气管上端是氢气进出口。


3.根据权利要求1所述的氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：所述导热管环绕导气管均匀排布若干个。


4.根据权利要求3所述的氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：所述导热管表面设为凹凸不平花纹结构。


5.根据权利要求1所述的氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：所述氢化镁多孔介质储氢层和液体冷却层的接触面为沿圆周排布的凹凸配合接触。


6.根据权利要求1所述的氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：所述液体冷却层外壁是铝合金外壁，铝合金外壁包裹着液体；所述真空层外壁为铝合金外壁。


7.根据权利要求1所述的氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：所述抽真空导管上布置有压力计、流量计和阀门；
所述外部冷热流体储液罐与液体冷却层的冷流体进口和热流体出口连接的进出管线上均布置有温度计、流量计和阀门。


8.根据权利要求1-7任一项所述的氢化镁固态氢储能系统，其特征在于：所述外部冷热流体储液罐分为六个独立的储液格，分别为第一储液格、第二储液格、第三储液格、第四储液格、第五储液格和第六储液格；六个储液格对应的进出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王为术，徐维晖，张向薪，赵世飞，王春兰，姚紫琨，岳晓明，郑晓杰，亓月欣，尚梦源，翟禹鑫，王涵，甄娟，王飞跃，牛靖尊，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41