液氢储瓶空排氢气消纳处理系统及其处理方法与流程

本技术涉及氢气处理，特别是涉及一种液氢储瓶空排氢气消纳处理系统及其处理方法。

背景技术：

1、随着全球能源短缺及环境问题日益凸显，世界各国对低碳、清洁、可再生能源的发展利用迫在眉睫。氢能具有来源广泛、应用场景丰富、高热值、零碳排放、可再生的特点，被视为21世纪最具发展潜力的能源。目前氢能已广泛应用于交通、工业、电子及建筑等领域，同时，氢能还可作为能源储备解决能源危机问题，因此氢能产业将迎来巨大的发展契机。氢能产业链包括氢的制取、储存、运输以及应用，其中氢的储运是连接氢能产业链上下游的关键环节，也是目前氢能高效储运、规模化利用的主要瓶颈。氢能的储运方式有高压气态储氢、低温液态储氢以及金属氢化物储氢等，其中低温液态储氢具有质量储氢密度大、加注效率高、安全性好等优势，是未来较理想的储氢技术。

2、液氢的沸点极低，储运过程中不可避免地存在汽化损失，当氢气汽化积聚到一定压力，需要通过安全阀等装置进行排放，以免对液氢瓶的安全造成影响，因此液态储氢对存储装置如液氢储瓶的可靠性要求较高，对汽化氢气的排放压力和速率等也提出了较高的要求，需要在一定的合理压力区间排空氢气。现有技术中部分会采取对液氢储瓶汽化的氢气直接排空的方式，但是在密闭或通风不畅的场所，容易造成氢气的积聚，带来爆炸等风险隐患。同时，研究表明，氢气可以与平流层中的臭氧发生反应，破坏臭氧层，并且氢气会与空气中的羟基自由基反应，导致与大气中甲烷反应的羟基自由基减少，使得温室效应加剧。也有现有技术采用液氢回收系统，液氢回收系统包括转化模块和储存模块，汽化氢气经过转化模块重新变成液氢，并收集在储存模块中，降低液态氢气的蒸发损失，该技术虽然可以解决空排氢气直接进入大气的问题，但是所需设备复杂、操作繁琐，成本高，难以大面积推广。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种液氢储瓶空排氢气消纳处理系统。本发明的液氢储瓶空排氢气消纳处理系统结构简单，能耗少，可基于目标氢气浓度进行氢气路和空气路出气量调控，实现液氢储瓶汽化氢气的有效处理，避免氢气直接排放带来的氢气积聚等风险，同时减少氢气排放，避免影响大气环境，兼具经济性、安全性和环保性。

2、本技术一实施例提供了一种液氢储瓶空排氢气消纳处理系统。

3、一种液氢储瓶空排氢气消纳处理系统，包括液氢储瓶、汽氢压力检测部件、排氢控制阀门、氢气储气容器、消氢反应器以及空气进气管道，所述液氢储瓶通过消纳管道与所述氢气储气容器、所述消氢反应器依次顺序连接，所述液氢储瓶用于储存液体氢气，所述氢气储气容器用于储存汽化的气态氢气，所述汽氢压力检测部件与所述排氢控制阀门设置在所述消纳管道上且位于所述液氢储瓶与所述氢气储气容器之间，所述空气进气管道的一端连接在所述消纳管道上位于所述氢气储气容器与所述消氢反应器之间的位置，所述空气进气管道用于向所述消氢反应器内输入空气以实现氧气与氢气进行消氢反应。

4、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括储氢压力检测部件，所述储氢压力检测部件设置在所述消纳管道上且位于所述氢气储气容器与所述消氢反应器之间，所述储氢压力检测部件靠近于所述氢气储气容器的出气端。

5、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括脉宽比例阀，所述脉宽比例阀设置在所述消纳管道上且位于所述氢气储气容器与所述消氢反应器之间，所述脉宽比例阀靠近于所述氢气储气容器的出气端。

6、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括氢气浓度检测部件，所述氢气浓度检测部件设置在所述消纳管道上且位于所述氢气储气容器与所述消氢反应器之间，所述氢气浓度检测部件靠近于所述消氢反应器的进气端。

