一种提取运输掺氢天然气中氢气的设备及方法
阅读说明：本技术 一种提取运输掺氢天然气中氢气的设备及方法 (Equipment and method for extracting and transporting hydrogen in hydrogen-doped natural gas ) 是由 方沛军 邹建新 张雷 伍远安 曹俊 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提取运输掺氢天然气中氢气的设备及方法。设备包括至少一个镁基固态储运氢装置,镁基固态储运氢装置包括储氢室,储氢室包括放置有镁基固态储氢物的储存腔以及用于流通换热介质的换热腔,储存腔通过进气管和出气管与天然气管道相连通,进气管上设有第一氢气浓度检测计、第一流量计和第一阀门,出气管上还设有第二氢气浓度检测计、第二流量计和第二阀门,换热腔设有与外部相连通的进口和出口。在天然气管道长距离运输掺氢天然气后,在加氢站等用氢单位附近采用镁基固态储运氢装置将天然气管道中的氢气吸收储存,并运输到用氢单位,解决天然气管道与用氢单位间百十公里距离的运氢难题。(The invention discloses equipment and a method for extracting hydrogen in transported hydrogen-doped natural gas. The equipment comprises at least one magnesium-based solid hydrogen storage and transportation device, the magnesium-based solid hydrogen storage and transportation device comprises a hydrogen storage chamber, the hydrogen storage chamber comprises a storage cavity for placing magnesium-based solid hydrogen storage materials and a heat exchange cavity for circulating heat exchange media, the storage cavity is communicated with a natural gas pipeline through an air inlet pipe and an air outlet pipe, a first hydrogen concentration detector, a first flowmeter and a first valve are arranged on the air inlet pipe, a second hydrogen concentration detector, a second flowmeter and a second valve are further arranged on the air outlet pipe, and an inlet and an outlet which are communicated with the outside are formed in the heat exchange cavity. After the natural gas pipeline transports the hydrogen-doped natural gas for a long distance, a magnesium-based solid hydrogen storage and transportation device is adopted near a hydrogen utilization unit such as a hydrogenation station to absorb and store hydrogen in the natural gas pipeline and transport the hydrogen to the hydrogen utilization unit, so that the problem of hydrogen transportation between the natural gas pipeline and the hydrogen utilization unit at a distance of hundreds of kilometers is solved.)
技术领域
本发明涉及氢能源储存运输技术领域，尤其涉及一种提取运输掺氢天然气中氢气的设备及方法。
背景技术
通过已有天然气管道运输掺氢天然气，可有效降低氢气的运输成本，但是如何将掺氢天然气中的氢体高效分离出来并同时解决最后百十公里的天然气管道运往加氢站等用氢单位的氢气运输问题是急需要解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种高效提取和运输掺氢天然气中氢气的设备。
