一种固态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用的制作方法

本发明属于气态储存领域，具体涉及一种固态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，氨合成的产品在各个领域的应用也越来越广泛。众所周知，合成氨是由氮和氢在高温、高压和催化剂下直接合成的。工业合成氨对人类活动具有重大意义，面临温室效应的逐步加剧，氨被视为可持续的燃料，一方面氨作为富氢物质，是氢能的理想载体；另一方面氨燃烧可以实现零碳排放，可代替传统燃料；并且氨适用于运输，以满足液化天然气目前满足的一些能源需求，包括电力、运输、加热等。因此可以利用氨作为工作介质储存分布式能源的能量，再进行长距离运输将能量转化为稳定的电力输送到用户端。在现有的氨合成工艺技术中，往往采用的双气体通道，将氢气和氮气分别存储，在进行合成反应前再进一步混合，而氢的储运是氢能产业链中的限制性环节，提高氢能储运效率，降低氢能储运成本，是氢能储运技术的发展重点。

2、目前，已实用化的储氢方式主要有三种：高压气态储氢、低温液氢储罐以及基于储氢材料的固态储氢。固态储氢技术是利用氢气与储氢材料的反应来实现氢气的储存，固态储氢的原理实质上就是一种化学储氢方法，其机理是金属的特殊晶格结构，在一定条件下(如一定的温度和压力下)，氢原子较容易进入金属晶格的四面体或八面体间隙中，这些金属合金与氢气产生化合反应生成金属氢化物，其可储存相当于其体积1000～3000倍的氢气，这些具有储氢能力的合金称作“储氢合金”。储氢合金吸收和释放氢气是一个可逆的过程，在吸收氢气过程中，储氢合金会释放大量热量，若热量不迅速散出，则会影响吸氢过程，使储氢合金局部温度过高导致部分老化失效。并且，目前储氢方式往往还存在安全性差和占地面积大等问题。如不当的储氢方式容易导致氢气泄漏、燃烧或爆炸，可能会对人员、环境和设备造成严重的伤害和破坏。

3、因此，如何提供一种在氨的合成中更加稳定安全，将固态储氢与氮气混合存储的装置，成为本领域技术人员需要研究的方向。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种在氨合成过程中，固态储氢与氮气的混合储存装置，本发明能够通过将液氮作为冷却气，有效吸收固定氢储存机构释放的大量热量，避免固定氢储存机构由于温度过高而无法充分吸收氢气的情况。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种固态储氢与氮气混合储存装置，包括储存罐、液氮入料管道、氢气进气管道和出料管道，所述液氮入料管道、氢气进气管道和出料管道均与储存罐相连通，所述储存罐中设置有固态储氢机构、冷却箱和驱动装置，所述固态储氢机构设置在储存罐的中心，所述驱动装置设置在储存罐的内部底端，所述冷却箱设置在驱动装置上，所述冷却箱的顶端设置有弧形挡板，所述弧形挡板通过管道与液氮入料管相连通，所述冷却箱与弧形挡板滑动连接，所述冷却箱靠近固态储氢机构的一侧设置有弧形导热板，所述冷却箱除却弧形导热板的其他表面设置有隔热保温层，所述固态储氢机构中设置有螺旋进气腔，所述固态储氢机构的中心设置有加热装置。

4、进一步的，所述固态储氢机构包括储存仓和固态储氢物，所述储存仓为无盖的箱体结构，所述固态储氢物设置在储存仓中，所述螺旋进气腔设置在所述固态储氢物中，用于氢气的充分吸收。

5、进一步的，所述储存罐的顶端设置有氮封阀和紧急泄压阀。

6、进一步的，所述液氮入料管道和氢气进气管道上均设置有调节球阀、电磁流量计和压力传感器。

7、进一步的，所述加热装置为防爆加热棒。

8、进一步的，所述驱动装置包括双向丝杠和导向块，所述双向丝杠的一端转动设置在储存罐上，所述双向丝杠的另一端与储存罐罐壁上驱动电机的输出轴固定连接，所述导向块设置在双向丝杠上并与双向丝杠驱动螺纹连接，所述导向块的顶端与冷却箱的底端固定连接。