7、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括消氢进口压力检测部件，所述消氢进口压力检测部件设置在所述消纳管道上且位于所述氢气储气容器与所述消氢反应器之间，所述消氢进口压力检测部件靠近于所述消氢反应器的进气端。

8、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括消氢器温度检测部件，所述消氢器温度检测部件连接于所述消氢反应器。

9、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括换热器，所述换热器设置在所述消纳管道上且位于所述消氢反应器的出气端。

10、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括阻火器，所述阻火器设置在所述消纳管道上且位于所述氢气储气容器与所述消氢反应器之间。

11、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括空气滤清器，所述空气滤清器设置在所述空气进气管道上。

12、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括流量检测部件，所述流量检测部件设置在所述空气进气管道上。

13、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括抽气泵，所述抽气泵设置在所述空气进气管道上。

14、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统还包括安全阀以及安全管道，所述安全管道连接在所述消纳管道上位于所述液氢储瓶与所述氢气储气容器之间的位置，所述安全阀连接于所述安全管道。

15、本技术一实施例还提供了一种液氢储瓶空排氢气消纳处理方法。

16、一种液氢储瓶空排氢气消纳处理方法，采用上述的液氢储瓶空排氢气消纳处理系统，包括如下步骤：

17、控制液氢储瓶储存液体氢气，控制汽氢压力检测部件检测所述液氢储瓶内的压力并得到压力值p1，当压力值p1≥预设压力值p时，控制排氢控制阀门开启，以实现部分气态氢气进入氢气储气容器内；

18、按照预设间隔时间控制所述氢气储气容器内的气态氢气进入消氢反应器内，控制空气进气管道向所述消氢反应器内输入空气以实现氧气与氢气进行消氢反应，其中，输入的空气的体积与气态氢气的体积比为不小于2.7。

19、在其中一些实施例中，所述液氢储瓶空排氢气消纳处理方法还包括如下步骤：

20、控制消氢器温度检测部件检测所述消氢反应器内的反应温度t1，当反应温度t1≥预设温度t时，控制开启换热器以对所述消氢反应器进行换热降温。

21、上述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统，能够应用于液氢储氢供氢领域，采用催化剂催化氢氧反应的消氢成熟技术路线，消纳处理液氢瓶长期存放或运行过程中带来的氢气汽化超压排放问题，既可以保护大气环境，又可以避免氢气空排带来的氢气积聚爆炸风险，同时，相较于目前液氢储瓶汽化氢气的回收方案，本技术具有所用设备少、操作控制简单、能耗少的优点。

22、上述液氢储瓶空排氢气消纳处理系统结构简单、安全友好、高效长久，本技术的消氢核心是携带pd、pt基催化剂的消氢反应器，通过控制一定氢气浓度的氢气、氧气混合气体进入消氢反应器，在催化剂的作用下进行氢氧化学反应并生成水，可以实现氢气的有效消纳处理，液氢储瓶空排的氢气可进行消纳处理，并基于目标混氢浓度进行消氢控制，从而实现氢气的缓慢、安全、稳定处理，避免较高浓度氢气直接排放至空气。

23、本技术的液氢储瓶空排氢气消纳处理系统，相比于传统技术，具备如下有益效果：

24、（1）液氢储瓶空排的氢气经过消氢系统消纳处理后，氢气浓度可降至100ppm水平，是氢气爆炸下限值的1/400，实现氢气的有效处理。

25、（2）氢气储气容器实现对空排氢气的暂缓储存，再通过后端的脉宽比例阀调节实现氢气的持续缓慢释放，避免消氢间歇开启导致消氢反应器温度的波动。

26、（3）通过脉宽比例阀占空比和抽气泵转速控制，实现基于目标混氢浓度的混氢的均匀性。

27、（4）控制换热器在消氢温度大于一定阈值时开启，防止消氢反应后的气体温度过高对设备造成影响，温度在合理阈值范围内换热器不开启，可减少能耗。

28、（5）设置安全阀可以实现在紧急情况下例如起火、剧烈碰撞等情况下进行液氢储瓶的直接泄压，避免安全事故。