本发明的一种提取运输掺氢天然气中氢气的设备，包括至少一个镁基固态储运氢装置，所述镁基固态储运氢装置包括储氢室，所述储氢室包括放置有镁基固态储氢物的储存腔以及用于流通换热介质的换热腔，所述储存腔通过进气管和出气管与天然气管道相连通，所述进气管上设有第一氢气浓度检测计、第一流量计和第一阀门，所述出气管上还设有第二氢气浓度检测计、第二流量计和第二阀门，所述换热腔设有与外部相连通的进口和出口。
进一步的，所述设备包括多个镁基固态储运氢装置，所述天然气管道和多个进气管之间设有气体分流装置，所述天然气管道和多个出气管之间设有气体汇流装置。
进一步的，所述设备还包括导热油装置，所述导热油装置包括油箱和用于调节所述油箱内的油的温度的温控机构，所述油箱分别通过进油管和出油管与所述换热腔的进口和出口相连通构成循环回路，所述进油管上设有第三阀门和循环泵，所述出油管上设有第四阀门。
进一步的，所述温控机构包括用于对导热油进行加热的加热组件、对导热油进行降温的制冷组件和检测导热油温度的温度传感器。
进一步的，所述设备还包括吹扫装置，所述吹扫装置通过吹气管可拆卸的与所述换热腔相连通。
进一步的，所述设备还包括抽气泵，所述抽气泵通过抽气管可拆卸的与所述储存腔相连通。
进一步的，所述镁基固态储氢物包括纯镁、镁合金和镁基复合材料的一种或多种。
一种提取运输掺氢天然气中氢气的方法，使用上述的设备，具体步骤如下：
S1：向换热腔内通入温度80～150℃的换热介质；
S2：打开第一阀门和第二阀门，调节第一阀门的开度调节掺氢天然气的流速，观察第二氢气浓度检测计检测的氢气浓度cout，当cout为0.01～1％时，停止调节第一阀门，以该流速向镁基固态储运氢装置通入掺氢天然气；
S3：镁基固态储运氢装置的充氢量mH2通过下式计算：
这里，vin为第一流量计的实时检测的数据，和vout为第二流量计的实时检测数据，cin和cout分别是第一氢气浓度检测计和第二氢气浓度检测计检测的氢气的浓度，t1和t2分别是镁基固态储运氢装置开始和结束储氢的时间；当mH2等于镁基固态储运氢装置的额定充氢量时，关闭第一阀门和第二阀门；
S4：停止通入换热介质，并将换热腔内的换热介质排出，待镁基固态储运氢装置的镁基固态储氢物冷却后，对储存腔进行抽真空，抽除内部天然气。
本发明利用镁基固态储氢物与氢气的化学反应，选择性的吸收掺氢天然气中的氢气，实现掺氢天然气中的氢气的高效提取，在天然气管道长距离运输掺氢天然气后，在加氢站等用氢单位附近采用镁基固态储运氢装置将天然气管道中的氢气吸收储存，并运输到用氢单位，解决天然气管道与用氢单位间百十公里距离的运氢难题。该方式的总体运氢成本可以显著下降，可促进氢能的大规模应用。
附图说明
图1为本发明的一种提取运输掺氢天然气中氢气的设备三维结构示意图；
图2为本发明的导热油装置的结构示意图；
图3为本发明的吹扫装置的结构示意图；
图4为本发明的储氢室的结构示意图。
1、镁基固态储运氢装置；11、储氢室；111、储存腔；112、换热腔；2、进气管；21、第一氢气浓度检测计；22、第一流量计；23、第一阀门；3、出气管；31、第二氢气浓度检测计；32、第二流量计；33、第二阀门；4、天然气管道；5、气体分流装置；6、气体汇流装置；7、导热油装置；71、油箱；72、温控机构；721、加热组件；722、制冷组件；723、温度传感器；73、进油管；731、第三阀门；732、循环泵；74、出油管；741、第四阀门；8、吹扫装置；81、吹气管；9、抽气泵；91、抽气管。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-4所示，本发明的一种提取运输掺氢天然气中氢气的设备，包括至少一个镁基固态储运氢装置1，镁基固态储运氢装置1包括储氢室11，储氢室11包括放置有镁基固态储氢物的储存腔111以及用于流通换热介质的换热腔112，储存腔111通过进气管2和出气管3与天然气管道4相连通，进气管2上设有第一氢气浓度检测计21、第一流量计22和第一阀门23，出气管3上还设有第二氢气浓度检测计31、第二流量计32和第二阀门33，换热腔112设有与外部相连通的进口和出口。
本发明利用镁基固态储氢物与氢气的化学反应，选择性的吸收掺氢天然气中的氢气，实现掺氢天然气中的氢气的高效提取。在天然气管道4长距离运输掺氢天然气后，在加氢站等用氢单位附近采用镁基固态储运氢装置1将天然气管道4中的氢气吸收储存，并运输到用氢单位，解决天然气管道4与用氢单位间百十公里距离的运氢难题。该方式的总体运氢成本可以显著下降，可促进氢能的大规模应用。
设备可以包括多个镁基固态储运氢装置1，天然气管道4和多个进气管2之间设有气体分流装置5，天然气管道4和多个出气管3之间设有气体汇流装置6，这样提高氢气的提取速率。
设备还可以包括导热油装置7，导热油装置7包括油箱71和用于调节油箱71内的油的温度的温控机构72，油箱71分别通过进油管73和出油管74与换热腔112的进口和出口相连通构成循环回路，进油管73上设有第三阀门731和循环泵732，出油管74上设有第四阀门741，将油作为导热介质，流入镁基固态储运氢装置1的导热油温度80～150℃，流出镁基固态储运氢装置1的导热油温度150～220℃。
