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CN207933039U - 基于镁基储氢材料的加氢站系统 - Google Patents

基于镁基储氢材料的加氢站系统 Download PDF

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CN207933039U
CN207933039U CN201721413271.5U CN201721413271U CN207933039U CN 207933039 U CN207933039 U CN 207933039U CN 201721413271 U CN201721413271 U CN 201721413271U CN 207933039 U CN207933039 U CN 207933039U
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邹建新
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Shanghai Mg Power Technology Co ltd
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Shanghai Magnesium Source Power Technology Co Ltd
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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract

本实用新型提出了一种基于镁基储氢材料的加氢站系统，其特征在于，加氢站系统包括：氢气发生装置，通过电解水产氢、甲醇/乙醇重整产氢、太阳能光解水产氢、铝水反应产氢以及工业废氢净化中的一种方式产氢；氢气储存装置，氢气储存装置通过第一气管与氢气发生装置相连接，并且氢气储存装置内储存有镁基储氢材料以存储氢气；和气体压缩机，气体压缩机通过第二气管与氢气储存装置相连接以压缩从氢气储存装置中接收的氢气并传送到外部氢气使用设备。本实用新型提出的基于镁基储氢材料的加氢站系统，结构简单、易于组装，镁基储氢材料密度小、储氢容量高、安全性好，并且在氢气制备和释放中可以得到纯度较高的氢气。

