一種基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置及方法
【專利摘要】一種基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置及方法，屬于石油科研儀器【技術(shù)領(lǐng)域】。該發(fā)明提出一種快速、安全、成本低、使用方便的儲(chǔ)氫裝置及方法，設(shè)計(jì)壓力0-20Mpa，設(shè)計(jì)溫度-20-30℃。為了提高裝置強(qiáng)度和滿足氫氣儲(chǔ)運(yùn)與利用需求，該裝置整體采用鈦合金材質(zhì)，并設(shè)計(jì)為雙層套筒結(jié)構(gòu)，端蓋與內(nèi)筒構(gòu)成耐高壓反應(yīng)室，可進(jìn)行水合物的生成與分解，夾層中通過循環(huán)的冷卻劑以控制內(nèi)筒溫度，亦可抽成真空以便氫氣的儲(chǔ)運(yùn)。過濾器可過濾氫氣釋放時(shí)揮發(fā)的THF氣體。根據(jù)記憶效應(yīng)，利用THF水合物分解水生成THF水合物，大幅提高反應(yīng)速率。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，可循環(huán)使用，操作方便、簡單適用。
【專利說明】一種基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于記憶效應(yīng)的裝置，屬于石油科研儀器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來越大，氫能作為一種清潔高品質(zhì)能源對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，氫能的儲(chǔ)存是氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要瓶頸。氫能工業(yè)對(duì)儲(chǔ)氫的要求是儲(chǔ)氫系統(tǒng)要安全、容量大、成本低、使用方便。目前采用或正在研究的主要儲(chǔ)氫材料與技術(shù)有:高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫、碳基材料儲(chǔ)氫、有機(jī)液體氫化物儲(chǔ)氫等。這些技術(shù)大多存在各自的缺點(diǎn)，暫時(shí)達(dá)不到實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]采用水合物儲(chǔ)氫具有優(yōu)點(diǎn)如下:
[0004]I)儲(chǔ)氫和放氫過程完全可逆，對(duì)環(huán)境無污染，價(jià)格低廉；
[0005]2)形成和分解的溫度、壓力條件相對(duì)較低，速度快，能耗少。然而，純氫水合物形成條件過于苛刻或者儲(chǔ)氫量極低，廣大學(xué)者提出一系列改進(jìn)。Lee等人指出采用THF (四氫呋喃)和H2 二元水合物儲(chǔ)氫，摩爾濃度為0.15%的THF溶液形成的水合物在12MPa、270K時(shí)，氫氣所占質(zhì)量比為4.0%。[0006]THF在零度以上和常壓條件下即能生成II型水合物，THF常溫常壓下為無色易揮發(fā)液體。本專利申請(qǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)THF水合物分解水再生成THF水合物時(shí)具有明顯的記憶效應(yīng)，水合物生成誘導(dǎo)時(shí)間顯著減少。樊栓獅等指出，3A分子篩對(duì)THF水合物生成具有明顯的促進(jìn)作用。目前水合物的儲(chǔ)氫裝置及方法還處于試驗(yàn)研究階段，關(guān)于基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置及方法還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置及其使用方法。其目的是結(jié)合I)水合物分解水的記憶效應(yīng)和3A分子篩對(duì)THF水合物生成的促進(jìn)作用；2) THF與H2 二元水合物儲(chǔ)氫條件相對(duì)簡單、儲(chǔ)氫質(zhì)量比相對(duì)較高的特點(diǎn)，提出一種快速、安全、成本低、使用方便的儲(chǔ)氫裝置及方法。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置，該裝置包括進(jìn)氣口、出氣口、過濾器、端蓋、O型橡膠密封圈、外筒、內(nèi)筒、冷卻劑出口、冷卻劑入口、含有分子篩的多孔介質(zhì)塊和進(jìn)水Π ；