温控机构72还可以包括用于对导热油进行加热的加热组件721、对导热油进行降温的制冷组件722和检测导热油温度的温度传感器723，通过加热组件721和制冷组件722对导热油进行加热和降温，当温度传感器723检测到温度到达预设值时，加热组件721和制冷组件722停止加热或降温。
设备还可以包括吹扫装置8，吹扫装置8通过吹气管81可拆卸的与换热腔112相连通，在镁基固态储运氢装置1储氢完成后，通过吹扫装置8将换热腔112内的油吹扫出来，油重新进去到油箱71中。吹扫装置8可以包括增压泵，通过增压泵将吹扫气源通入到换热腔112中。
设备还可以包括抽气泵9，抽气泵9通过抽气管91可拆卸的与储存腔111相连通，在在镁基固态储运氢装置1储氢完成后，待镁基固态储运氢装置1冷却后，利用抽气泵9将储存腔111内存在的天然气全部抽干净，保证储存腔111内氢气的纯净。
一种提取运输掺氢天然气中氢气的方法，使用上述的设备，具体步骤如下：
S1：向换热腔112内通入温度80～150℃的换热介质；
S2：打开第一阀门23和第二阀门33，调节第一阀门23的开度调节掺氢天然气的流速，观察第二氢气浓度检测计31检测的氢气浓度cout，当cout为0.01～1％时，停止调节第一阀门23，以该流速向镁基固态储运氢装置1通入掺氢天然气；
S3：镁基固态储运氢装置1的充氢量mH2通过下式计算：
这里，vin为第一流量计22的实时检测的数据，和vout为第二流量计32的实时检测数据，cin和cout分别是第一氢气浓度检测计21和第二氢气浓度检测计31检测的氢气的浓度，t1和t2分别是镁基固态储运氢装置1开始和结束储氢的时间；当mH2等于镁基固态储运氢装置1的额定充氢量时，关闭第一阀门23和第二阀门33；
S4：停止通入换热介质，并将换热腔112内的换热介质排出，待镁基固态储运氢装置1的镁基固态储氢物冷却后，对储存腔111进行抽真空，抽除内部天然气。
其中，流入镁基固态储运氢装置的混合气的氢气分压不低于0.1MPa。
镁基固态储氢物可以是纯镁、镁合金、镁基复合材料的一种或几种。
实施例1
镁基固态储运氢装置1的额定储氢量为1000kg，充氢时间为10h，由10个长度和直径比为4的镁基氢化物罐组成。5台镁基固态储运氢装置1以附图1的方式连接。导热油装置7与镁基固态储运氢装置1相连接。混合气的氢气浓度为10％，氢气分压为0.4MPa。首先，采用导热油设备加热导热油至120℃，对5台镁基固态储运氢装置1进行加热。待镁基固态储运氢装置1的温度升高至115℃时，打开阀门，将混合气以20m/s的额定流速流入镁基固态储运氢装置1进行充氢。镁基固态储运氢装置1在充氢过程将混合气中的氢气吸收，流出镁基固态储运氢装置1的混合气中氢气的体积分数为0.5％。流出镁基固态储运氢装置1的导热油温度为180℃。采用导热油装置7将导热油冷却并维持在120℃。流出的混合气通过气体汇流装置6流入到天然气管道4中。每台镁基固态储运氢装置1的充氢量根据气体计量装置计算的混合气通量结合流入和流出镁基固态储运氢装置1的混合气中氢气的体积分数进行计算。待充氢量达到980kg时，停止充氢，更换镁基固态储运氢装置1继续进行吸氢。每台镁基固态储运氢装置1完成充氢后，静置5h待镁基固态储运氢装置1的内部温度下降至60℃以下，对镁基固态储运氢装置1进行抽真空1h，直至镁基固态储运氢装置1内压力<100Pa，排出镁基固态储运氢装置1内残余的天然气。最终，每台储存980kg的镁基固态储运氢装置1装载在重卡上运输到加氢站，作为加氢站的氢气来源。
实施例2
镁基固态储运氢装置1的额定储氢量为1000kg，充氢时间为10h，由8个长度和直径比为2的镁基氢化物罐组成。10台镁基固态储运氢装置1以附图1的方式连接。导热油装置7与镁基固态储运氢装置1相连接。混合气的氢气浓度为8％，氢气分压为0.2MPa。首先，采用导热油设备加热导热油至100℃，对10台镁基固态储运氢装置1进行加热。待镁基固态储运氢装置1的温度升高至95℃时，打开阀门，将混合气以22m/s的额定流速流入镁基固态储运氢装置1进行充氢。镁基固态储运氢装置1在充氢过程将混合气中的氢气吸收，流出镁基固态储运氢装置1的混合气中氢气的体积分数为0.12％。流出镁基固态储运氢装置1的导热油温度为160℃。采用导热油装置7将导热油冷却并维持在100℃。流出的混合气通过气体汇流装置6流入到天然气管道4中。每台镁基固态储运氢装置1的充氢量根据气体计量装置计算的混合气通量结合流入和流出镁基固态储运氢装置1的混合气中氢气的体积分数进行计算。待充氢量达到980kg时，停止充氢，更换镁基固态储运氢装置1继续进行吸氢。每台镁基固态储运氢装置1完成充氢后，静置5h待镁基固态储运氢装置1的内部温度下降至60℃以下，对镁基固态储运氢装置1进行抽真空1h，直至镁基固态储运氢装置1内压力<100Pa，排出镁基固态储运氢装置1内残余的天然气。最终，每台储存980kg的镁基固态储运氢装置1装载在重卡上运输到加氢站，作为加氢站的氢气来源。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：配备有对准功能的气体供应装置及对准方法