Description

基于镁基储氢材料的加氢站系统
技术领域
本实用新型涉及一种加氢站系统，更具体地，涉及一种基于镁基储氢材料的加氢站系统。
背景技术
供电系统通常都存在用电的高峰段、平段和低谷段，如果能把低谷段的电力存储起来，在高峰段使用，则可以大大减少电力的损耗，是未来发展的主要趋势。美国Tesla公司的powerwal l系统就是一种家庭用的削峰平谷式储能电站，将夜晚的电存储在锂电池中，供白天使用，然而其大规模使用的安全性较差且成本高昂。德国的林德公司提出采用电力峰谷期间电解水，然后用高压气瓶或重金属储氢材料，如TiFe，LaNi5等将氢气存储起来，在用电高峰期间用燃料电池来发电提供电力，但是其所采用的高压气瓶安全性差，体积较大，价格昂贵，而重金属氢化物的储氢量低，不适合大规模存储。
镁基储氢材料因其密度小、储氢量大、资源丰富且成本低廉而被认为是最具应用前景的金属储氢材料之一。其原理是通过氢气与储氢合金之间进行的可逆反应，实现氢的储存与释放，即外界有热量传递给金属氢化物时，它就分解为储氢合金并放出氢气，反之，氢和储氢合金构成氢化物时，氢就以固态结合的形式储存于其中，同时放出热量。用储氢材料储存与输送氢有以下特点：(1)密度小，仅为1.74g/cm3；(2)储氢容量高，纯Mg的储氢容量为7.6％；(3)安全性好，没有爆炸危险；(4)可得到高纯度氢。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种基于镁基储氢材料的加氢站系统，其特征在于，加氢站系统包括：
氢气发生装置，氢气发生装置与外部电源相连接，以使用电能制备氢气；
氢气储存装置，氢气储存装置通过第一气管与氢气发生装置相连接，并且氢气储存装置内储存有镁基储氢材料以存储氢气；和
气体压缩机，气体压缩机通过第二气管与氢气储存装置相连接以压缩从氢气储存装置中接收的氢气并传送到外部氢气使用设备。
在一个实施例中，氢气发生装置为电解水产氢器、甲醇/乙醇重整产氢器、太阳能光解水产氢器、铝水反应产氢器以及工业废氢净化器中的一种。
在一个实施例中，氢气发生装置内的压力在0.5-30个大气压之间。
在一个实施例中，氢气储存装置包括：
压力容器，压力容器内具有镁基储氢材料，第一气管伸入到镁基储氢材料内，第二气管设置在镁基储氢材料的上方；
相变蓄热层，相变蓄热层包裹在压力容器的外侧，相变蓄热层由相变蓄热材料制成；和
保温层，保温层设置在相变蓄热层的外侧。
在一个实施例中，压力容器由不锈钢材料制成。
在一个实施例中，相变蓄热材料为镁铝合金、镁锌合金、硝酸钠、铅合金以及铋合金材料中的一种或两种。
在一个实施例中，当向氢气储存装置中储存氢气时，压力容器内的温度在200℃-400℃之间、压力在0.2-30个大气压之间。
在一个实施例中，保温层为电阻丝加热层。
在一个实施例中，镁基储氢材料为镁-石墨、镁-铁、镁-纳米碳管、铁-石墨烯、镁-铜以及镁-镍材料中的一种或两种。
在一个实施例中，镁基储氢材料中镁元素的重量在70wt％-99wt％之间。
本实用新型提出的基于镁基储氢材料的加氢站系统结构简单、易于组装，镁基储氢材料密度小、储氢容量高、安全性好，并且在氢气制备和释放中可以得到纯度较高的氢气。
附图说明
图1为根据本实用新型一个示例性实施例的基于镁基储氢材料的加氢站系统的结构示意图(其中箭头方向为氢气流动方向)；
图2示出了镁基储氢材料的吸氢曲线图；和
图3示出了镁基储氢材料的放氢曲线图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本实用新型的说明性、非限制性实施例，对根据本实用新型的基于镁基储氢材料的加氢站系统进行进一步说明。
参照图1，本实用新型提出的基于镁基储氢材料的加氢站系统包括氢气发生装置1、氢气储存装置2和气体压缩机3，其中氢气发生装置1用于产生氢气(H2)，产生的氢气被储存在氢气储存装置2，氢气储存装置2中储存的氢气可以被释放并被经过气体压缩机3的压缩后传送到外部用氢设备。
氢气发生装置1使用电能电解水以产生氢气。在本实用新型的一个实施例中，氢气发生装置1为电解水产氢器、甲醇/乙醇重整产氢气、太阳能光解水产氢器、铝水反应产氢器以及工业费氢净化器等本领域常用的其它氢气发生装置。氢气发生装置1与外部电源相连接以电解水产氢器中的水电解产生氢气。优选地，氢气发生装置1内的压力在0.5-30个大气压之间，以实现更好的制氢效果。
氢气储存装置2通过第一气管4与氢气发生装置1相连接以从氢气发生装置1中接收氢气，并且氢气储存装置2内具有镁基储氢材料21以存储氢气。使用镁基储氢材料储氢的原理为：存储氢气过程中，氢气通入镁基储氢材料21后，氢气与其中的镁(Mg)发生反应生成氢化镁(MgH2)，并且该反应为放热反应，即Mg+H2＝MgH2+75kJ/mol H2，镁基储氢材料21的典型储氢曲线如图2所示；释放氢气时，MgH2分解生成Mg和H2，并且该反应为吸热反应，即，MgH2＝Mg+H2-75kJ/mol H2，镁基储氢材料21的典型放氢曲线如图3所示。由此可知，使用镁基储氢材料21存储及释放氢气时可以得到高纯度氢。另外，镁基储氢材料21具有密度小、储氢容量高的优点，并且储氢的安全性高、没有爆炸危险。在一个实施例中，镁基储氢材料21为镁-石墨、镁-铁、镁-纳米碳管、铁-石墨烯、镁-铜以及镁-镍材料中的一种或两种，并且优选地，镁基储氢材料21中镁元素的重量在70wt％-99wt％之间，以保证更好的储氢效率。
气体压缩机3通过第二气管5与氢气储存装置2相连接。气体压缩机3从氢气存储装置接收镁基储氢材料21中释放的氢气，并且将氢气压缩后以供应外部用氢设备(例如，以氢气为染料的电池汽车、无人机、备用电源等)的氢气需求，通常空气压缩机3将氢气加压到35MPa或者70MPa。
在本实用新型的一个实施例中，氢气储存装置2包括压力容器22、相变蓄热层23和保温层24。镁基储氢材料21设置在压力容器22内，第一气管4伸入到镁基储氢材料21内以将氢气通入镁基储氢材料21内，第二气管5设置在镁基储氢材料21的上方以吸收从镁基储氢材料21内释放的氢气。相变蓄热层23包裹在压力容器22的外侧，并且该相变蓄热层23由相变蓄热材料制成。相变蓄热材料能够随着温度变化而改变其物质状态并提供潜热，这样，在镁基储氢材料21吸收氢气的过程中相变蓄热材料吸收热量并存储；在镁基储氢材料21释放氢气时，相变蓄热材料放出其中存储的热量以促进MgH2的分解过程。在相变蓄热层23的外侧设置保温层24，以在镁基储氢材料21存储氢气期间维持相变蓄热材料的温度，避免氢气泄漏。在一个实施例中，保温层24为电阻丝加热层，但是本领域技术人员应当理解的是，保温层24还可以采用本领域常用的其它适合的保温装置。
优选地，压力容器22由不锈钢材料制成。更加优选地，氢气储存装置2中储存氢气时，压力容器22内的温度在200℃-400℃之间、压力在0.2-30个大气压之间。
在一个实施例中，相变蓄热材料为镁铝合金、镁锌合金、硝酸钠、铅合金以及铋合金材料中的一种或两种，但本实用新型中使用的相变蓄热层23中使用的相变蓄热材料的种类不限于此。
下面结合附图说明本实用新型公开的基于镁基储氢材料的加氢站系统的工作过程。在用电低谷期，给电解水产氢器通电，将电解水产氢器中的水电解为氢气和氧气，并将其中的氢气通过第一气管4传送到压力容器22；氢气进入压力容器22后与其中存放的镁基储氢材料21的中的Mg反应生成MgH2，该反应为放热反应，释放的热量被存储在相变蓄热层23中，同时为保温层24通电以对相变蓄热层23起到保温作用。在向外部用氢设备加氢时，关闭氢气发生装置1以降低氢气储存装置2内的压力，相变蓄热层23中储存的热量传导入镁基储氢材料21；镁基储氢材料21吸热分解，释放氢气；释放的氢气通过第二气管5进入气体压缩机3；压缩机3将氢气压缩后进一步传送到外部用氢设备。
由上述说明可知，本实用新型提出的基于镁基储氢材料的加氢站系统结构简单、易于组装，镁基储氢材料21密度小、储氢容量高、安全性好，并且在氢气制备和释放中可以得到纯度较高的氢气；另外，使用相变蓄热层23和保温层24辅助储存MgH2制备过程中释放的热量，并在MgH2分解过程中提供释放热量，从而提高能量利用率。

