本申请公开一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置，包括进气管、提纯组件、第二反应器和出气管；提纯组件包括的第一反应器和换热器，第一反应器和换热器至少设有一组且相间分布；首个第一反应器与进气管连通；换热器内设有换热介质和换热管，换热介质包围换热管外壁，换热管具有第一端和第二端，第一端与第一反应器连通，第二端与下一个第一反应器连通；第二反应器与最后一个换热管的第二端连通；出气管与第二反应器连通。采用此种流通式多段结构，在吸氢过程中，使得通入装置的含氢气体能够保证流动的状态，提高换热性，有效降低第一反应器内的操作压力，降低杂质气体在第一反应器内停留的时间，方便排出杂质气体。方便排出杂质气体。方便排出杂质气体。
【技术实现步骤摘要】
一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置
[0001]本专利技术涉及新能源
，具体涉及一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置。
技术介绍
[0002]大力发展可再生能源，促进我国能源结构快速转型是发成“双碳”目标的必经之路和必要手段。氢能是公认的21世纪的“终极能源”，是实现“双碳”目标的关键性能源。从氢能发展总体发展路线来看，工业副产氢将是氢能产业发展初期和中期的主要氢气来源之一，工业副产氢纯化制氢是未来最佳制氢途径之一，适合规模化推广发展。
[0003]在现有的氢气纯化方法中，金属氢化物(MH)分离法利用储氢合金材料与氢气的选择性反应，既可实现混合气体中氢气组分的分离与提纯，又可实现氢的储存，其技术具有工艺简单、设备成熟、操作条件(温度和压力)适中、产品氢纯度高、能耗较低、定向除杂等优点，具有广阔的实际应用前景。
[0004]然而，现有的金属氢化物反应器大多存在传热和传质性能不善的问题，且多被设计用于氢气储存，不能同时解决氢气纯化用金属氢化物反应器换热性能差、操作压力高、杂质停留时间久等问题，尤其对于流通式金属氢化物反应器，导热率极低的氢气在流动中将恶化整个反应器换热情况，反应器换热方面面临的问题更为突出。
技术实现思路
[0005]为同时解决现有氢气纯化用金属氢化物反应器换热性能差、操作压力高、杂质停留时间久难以排出等技术问题，本申请的目的在于提出一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置，其设置依次相间分布的第一反应器和换热器，使第一反应器和换热器的换热管连通，采用此种流通式多段结构，在吸氢过程中，使得通入装置的含氢气体能够保证流动的状态，提高换热性，有效降低第一反应器内的操作压力，降低杂质气体在第一反应器内停留的时间，方便排出杂质气体。
[0006]为了达到上述目的，本申请的一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置采取了如下所述的技术方案：
[0007]一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置，包括进气管、提纯组件、第二反应器和出气管，其中：
[0008]所述提纯组件包括的第一反应器和换热器，所述第一反应器和所述换热器至少设有一组且相间分布；首个所述第一反应器与所述进气管连通，所述第一反应器内设有储氢金属材料；所述换热器内设有换热介质和换热管，所述换热介质包围所述换热管外壁，所述换热管具有第一端和第二端，所述第一端与所述第一反应器连通，所述第二端与下一个所述第一反应器连通；所述第二反应器内设有储氢金属材料，所述第二反应器与最后一个所述换热管的所述第二端连通；所述出气管与所述第二反应器连通。
[0009]当第一反应器、第二反应器内部的氢压较大、氢压与氢平衡压之差较大、氢气浓度
较高时，含氢原料气与储氢金属材料发生吸氢反应，生成金属氢化物并放出热量。当第一反应器、第二反应器内部的氢压较大、氢压与氢平衡压之差较小、氢气浓度较低时，金属氢化物吸收热量发生放氢反应，生成储氢金属材料和氢气。
[0010]吸氢过程中，含氢原料气从进气管通入，进入第一反应器，含氢原料气向第一反应器中填充的储氢金属材料中渗透并发生吸氢反应，并放出热量，含氢原料气被加热，反应床层温度增加，氢平衡压急剧增加，反应推动力(氢压与氢平衡压之差)大幅减弱，阻碍吸氢反应进一步进行。被加热的含氢原料气通过第一反应器后从第一端不停留地进入与第一反应器连通的换热管中，被换热器中的换热介质冷却，然后从第二端通入下一个第一反应器中进行吸氢反应，以此循环。最终，含氢原料气通入与最后一个换热管的第二端连通的第二反应器，然后通过出气管排出杂质气体。整个过程中，含氢原料气保持流动状态，且杂质气体滞留时间短。
[0011]以此，采用第一反应器、换热器为依次上下相间堆叠的流通式多段结构，在吸氢过程中，使得通入装置的含氢原料气能够保证流动的状态，提高换热性，有效降低第一反应器内的操作压力，降低杂质气体在第一反应器内停留的时间，方便排出杂质气体。