[0010]兩個(gè)端蓋與內(nèi)筒構(gòu)成耐高壓反應(yīng)室，中間放置含有分子篩的多孔介質(zhì)塊，進(jìn)行水合物的生成與分解；兩個(gè)端蓋與內(nèi)、外筒之間構(gòu)成夾層，冷卻劑管道設(shè)置在夾層內(nèi)環(huán)繞內(nèi)筒，冷卻劑出口和冷卻劑入口在外筒外壁上，
[0011]其中通入循環(huán)冷卻介質(zhì)控制溫度，促進(jìn)THF與H2 二元水合物生成或分解，亦可抽成真空便于氫氣的儲(chǔ)運(yùn)；
[0012]其中一個(gè)端蓋設(shè)進(jìn)氣口、出氣口，另一個(gè)端蓋設(shè)有進(jìn)水口 ；[0013]過濾器設(shè)置在出口處，對(duì)出氣口氣體過濾，保證氫氣的安全使用；
[0014]O型橡膠密封圈用于端蓋與內(nèi)筒、外筒之間的密封；
[0015]整體結(jié)構(gòu)采用鋁合金材質(zhì)。
[0016]本發(fā)明基于記憶效應(yīng)，利用THF水合物分解水生成THF水合物，誘導(dǎo)時(shí)間減少，分子篩具有達(dá)標(biāo)面積比的特點(diǎn)，促進(jìn)水合物生成速率；THF水溶液中THF濃度便于調(diào)節(jié)，可根據(jù)最新的研究結(jié)果調(diào)整其濃度和溫度、壓壓條件，實(shí)現(xiàn)氫氣的快速、高質(zhì)量比儲(chǔ)存；水合物生成、分解以及儲(chǔ)運(yùn)是可通過夾層控制，便于操作，安全性高；操作溫度、壓力條件相對(duì)簡單，實(shí)現(xiàn)分解水的循環(huán)使用，是一種快速、安全、成本低、使用方便的儲(chǔ)氫裝置；過濾裝置可實(shí)現(xiàn)出氣口的THF安全控制，保證氫氣的安全使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置主剖視圖。
[0018]圖2為該裝置俯視圖A-A。
[0019]圖3為該裝置仰視圖B-B。
[0020]圖4為該裝置圖2中的左剖視圖C-C。
[0021]圖中:1出氣口，2過濾器，3端蓋，4 O型橡膠密封圈，5冷卻劑出口，6外筒，7內(nèi)筒，8含有分子篩的多孔介質(zhì)塊，9進(jìn)水口，10冷卻劑入口，11夾層，12螺栓，13進(jìn)氣口，14進(jìn)氣口閥門，15出氣口閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1-4展示了一種基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置。該裝置整體由兩個(gè)端蓋，內(nèi)、外套筒，含有分子篩的多孔介質(zhì)塊以及過濾器構(gòu)成。端蓋與內(nèi)筒構(gòu)成耐高壓反應(yīng)室，中間放置含有分子篩的多孔介質(zhì)塊，可進(jìn)行水合物的生成與分解；兩個(gè)端蓋與內(nèi)、外筒之間構(gòu)成夾層，其中通入循環(huán)冷卻介質(zhì)控制溫度促進(jìn)THF與H2 二元水合物生成儲(chǔ)氫，或者通入循環(huán)加熱介質(zhì)促進(jìn)其分解，或者抽成真空便于儲(chǔ)運(yùn)；由于THF具有揮發(fā)性和毒性，過濾裝置采用3號(hào)(A型)過濾毒罐對(duì)出氣口氣體過濾，保證氫氣的安全使用；進(jìn)水口用于注入THF水溶液，進(jìn)氣口用于氣體高壓注入，出氣口用于排氣和泄壓。
[0023]利用上述基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置進(jìn)行研究和使用的步驟如下:
[0024]第一步，組裝各部件。按次序組裝各部件，將含有分子篩的多孔介質(zhì)放入反應(yīng)室，關(guān)閉出氣閥門。
[0025]第二步，注入THF水溶液。利用THF水合物分解水配制THF水溶液，將適宜摩爾濃度的THF水溶液從進(jìn)水口注入，注意去除多孔介質(zhì)中的殘余空氣。
