本發(fā)明涉及儲氫材料，具體涉及一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氫能具有高能量密度、環(huán)境友好性和可再生性等特點，被人們認(rèn)為是極具開發(fā)潛力的綠色能源。其中氫能儲運作為氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在雙碳目標(biāo)驅(qū)動下，高儲氫密度、低儲氫壓力的固態(tài)儲氫材料備受矚目。固態(tài)儲氫通過固態(tài)材料與氫氣以物理或化學(xué)方式結(jié)合，使氫氣以原子、分子或離子形態(tài)儲存于材料中，被視為極具前景的儲氫技術(shù)，有望滿足未來對高密度、低壓力、高安全性儲氫的需求。

2、金屬氫化物作為主流固態(tài)儲氫材料，氫氣可以與某些金屬(如鎂、鈦、鋰、鈉等)形成氫化物，這些氫化物在一定條件下能夠釋放氫氣。常見的金屬氫化物包括鎂氫化物(mgh2)、鈦氫化物(tih2)和鋰氫化物(lih)等。目前國內(nèi)外儲氫原材料都趨向于使用金屬粉末，而目前已知的鎂系、鈦系、釩系、稀土系等金屬活潑很高，直接制成粉末存在安全性較差、產(chǎn)能低，而且后期將金屬粉末氫化加工周期較長、產(chǎn)能更低，嚴(yán)重影響了金屬氫化物的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，以簡化金屬氫化物的生產(chǎn)工藝，從而縮短金屬氫化物的加工周期，進(jìn)而提高金屬氫化物的產(chǎn)能。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，包括氣體加熱裝置、氫化制粉裝置和氣體循環(huán)增壓裝置；氣體加熱裝置包括進(jìn)氣端和出氣端，進(jìn)氣端連通有氣體發(fā)生裝置，氣體發(fā)生裝置用于向氣體加熱裝置提供配置氫化混合氣體的氣體，出氣端與氫化制粉裝置連通，氫化制粉裝置包括連通有金屬熔液的氣霧化結(jié)構(gòu)，氣霧化結(jié)構(gòu)與出氣端連通并能利用出氣端導(dǎo)入的氣體將金屬熔液轉(zhuǎn)化為氫化金屬粉末，氣體循環(huán)加壓裝置設(shè)置在氫化制粉裝置與氣體發(fā)生裝置之間并能通過氣體發(fā)生裝置將氫化制粉裝置排出的氣體導(dǎo)入氣體加熱裝置循環(huán)使用。

3、本方案的有益效果為：目前金屬氫化物的制備，趨向于使用金屬粉末，目前已知的鎂系、鈦系、釩系、稀土系等金屬活潑很高，直接制成粉末存在安全性較差、產(chǎn)能低，而且后期將金屬粉末氫化加工周期較長、產(chǎn)能更低，嚴(yán)重影響了金屬氫化物的發(fā)展，與目前制備金屬氫化物的技術(shù)相比，本申請的技術(shù)方案利用加熱裝置將氫化混合氣體加熱到氫化反應(yīng)所需的溫度，使得氣霧化結(jié)構(gòu)可以直接利用氫化混合氣體將金屬熔液轉(zhuǎn)化為氫化金屬粉末，使得金屬熔液在轉(zhuǎn)換為金屬粉末的過程中直接與氫化混合氣體反應(yīng)生成氫化金屬粉末，傳統(tǒng)的氣相法制備金屬氫化物需要先通過氬氣等惰性氣體將活潑金屬制備為金屬粉末，在惰性氣體的保護(hù)下，將金屬粉末加熱到一定的溫度，再通入氫氣進(jìn)行反應(yīng)，由于金屬粉末過于活潑，金屬粉末的制備、儲運和氫化過程均具有一定的危險性，導(dǎo)致金屬氫化物的產(chǎn)量難以提升，本申請的技術(shù)方案，省略了目前制備金屬氫化物中制備金屬粉末的工藝流程，降低了金屬粉末制備和儲運過程中的危險性，同時，由于制備金屬粉末的同時將金屬粉末直接轉(zhuǎn)化為金屬氫化物，提高了金屬氫化物的制備效率和產(chǎn)能，解決了生產(chǎn)效率低和粉末質(zhì)量批次不一致的問題，提高了氣體和能源的有效利用率，降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了大規(guī)模生產(chǎn)的安全性和可控性，為金屬氫化物粉末的生產(chǎn)提供了一種安全高效的新途徑，也為儲氫材料等領(lǐng)域提供了高品質(zhì)、低成本的原材料。