[0012]放氢时，关闭换热管的第一端和第二端，对第一反应器和第二反应器内部进行吹扫或抽真空操作，然后提供合适的反应环境，进行后续的放氢反应。在另一种具体实施方式中，第一反应器和第二反应器可以开有用于吹扫杂质气体或抽真空操作的出入口。
[0013]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，还包括回气管，所述回气管两端分别与同组的所述第一反应器和所述换热管连通。
[0014]以此，含氢原料气进入换热管中后，一部分通过沿换热管的第二端通入下一个第一反应器或第二反应器，一部分沿回气管被抽出，然后返回上一个第一反应器，再次反应，一方面可以提高氢气回收率，提高储氢金属材料的利用率，另一方面可以冷却上一个第一反应器。
[0015]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，所述第一反应器和/或所述第二反应器内设有多孔管，所述多孔管开有若干贯穿管壁的通孔，所述储氢金属材料包围所述多孔管。
[0016]以此，含氢原料气能够从多孔管的内部向管外渗透，减少氢气的渗透距离，有效改善了传质过程和提高第一反应器和第二反应器的吸氢、放氢性能。
[0017]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，所述多孔管与所述进气管和/或所述第二端连通。
[0018]以此，进气管和换热管的第二端伸入多孔管内，吸氢过程中，冷却的含氢气体与多孔管内被加热的含氢气体混合，可以起到冷却降温的作用，进一步提高换热性能。
[0019]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，所述多孔管为螺旋盘管式或列管式。
[0020]以此，增大含氢气体与储氢金属材料的接触面积，提高吸氢、放氢性能。
[0021]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，所述换热管为为螺旋盘管式或列管式。
[0022]以此，增大含氢气体与换热介质的接触面积，提高换热效率。
[0023]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，所述换
热管的所述第一端和所述第二端分别设有阀门。
[0024]以此，方便在吸氢过程中封闭换热管。
[0025]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，所述换热管的所述第一端和/或所述第二端设有过滤机构。
[0026]以此，能够避免储氢金属材料进入换热管内，尤其是粉末状的储氢金属材料。
[0027]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，所述储氢金属材料包括镧镍系AB5及其衍生物、钛铁系AB及其衍生物、钒基固溶体及其衍生物、镁基氢化物及其衍生物中的一种或多种。
[0028]作为一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置的可选的实现方式，所述换热介质包括冷却水或冷却油。
附图说明
[0029]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置，其特征在于，包括：进气管；提纯组件，所述提纯组件包括的第一反应器和换热器，所述第一反应器和所述换热器至少设有一组且相间分布；首个所述第一反应器与所述进气管连通，所述第一反应器内设有储氢金属材料；所述换热器内设有换热介质和换热管，所述换热介质包围所述换热管外壁，所述换热管具有第一端和第二端，所述第一端与所述第一反应器连通，所述第二端与下一个所述第一反应器连通；第二反应器，所述第二反应器内设有储氢金属材料，所述第二反应器与最后一个所述换热管的所述第二端连通；出气管，所述出气管与所述第二反应器连通。2.根据权利要求1所述的一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置，其特征在于，还包括回气管，所述回气管两端分别与同组的所述第一反应器和所述换热管连通。3.根据权利要求1所述的一种流通式多段换热金属氢化物纯化与储存装置，其特征在于，所述第一反应器和/或所述第二反应器内设有多孔管，所述多孔管开有若干贯穿管壁的通孔，所述储氢金属材料包围所述多孔管。4.根据权利要求3所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴震，张承贺，韩昊学，邢文祥，
申请(专利权)人：山东京博装备制造安装有限公司，
类型：发明
国别省市：
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