[0026]第三步，密封及管路連接。將端蓋密封，確保螺栓緊固及裝置密閉性良好，將冷卻劑進(jìn)、出口與外接控溫浴槽及循環(huán)泵接好，將進(jìn)氣口與高壓氣瓶連接，可使用減壓器及調(diào)壓閥對(duì)進(jìn)氣壓力進(jìn)行控制。
[0027]第四步，注氣、控溫進(jìn)行水合物生成，儲(chǔ)存氫氣。向反應(yīng)室注入H2氣體，達(dá)到實(shí)驗(yàn)壓力后停止注氣，將進(jìn)氣口閥門關(guān)閉，通過調(diào)節(jié)冷卻劑溫度控制反應(yīng)生成。
[0028]第五步，抽離冷卻劑，進(jìn)行氫氣的儲(chǔ)運(yùn)。將冷卻劑從中間夾層抽離，減緩熱傳遞，便于儲(chǔ)存與運(yùn)輸。[0029]第六步，水合物分解釋放氫氣。打開出氣口閥門，將冷卻劑進(jìn)、出口與外接控溫浴槽及循環(huán)泵接好，控制溫度，促進(jìn)水合物分解釋放氫氣，通過過濾器后排出氣體。[0030]第七步，分解水回收。利用分解水配制THF溶液。重復(fù)步驟二到步驟六即可實(shí)現(xiàn)裝置的循環(huán)使用。
【權(quán)利要求】
1.一種基于記憶效應(yīng)的水合物儲(chǔ)氫裝置，其特征在于， 該裝置包括進(jìn)氣口、出氣口、過濾器、端蓋、O型橡膠密封圈、外筒、內(nèi)筒、冷卻劑出口、冷卻劑入口、含有分子篩的多孔介質(zhì)塊和進(jìn)水口 ； 兩個(gè)端蓋與內(nèi)筒構(gòu)成耐高壓反應(yīng)室，中間放置含有分子篩的多孔介質(zhì)塊，進(jìn)行水合物的生成與分解；兩個(gè)端蓋與內(nèi)、外筒之間構(gòu)成夾層，冷卻劑管道設(shè)置在夾層內(nèi)環(huán)繞內(nèi)筒，冷卻劑出口和冷卻劑入口在外筒外壁上， 其中通入循環(huán)冷卻介質(zhì)控制溫度，促進(jìn)THF與H2 二元水合物生成或分解，亦可抽成真空便于氫氣的儲(chǔ)運(yùn)； 其中一個(gè)端蓋設(shè)進(jìn)氣口、出氣口，另一個(gè)端蓋設(shè)有進(jìn)水口 ； 過濾器設(shè)置在出口處，對(duì)出氣口氣體過濾，保證氫氣的安全使用； O型橡膠密封圈用于端蓋與內(nèi)筒、外筒之間的密封； 整體結(jié)構(gòu)采用鋁合金材質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述的水合物儲(chǔ)氫裝置的使用方法，其特征包括如下步驟: 第一步，將含有分子篩的多孔介質(zhì)放入反應(yīng)室，關(guān)閉出氣口的閥門； 第二步，注入THF水溶液:利用THF水合物分解水配制THF水溶液，將THF水溶液從進(jìn)水口注入,去除多孔介質(zhì)中的殘余空氣； 第三步 ，密封及管路連接:將端蓋密封，將冷卻劑進(jìn)出口與外接控溫浴槽及循環(huán)泵接好，將進(jìn)氣口與高壓氣瓶連接，使用減壓器及調(diào)壓閥對(duì)進(jìn)氣壓力進(jìn)行控制； 第四步，注氣、控溫進(jìn)行水合物生成，儲(chǔ)存氫氣；向反應(yīng)室注入H2氣體，達(dá)到壓力后停止注氣，將進(jìn)氣口閥門關(guān)閉，通過調(diào)節(jié)冷卻劑溫度控制反應(yīng)生成； 第五步，抽離冷卻劑，進(jìn)行氫氣的儲(chǔ)運(yùn)；將冷卻劑從中間夾層抽離，減緩熱傳遞，便于儲(chǔ)存與運(yùn)輸； 第六步，水合物分解釋放氫氣；打開出氣口閥門，將冷卻劑進(jìn)、出口與外接控溫浴槽及循環(huán)泵接好，控制溫度，促進(jìn)水合物分解釋放氫氣，通過過濾器后排出氣體； 第七步，分解水回收；利用分解水配制THF溶液，重復(fù)步驟二到步驟六實(shí)現(xiàn)裝置的循環(huán)使用。
【文檔編號(hào)】C01B3/02GK103613065SQ201310574070
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】趙佳飛, 宋永臣, 樊震, 劉衛(wèi)國, 劉瑜, 王大勇, 張毅, 楊明軍, 王夢婷 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)