一种氢气速溶系统和方法与流程

本发明涉及氢气存储，尤其是涉及一种氢气速溶系统和方法。

背景技术：

1、随着化石燃料耗量的日益增加和储量的日益减少，迫切需要寻找一种不依赖化石燃料且储量丰富的新型能源。氢能是在常规能源危机出现、在二次能源开发的同时备受期待的一种新型二次能源。氢气燃烧的产物是水，是一种二次清洁能源，具有燃烧热值高、资源丰富、可持续发展等特点。然而，由于氢在常态下是气体，其输送和储存比固体煤、液体石油更加困难。氢的储存是一个至关重要的环节，已经成为氢能利用走向规模化的瓶颈。

2、目前，物理储氢方式主要包括高压气态储氢和低温液态储氢。高压气态储氢是最常用的氢气储存方式，是将氢气压缩后装在钢瓶中以气体形式储存，需将压强提升至30-80mpa。低温液态储氢是将氢气压缩后冷却至-253℃以下，使之液化并存放在绝热真空储存器中。总体而言，现有物理储氢方式工艺流程较为复杂，对相关设备要求极高，并且具有很高的安全隐患。若能在适中的温度或较低的压力下实现氢气的快速溶解，则能显著降低储氢能耗、工艺难度和安全隐患。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢气速溶系统和方法，能够在100-130℃、10.0-15.0mpa的条件下快速溶解氢气，氢气的溶解速率快，氢溶液的浓度高且稳定性好，实现了氢气在中温、较低压力下的快速存储。

2、本发明提供一种氢气速溶系统，包括溶解塔和气液分离器，在溶解塔的顶部设有离心式雾化器和布气装置，在溶解塔的底部设有曝气装置，离心式雾化器与溶剂管道连接，在溶剂管道上设有用于对溶剂温度进行调节的液体参数控制器，布气装置与氢气管道连接，在氢气管道上设有用于对氢气的温度和压力进行调节的气体参数控制器，溶解塔的下部通过液相管道与气液分离器连通，气液分离器的气体出口与曝气装置连通。

3、进一步地，溶解塔的上部通过气相管道与增压器连接，增压器与气雾管道中部连通，气雾管道的两端分别与氢气管道和曝气装置连通，在增压器与氢气管道和曝气装置之间的气雾管道上分别设有调节阀。

4、进一步地，气相管道设置在距离溶解塔底部1/3至1/2的位置上并且位于溶解塔氢溶液液面上方1-2m；液相管道位于溶解塔氢溶液液面下方0.5-1m。

5、进一步地，溶解塔的直径为离心式雾化器雾距的1.2-1.5倍，溶解塔的高径比为1/2至1/4。

6、进一步地，在溶解塔的上部和下部分别设有气相参数监测仪和液相参数监测仪，气相参数监测仪设置在距离溶解塔顶部1/3至1/2的位置上，液相参数监测仪位于溶解塔氢溶液液面下方1-3m。

7、本发明还提供一种氢气速溶方法，采用上述系统进行，氢气速溶方法包括如下步骤：

8、s1：利用液体参数控制器调节溶剂的温度，随后将溶剂送至离心式雾化器中雾化成雾滴并喷射至溶解塔的顶部；

9、s2：利用气体参数控制器调节氢气的温度和压力，随后将氢气通过布气装置送至溶解塔中，氢气与雾滴在溶解塔内部接触并溶解形成氢溶液；

10、s3：将氢溶液送入气液分离器中进行气液分离，将气液分离器分离形成的氢气通过曝气装置曝气后送入溶解塔；

11、s4：将溶解塔上部未溶解的氢气通过通过增压器增压后送至气雾管道，再经气雾管道送至氢气管道和曝气装置；

12、s5：曝气装置将气液分离器分离形成的氢气及溶解塔上部未溶解的氢气转化为气泡后进入溶解塔底部的氢溶液中，氢气再次与氢溶液充分混合并快速溶解。

13、进一步地，溶剂选自正庚烷、环己烷和正辛烷中的一种。

14、进一步地，控制氢气与溶剂的质量比为0.2-0.4；离心式雾化器的圆周速度为180-220m/s；雾滴的粒度为10-40μm。

15、进一步地，曝气形成的气泡尺寸为10-50nm。

16、进一步地，通过液体参数控制器调节溶剂的温度为100-130℃，优选为130℃；通过气体参数控制器调节氢气的温度为100-130℃，优选为130℃；压力为10.0-15.0mpa，优选为15.0mpa。