9、进一步的，还包括光杆和滑动块，所述光杆设置在双向丝杠的一侧，所述光杆固定在储存罐的罐壁，所述滑动块滑动设置在光杆上，所述滑动块与冷却箱固定连接。

10、进一步的，还包括过滤装置，所述过滤装置设置在储存罐的出料口。

11、进一步的，还包括冷却装置，所述冷却装置设置在储存罐的出料管道上。一种固态储氢氮气混合存储装置在氨合成中的应用，包括以下操作步骤：

12、s01、通过氢气进气管道向储存罐注入氢气，通过调节球阀和电磁流量计控制氢气的注入量；

13、s02、通过加热装置对固态储氢机构进行预加热，使固态储氢机构温度达到预设温度，固态储氢机构开始储存氢气；

14、s03、向冷却箱中注入液氮，通过调节球阀和电磁流量计控制液氮的注入量；

15、s04、氢气储存过程中停止加热，并驱动冷却箱靠近固态储氢机构，使弧形导热板与固态储氢机构相贴合；

16、s05、液氮吸热后气化，填充罐体；

17、s06、氢气释放时开启加热装置，通过对固态储氢机构加热实现氢气的释放，氢气释放后与氮气均匀混合，通过过滤装置和冷却装置后共同输送以供给氨的合成。

18、本发明的有益效果为：

19、1、本发明的固态储氢与氮气混合存储装置，使储氢的工艺流程得到优化，空分的液氮无需气化，直接参与氢气的储存，通过设置冷却机构，使液氮对固态储氢机构的放热过程进行降温冷却，利于控制储氢的反应温度，有效避免了固态储氢机构由于过热而无法充分吸收氢气的情况；

20、2、本发明采用固态储氢的方式，减少了非固态储氢时氢气压缩机的使用，气化后的氮气既提高了氢气储存的稳定性，又减小了氢气在储存罐内的占比，避免了氢气在常规储气罐储存时发生氢脆的情况，降低了纯氢储罐的材料要求；

21、3、本发明由于固态储氢材料如镁等活泼金属由于金属颗粒比表面积大，在颗粒间相互摩擦或与水接触时具有易燃易爆性，通过氮气进行安全保护，能够有效将空气中的氧气、水分子隔绝，大幅提升系统的安全性；

22、4、本发明气化的氮气能够快速填充储存罐，避免由于氢气储存致使储存罐压力骤减。

技术特征：

1.一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，包括储存罐、液氮入料管道、氢气进气管道和出料管道，所述液氮入料管道、氢气进气管道和出料管道均与储存罐相连通，所述储存罐中设置有固态储氢机构、冷却箱和驱动装置，所述固态储氢机构设置在储存罐的中心，所述驱动装置设置在储存罐的内部底端，所述冷却箱设置在驱动装置上，所述冷却箱的顶端设置有弧形挡板，所述弧形挡板通过管道与液氮入料管相连通，所述冷却箱与弧形挡板滑动连接，所述冷却箱靠近固态储氢机构的一侧设置有弧形导热板，所述冷却箱除却弧形导热板的其他表面设置有隔热保温层，所述固态储氢机构中设置有螺旋进气腔，所述固态储氢机构的中心设置有加热装置。

2.根据权利要求1所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，所述固态储氢机构包括储存仓和固态储氢物，所述储存仓为无盖的箱体结构，所述固态储氢物设置在储存仓中，所述螺旋进气腔设置在所述固态储氢物中，用于氢气的充分吸收。

3.根据权利要求1所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，所述储存罐的顶端设置有氮封阀和紧急泄压阀。

4.根据权利要求1所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，所述液氮入料管道和氢气进气管道上均设置有调节球阀、电磁流量计和压力传感器。

5.根据权利要求1所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，所述加热装置为防爆加热棒。

6.根据权利要求1所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，所述驱动装置包括双向丝杠和导向块，所述双向丝杠的一端转动设置在储存罐上，所述储罐管的罐壁上对应设置有驱动电机，所述双向丝杠的另一端与储存罐罐壁上驱动电机的输出轴固定连接，所述导向块设置在双向丝杠上并与双向丝杠驱动螺纹连接，所述导向块的顶端与冷却箱的底端固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，还包括光杆和滑动块，所述光杆设置在双向丝杠的一侧，所述光杆固定在储存罐的罐壁，所述滑动块滑动设置在光杆上，所述滑动块与冷却箱固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，还包括过滤装置，所述过滤装置设置在储存罐的出料口。

9.根据权利要求1所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置设置在储存罐的出料管道上。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种固态储氢与氮气混合储存装置在合成氨中的应用，其特征在于，包含以下操作步骤：

技术总结本发明公开了一种固态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，涉及气态储存领域，包括储存罐、液氮入料管道、氢气进气管道和出料管道，储存罐中设置有固态储氢机构、冷却箱和驱动装置，固态储氢机构设置在储存罐的中心，驱动装置设置在储存罐内部的底端，冷却箱设置在驱动装置上，冷却箱的顶端设置有弧形挡板，弧形挡板通过管道与液氮入料管相连通，冷却箱与弧形挡板滑动连接，冷却箱靠近固态储氢机构的一侧设置有弧形导热板，固态储氢机构中设置有螺旋进气腔，固态储氢机构的中心设置有加热装置。本发明能够更加安全稳定、经济的储存氢气，氮气作为保护气，能够有效将空气中的氧气、水分子隔绝，大幅提升系统的安全性。技术研发人员：李福建,李京光,刘大为,刘旭,李放受保护的技术使用者：中能建氢能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2