4、進(jìn)一步，氣體快速加熱裝置位于霧化制粉裝置的側(cè)方并處于同一水平面。

5、有益效果：使得氣體快速加熱裝置與霧化制粉裝置之間的氣體管道的路徑短，同時不彎曲的氣體管道能盡量避免加熱后的氣體熱能和壓力降低。

6、進(jìn)一步，進(jìn)氣端設(shè)置有進(jìn)氣控制器，進(jìn)氣控制器與氣體發(fā)生裝置連通并能控制氣體發(fā)生裝置通入氣體的比例。

7、進(jìn)一步，氣體快速加熱裝置還包括氣體快速加熱管道，氣體快速加熱管道設(shè)置在進(jìn)氣端與出氣端之間，出氣端設(shè)置有溫度檢測調(diào)節(jié)儀，溫度檢測調(diào)節(jié)儀用于檢測加熱管道出口的氫化混合氣體的溫度并反饋氣體快速加熱管道加熱器。

8、進(jìn)一步，氣體發(fā)生裝置包括用于對氣體快速加熱裝置內(nèi)氫氣進(jìn)行補(bǔ)充的高壓氫氣站、用于對氣體快速加熱裝置內(nèi)氬氣進(jìn)行補(bǔ)充的高壓氬氣站和進(jìn)氣控制器，所述高壓氫氣站和高壓氬氣站均位于氣體快速加熱裝置的側(cè)下方并通過進(jìn)氣控制器與氣體加熱裝置連通。

9、進(jìn)一步，氣體循環(huán)增壓裝置能對氫化制粉裝置排出的氣體進(jìn)行處理，并將處理后的氣體的氫含量和流量數(shù)據(jù)反饋至進(jìn)氣控制器，進(jìn)氣控制器能依據(jù)反饋的氫含量和流量數(shù)據(jù)控制高壓氫氣站或?qū)Ω邏簹鍤庹咎幚砗蟮臍怏w進(jìn)行補(bǔ)氣。

10、進(jìn)一步，氣體循環(huán)增壓裝置包括依次連接的氣體過濾裝置、氧含量檢測儀、除氧系統(tǒng)、氣體增壓機(jī)、氫含量檢測儀和氣體流量檢測儀，氣體過濾裝置用于濾去氣體中的粉塵，氧含量檢測儀用于檢測氣體中的氧含量，除氧系統(tǒng)與氧含量檢測儀電連接并在氧含量檢測儀檢測到氣體氧含量不合格時開啟，處理不合格的氣體，再輸入至氣體過濾裝置，直至氧含量達(dá)標(biāo)，氣體增壓機(jī)在所述氧含量檢測儀檢測到氣體氧含量合格時，對進(jìn)入的氣體進(jìn)行加壓，氫含量檢測儀用于檢測經(jīng)氣體增壓機(jī)加壓后的氣體中的氫含量，氣體流量檢測儀用于檢測經(jīng)氣體增壓機(jī)加壓后的氣體流量，氫含量檢測儀和氣體流量檢測儀與進(jìn)氣控制器電連接，并能接收氫含量檢測儀檢測的氫含量數(shù)據(jù)和所述氣體流量檢測儀檢測的氣體流量數(shù)據(jù)，并依據(jù)該數(shù)據(jù)補(bǔ)充相應(yīng)的氫氣和氬氣，以使通入氣體加熱裝置的氣體的氫含量和氣壓符合工藝標(biāo)準(zhǔn)。從而確保氣體純凈、氧含量達(dá)標(biāo)，使得循環(huán)的氣體達(dá)到氫化和霧化制粉工藝所需氫含量，并恒壓穩(wěn)定輸送回氣體快速加熱裝置，實現(xiàn)氣料的循環(huán)使用，降低氣料的損耗量和廢氣的處理量。

11、進(jìn)一步，氫化制粉裝置包括緊耦合氣霧化結(jié)構(gòu)或者自由式氣霧化結(jié)構(gòu)。緊耦合氣霧化結(jié)構(gòu)適用于感應(yīng)熔煉惰性氣體霧化制粉設(shè)備，自由式氣霧化結(jié)構(gòu)適用于電極感應(yīng)熔煉氣霧化制粉設(shè)備，通過緊耦合氣霧化結(jié)構(gòu)或者自由式氣霧化結(jié)構(gòu)的選擇，確保金屬熔液可被迅速氫化和霧化成粉末。