17、本发明的系统和方法通过离心式雾化器将溶剂雾化成粒径为10-40μm的雾滴，雾滴的比表面积高达15-60万平方米/m3；同时，通过布气装置将氢气调整为螺旋向下的流场后送入溶解塔内部，氢气驱动溶剂雾滴螺旋向下运动，两者充分接触，氢气快速溶解；此外，曝气装置将气雾及未溶解氢气转化为10-50nm的气泡后进入溶解塔底部的氢溶液中，气雾中的氢气再次与氢溶液充分混合并快速溶解，该系统和方法能够在100-130℃、10.0-15.0mpa的条件下快速溶解氢气，氢气的溶解速率快，实现了氢气在适中温度和较低压力(相对于低温液态储存和高压气态储存)下的快速存储。

技术特征：

1.一种氢气速溶系统，其特征在于，包括溶解塔和气液分离器，在溶解塔的顶部设有离心式雾化器和布气装置，在溶解塔的底部设有曝气装置，离心式雾化器与溶剂管道连接，在溶剂管道上设有用于对溶剂温度进行调节的液体参数控制器，布气装置与氢气管道连接，在氢气管道上设有用于对氢气的温度和压力进行调节的气体参数控制器，溶解塔的下部通过液相管道与气液分离器连通，气液分离器的气体出口与曝气装置连通。

2.根据权利要求1所述的氢气速溶系统，其特征在于，溶解塔的上部通过气相管道与增压器连接，增压器与气雾管道中部连通，气雾管道的两端分别与氢气管道和曝气装置连通，在增压器与氢气管道和曝气装置之间的气雾管道上分别设有调节阀。

3.根据权利要求2所述的氢气速溶系统，其特征在于，气相管道设置在距离溶解塔底部1/3至1/2的位置上并且位于溶解塔氢溶液液面上方1-2m；液相管道位于溶解塔氢溶液液面下方0.5-1m。

4.根据权利要求1所述的氢气速溶系统，其特征在于，溶解塔的直径为离心式雾化器雾距的1.2-1.5倍，溶解塔的高径比为1/2至1/4。

5.根据权利要求1所述的氢气速溶系统，其特征在于，在溶解塔的上部和下部分别设有气相参数监测仪和液相参数监测仪，气相参数监测仪设置在距离溶解塔顶部1/3至1/2的位置上，液相参数监测仪位于溶解塔氢溶液液面下方1-3m。

6.一种氢气速溶方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的系统进行，氢气速溶方法包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的氢气速溶方法，其特征在于，溶剂选自正庚烷、环己烷和正辛烷中的一种。

8.根据权利要求6所述的氢气速溶方法，其特征在于，离心式雾化器的圆周转速为180-220m/s，雾滴的平均粒径为10-40μm。

9.根据权利要求6所述的氢气速溶方法，其特征在于，曝气形成的气泡尺寸为10-50nm。

10.根据权利要求6所述的氢气速溶方法，其特征在于，通过液体参数控制器调节溶剂的温度为100-130℃；通过气体参数控制器调节氢气的温度为100-130℃，压力为10.0-15.0mpa。

技术总结
本发明提供了一种氢气速溶系统和方法。本发明的氢气速溶系统包括溶解塔和气液分离器，在溶解塔的顶部设有离心式雾化器和布气装置，在溶解塔的底部设有曝气装置，离心式雾化器与溶剂管道连接，在溶剂管道上设有用于对溶剂温度进行调节的液体参数控制器，布气装置与氢气管道连接，在氢气管道上设有用于对氢气的温度和压力进行调节的气体参数控制器，溶解塔的下部通过液相管道与气液分离器连通，气液分离器的气体出口与曝气装置连通。本发明的氢气速溶系统和方法能够在100‑130℃、10.0‑15.0MPa的条件下快速溶解氢气，氢气的溶解速率快，实现了氢气在中温、较低压力下的快速存储。

技术研发人员：李飞,孟悦然,陈海杰,刘海洋,齐娇娜,高阳,蒋雪丽,白玉勇,麻晓越,彭思伟
受保护的技术使用者：大唐环境产业集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23