Claims (9)

1.一种基于镁基储氢材料的加氢站系统，其特征在于，所述加氢站系统包括：
氢气发生装置，所述氢气发生装置与外部电源相连接，以使用电能制备氢气；
氢气储存装置，所述氢气储存装置通过第一气管与所述氢气发生装置相连接，并且所述氢气储存装置内储存有镁基储氢材料以存储氢气；和
气体压缩机，所述气体压缩机通过第二气管与所述氢气储存装置相连接以压缩从所述氢气储存装置中接收的氢气并传送到外部氢气使用设备。
2.根据权利要求1所述的加氢站系统，其特征在于，所述氢气发生装置为电解水产氢器、甲醇/乙醇重整产氢器、太阳能光解水产氢器、铝水反应产氢器以及工业废氢净化器中的一种。
3.根据权利要求1所述的加氢站系统，其特征在于，所述氢气发生装置内的压力在0.5-30个大气压之间。
4.根据权利要求1所述的加氢站系统，其特征在于，所述氢气储存装置包括：
压力容器，所述压力容器内具有镁基储氢材料，所述第一气管伸入到所述镁基储氢材料内，所述第二气管设置在所述镁基储氢材料的上方；
相变蓄热层，所述相变蓄热层包裹在所述压力容器的外侧，所述相变蓄热层由相变蓄热材料制成；和
保温层，所述保温层设置在所述相变蓄热层的外侧。
5.根据权利要求4所述的加氢站系统，其特征在于，所述压力容器由不锈钢材料制成。
6.根据权利要求4所述的加氢站系统，其特征在于，所述相变蓄热材料为镁铝合金、镁锌合金、硝酸钠、铅合金以及铋合金材料中的一种。
7.根据权利要求4所述的加氢站系统，其特征在于，当向所述氢气储存装置中储存氢气时，所述压力容器内的温度在200℃-400℃之间、压力在0.2-30个大气压之间。
8.根据权利要求4所述的加氢站系统，其特征在于，所述保温层为电阻丝加热层。
9.根据权利要求1所述的加氢站系统，其特征在于，所述镁基储氢材料为镁-石墨、镁-铁、镁-纳米碳管、铁-石墨烯、镁-铜以及镁-镍材料中的一种。
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