技術(shù)特征：

1.一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：包括氣體加熱裝置、氫化制粉裝置和氣體循環(huán)增壓裝置；氣體加熱裝置包括進(jìn)氣端和出氣端，進(jìn)氣端連通有氣體發(fā)生裝置，氣體發(fā)生裝置用于向氣體加熱裝置提供配置氫化混合氣體的氣體，出氣端與氫化制粉裝置連通，氫化制粉裝置包括連通有金屬熔液的氣霧化結(jié)構(gòu)，氣霧化結(jié)構(gòu)與出氣端連通并能利用出氣端導(dǎo)入的氣體將金屬熔液轉(zhuǎn)化為氫化金屬粉末，氣體循環(huán)加壓裝置設(shè)置在氫化制粉裝置與氣體發(fā)生裝置之間并能通過氣體發(fā)生裝置將氫化制粉裝置排出的氣體導(dǎo)入氣體加熱裝置循環(huán)使用。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：氣體快速加熱裝置位于霧化制粉裝置的側(cè)方并處于同一水平面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：進(jìn)氣端設(shè)置有進(jìn)氣控制器，進(jìn)氣控制器與氣體發(fā)生裝置連通并能控制氣體發(fā)生裝置通入氣體的比例。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：氣體快速加熱裝置還包括氣體快速加熱管道，氣體快速加熱管道設(shè)置在進(jìn)氣端與出氣端之間，出氣端設(shè)置有溫度檢測調(diào)節(jié)儀，溫度檢測調(diào)節(jié)儀用于檢測加熱管道出口的氫化混合氣體的溫度并反饋氣體快速加熱管道加熱器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：氣體發(fā)生裝置包括用于對氣體快速加熱裝置內(nèi)氫氣進(jìn)行補(bǔ)充的高壓氫氣站、用于對氣體快速加熱裝置內(nèi)氬氣進(jìn)行補(bǔ)充的高壓氬氣站和進(jìn)氣控制器，所述高壓氫氣站和高壓氬氣站均位于氣體快速加熱裝置的側(cè)下方并通過進(jìn)氣控制器與氣體加熱裝置連通。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：氣體循環(huán)增壓裝置能對氫化制粉裝置排出的氣體進(jìn)行處理，并將處理后的氣體的氫含量和流量數(shù)據(jù)反饋至進(jìn)氣控制器，進(jìn)氣控制器能依據(jù)反饋的氫含量和流量數(shù)據(jù)控制高壓氫氣站或?qū)Ω邏簹鍤庹咎幚砗蟮臍怏w進(jìn)行補(bǔ)氣。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：氣體循環(huán)增壓裝置包括依次連接的氣體過濾裝置、氧含量檢測儀、除氧系統(tǒng)、氣體增壓機(jī)、氫含量檢測儀和氣體流量檢測儀，氣體過濾裝置用于濾去氣體中的粉塵，氧含量檢測儀用于檢測氣體中的氧含量，除氧系統(tǒng)與氧含量檢測儀電連接并在氧含量檢測儀檢測到氣體氧含量不合格時開啟，處理不合格的氣體，再輸入至氣體過濾裝置，直至氧含量達(dá)標(biāo)，氣體增壓機(jī)在所述氧含量檢測儀檢測到氣體氧含量合格時，對進(jìn)入的氣體進(jìn)行加壓，氫含量檢測儀用于檢測經(jīng)氣體增壓機(jī)加壓后的氣體中的氫含量，氣體流量檢測儀用于檢測經(jīng)氣體增壓機(jī)加壓后的氣體流量，進(jìn)氣控制器與氫含量檢測儀和氣體流量檢測儀電連接，并能接收氫含量檢測儀檢測的氫含量數(shù)據(jù)和所述氣體流量檢測儀檢測的氣體流量數(shù)據(jù)，并依據(jù)該數(shù)據(jù)補(bǔ)充相應(yīng)的氫氣和氬氣，以使通入氣體加熱裝置的氣體的氫含量和氣壓符合工藝標(biāo)準(zhǔn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：氫化制粉裝置包括緊耦合氣霧化結(jié)構(gòu)或者自由式氣霧化結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及儲氫材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種金屬熔液氫化制粉的循環(huán)系統(tǒng)，包括氣體加熱裝置、氫化制粉裝置和氣體循環(huán)增壓裝置。該系統(tǒng)通過氣體發(fā)生裝置提供氫化混合氣體，經(jīng)氣體加熱裝置加熱后導(dǎo)入氫化制粉裝置中的氣霧化結(jié)構(gòu)，直接將金屬熔液轉(zhuǎn)化為氫化金屬粉末。與傳統(tǒng)方法相比，此方法省去了先制備金屬粉末再進(jìn)行氫化的步驟，減少了活潑金屬在粉末狀態(tài)下處理時的安全隱患和復(fù)雜性。此外，該方法提高了生產(chǎn)效率、產(chǎn)能及產(chǎn)品一致性，降低了成本，并增強(qiáng)了大規(guī)模生產(chǎn)的可控性和安全性。這一創(chuàng)新為金屬氫化物特別是儲氫材料領(lǐng)域提供了安全高效的生產(chǎn)途徑和高品質(zhì)低成本的原材料。

技術(shù)研發(fā)人員：陳喜,吳學(xué)云,王敬豐,謝軍,張昊成,楊院生,陳玉安,李謙,胡佳,莫俊林,馮樂,郭正直
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶新型儲能材料與裝備研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15