[发明专利]连续输氢设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体增压提纯设备，特别是一种用于35MPa氢气增压提纯的连续输氢设备。

背景技术

随着氢燃料电池和电动汽车研究开发的迅速发展，氢源技术及氢能基础设施的研究和建设已引起发达国家的高度关注。安全经济的氢气储运技术是氢能利用推向实用化、产业化的关键。现有的氢气储存技术包括高压储氢、液氢储存、金属氢化物储氢、低温吸附储氢、纳米碳管高压吸附储氢以及有机液体氢化物储氢等。其中，高压储氢是最普通和最直接的储氢方式。高压储氢可在常温下使用，通过阀门的调节就可以直接将氢气释放出，具有结构简单、充装速度快等优点，已成为现阶段氢能储运的主要方式。据今日燃料电池(Fuel Cell Today)网站介绍，截至2005年底，全球加氢站达到115座，其中绝大多数采用高压储氢技术，2004-2005年建设的加氢站中92％采用高压氢气。

因此，有必要发展适应不同输出要求的氢压缩机。传统的机械式氢压缩机分有油和无油两类。前者依靠油来润滑、密封，导致输出气体中含油，极大地影响了燃料电池的正常工作；此外，运动部件长期运行后将不可避免产生磨损，影响系统密封和使用效率。无油机械式压缩机虽然采用自润滑材料等手段避免了氢气污染，但同样不能避免运动部件的磨损问题。

发明内容

为克服传统机械式氢气压缩机存在的上述各种缺点，本发明的目的在于提供一种以可逆金属氢化物为工作介质的氢气压缩机，即35MPa连续输氢设备，解决传统的有油机械式氢压缩机存在的输出气体中含油、影响燃料电池的正常工作等问题，以及无油机械式压缩机存在运动部件的磨损问题。该设备具有如下优点：(1)增压比和输气量的调节范围大，调节方便，通用性高；(2)在增压同时纯化氢气；(3)系统附件少、结构简单、可靠性高、便于维护；(4)无运转部件、无磨损、噪声低；(5)可利用太阳能、废热和低品位热源工作，运行成本低，清洁且节省能源。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明由第一级增压系统、储气瓶、第二级增压系统、第一级热交换系统、第二级热交换系统组成。其中，第一级增压系统由催化脱氧装置、分子筛、止回阀、电动两通阀、电动三通阀、针阀、过滤器、反应床构成。其中，第二级增压系统由止回阀、稳流器、流量计、电动两通阀、电动三通阀、针阀、过滤器、反应床构成。第一级热交换系统和第二级热交换系统分别由热交换装置、液体冷却管、液体加热管、循环泵构成。其中，催化脱氧装置用于脱除低压普纯氢中含有的杂质氧，分子筛用于脱除低压普纯氢中含有的杂质水蒸气，稳流器主要使输出的氢气流更加稳定，过滤器用于防止合金吸氢后产生的微小颗粒随气流而在系统内部流窜，反应床中装有储氢合金，是实现氢气增压和提纯的核心部件。

其中，所述第一级增压系统中反应床所使用的材料为La-Y-Ni-Al合金或者LaNi₅基合金或者CaNi₅基合金，所述第二级增压系统中反应床所使用的材料为通过石墨或者LaNi₅球磨改性后的钒。具体改性过程如下：电解V先经50％HCl溶液清洗，再用水和无水乙醇清洗，最后烘干。将电解V与石墨或LaNi₅按(5-20)∶1的质量配比混合置于行星式球磨机中，在Ar气氛中进行有控制的机械球磨，球料比为20∶1，球磨时间为20分钟到3小时，球磨转速在100转/分到200转/分之间。

其中，所述第一级增压系统中，催化脱氧装置的进口端与普纯氢气源相连，其出口端与分子筛进口端相连，分子筛的出口端与止回阀的入口端相连，止回阀的出口端分别与三个电动两通阀的入口端相连，而每个电动两通阀的出口端分别与一个针阀的入口端和一个电动两通阀的入口端相连，其中电动两通阀的出口端通向大气；而针阀的出口端通过过滤器与反应床的气体入口端相连。每个反应床的气体出口端通过过滤器与电动两通阀的入口端相连。三个电动两通阀的出口端并联于一个氢气出口，该氢气出口通过不锈钢钢管与止回阀的入口端相连，止回阀的出口端与储气瓶的入口端相连。

其中，所述第二级增压系统中，止回阀的出口端分别通过电动两通阀和过滤器与第二级的三个反应床的气体入口端相连。第二级中三个反应床的每个气体出口端分别通过过滤器和电动两通阀并联于一个气体出口，该气体出口通过不锈钢管路与针阀的入口端相连，针阀的出口端通过止回阀与稳流器的入口端相连，而稳流器的出口端与流量计的入口端相连，流量计的出口端就是整个增压系统的出口端。

其中，所述第一级热交换系统和第二级热交换系统分别由循环泵、热交换装置、液体循环管路构成，在增压过程中产生的热交换通过热交换系统完成。