一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢方法及系统与流程

本公开涉及固态储氢材料水解制氢，具体涉及一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢方法及系统。

背景技术：

1、氢能是一种可再生的清洁能源，被广泛应用于工业、交通、电力和建筑等领域。随着社会需求的增加，氢能消耗量逐年提升，但氢气密度较小，大规模运输与储存困难较大，因此储氢材料的性能决定氢能是否能被大规模应用。

2、固体储氢是指利用固体材料来储存氢气的技术。这种技术在氢能源领域非常重要，因为它可以提供一种安全、高效的方式来储存和运输氢气。钙基固态储氢材料具有技术成熟度高、释氢效率高、能量密度高、成本低等方面显著的优势。钙基固体储氢材料具有更高的释氢安全性、热稳定性、长周期储存稳定性、运输安全性等特点，有利于开发更多的释氢场景的应用。氢化钙（cah2）作为一种高效的固态储氢材料，因其储氢密度高、释氢反应可控性较好等特点，在氢能领域具有广泛的应用前景。

3、然而，传统的氢化钙水解制氢方法多采用间歇式反应——将氢化钙批量置于反应容器中，然后向容器内注入水使其反应。这种方式存在以下不足：一是反应不可连续，无法满足持续供氢的需求；二是氢化钙遇水后易发生局部反应过热，产物氢氧化钙会包裹未反应的氢化钙颗粒形成包料，导致反应不完全和产氢效率下降；三是反应温度难以精确控制，强放热反应易导致温度失控；四是反应过程中产生的大量浆料需要频繁清理，废水废渣处理量大，环境影响显著。

4、因此，亟需一种能够实现固态储氢材料连续、可控、稳定释氢的技术方案。

技术实现思路

1、为至少解决上述技术问题之一，本发明提供如下技术方案。

2、一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：将固态储氢材料粉料由气体载气流化后输送至水解释氢反应器内；

4、步骤s2：将所述固态储氢材料粉料经粉料喷嘴喷入反应器内，同时将反应水经反应水喷嘴喷入所述反应器内；

5、步骤s3：所述固态储氢材料粉料与所述反应水在所述反应器内连续反应产生氢气与释氢产物浆料；

6、步骤s4：将所述反应器内产生的氢气经处理后分为两路，一路作为所述气体载气回用至所述步骤s1，另一路外供。

7、进一步地，所述固态储氢材料为氢化钙、氢化锂、氢化铝锂或氢化铝钠中的至少一种。

8、进一步地，所述气体载气为氢气。

9、进一步地，所述反应器为水解释氢反应器，其内部设置有核心反应器；所述步骤s2中，所述固态储氢材料粉料经所述粉料喷嘴喷入所述核心反应器内，所述反应水经所述反应水喷嘴喷入所述核心反应器内；所述步骤s3中，所述固态储氢材料粉料与所述反应水在所述核心反应器内连续反应产生氢气与释氢产物浆料。

10、进一步地，所述步骤s3中，所述释氢产物浆料经所述核心反应器底部的静态混合器进一步混合反应，使未完全反应的固态储氢材料粉料与所述释氢产物浆料充分接触并反应完全。

11、进一步地，所述步骤s3中，通过反应器浆料循环泵将所述水解释氢反应器底部的释氢产物浆料抽出并重新喷入所述水解释氢反应器内，以防止所述释氢产物浆料在所述水解释氢反应器内沉淀。

12、进一步地，所述步骤s4中，所述氢气经纯化干燥后分为两路，一路作为所述气体载气回用至所述步骤s1，另一路供给燃料电池发电或对外提供氢源。

13、一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢系统，包括：

14、粉料输送设备，被配置为将固态储氢材料粉料由气体载气流化后输送至反应器；

15、所述反应器，包括粉料喷嘴和反应水喷嘴；

16、所述粉料喷嘴被配置为将所述固态储氢材料粉料喷入所述反应器内；

17、所述反应水喷嘴被配置为将反应水喷入所述反应器内；

18、所述反应器被配置为容纳所述固态储氢材料粉料与所述反应水在其内部连续反应产生氢气与释氢产物浆料；

19、气体处理单元，被配置为将所述氢气经处理后分为两路，一路作为所述气体载气回用至所述粉料输送设备，另一路外供。

20、进一步地，所述固态储氢材料为氢化钙、氢化锂、氢化铝锂或氢化铝钠中的至少一种。

21、进一步地，所述气体载气为氢气。

22、进一步地，所述反应器为水解释氢反应器，其内部设置有核心反应器；所述粉料喷嘴和所述反应水喷嘴设置于所述核心反应器顶部，被配置为分别将所述固态储氢材料粉料和所述反应水喷入所述核心反应器内。

23、进一步地，所述核心反应器底部设置有静态混合器，所述静态混合器被配置为使所述释氢产物浆料在其中进一步混合，使未完全反应的固态储氢材料粉料与所述释氢产物浆料充分接触并反应完全。

24、进一步地，还包括反应器浆料循环泵，所述反应器浆料循环泵的入口和出口均与所述水解释氢反应器相连，被配置为从所述水解释氢反应器底部抽出释氢产物浆料并重新喷入所述水解释氢反应器内，以防止所述释氢产物浆料在所述水解释氢反应器内沉淀。

25、进一步地，所述气体处理单元包括氢气纯化装置、干燥器和压缩机；所述另一路氢气供给燃料电池发电或对外提供氢源。

26、一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢方法，包括以下步骤：

27、步骤s1：将氢化钙粉料由氢气流化后输送至水解释氢反应器内；

28、步骤s2：将所述氢化钙粉料经粉料喷嘴喷入核心反应器内，同时将反应水经反应水喷嘴喷入所述核心反应器内；

29、步骤s3：所述氢化钙粉料与所述反应水在所述核心反应器内连续反应产生氢气与释氢产物浆料；

30、步骤s4：将所述核心反应器内产生的氢气经纯化干燥后分为两路，一路作为粉料输送载气回用至所述步骤s1，另一路外供。

31、进一步地，所述步骤s3还包括：通过所述水解释氢反应器的夹套中的循环冷却介质控制反应温度，所述循环冷却介质为水或乙二醇。

32、进一步地，所述步骤s3中，所述释氢产物浆料经所述核心反应器底部的静态混合器进一步混合反应，使未完全反应的氢化钙粉料与所述释氢产物浆料充分接触并反应完全。

33、进一步地，所述步骤s3中，通过反应器浆料循环泵将所述水解释氢反应器底部的释氢产物浆料抽出并重新喷入所述水解释氢反应器内，以防止所述释氢产物浆料在所述水解释氢反应器内沉淀。

34、进一步地，所述粉料喷嘴为1个至6个，呈水平环形分布；所述反应水喷嘴与所述粉料喷嘴的数量比例为1:2至1:6；所述反应水喷嘴以所述粉料喷嘴为圆心呈环形分布，分布半径为5cm至30cm；所述反应水喷嘴与所述粉料喷嘴在竖直方向上的高度差为-20cm至30cm；所述粉料喷嘴的喷射方向延长线与所述反应水喷嘴的喷射方向延长线之间的夹角为0°至60°。

35、进一步地，所述步骤s4中，所述氢气经纯化干燥后，先进入压缩机入口缓冲罐，经压缩机增压后进入压缩机出口缓冲罐，再分为两路；所述压缩机入口缓冲罐设有压力传感器，所述压缩机出口缓冲罐设有压力调节阀，通过所述压力调节阀控制供氢压力恒定。

36、一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢系统，包括：

37、粉料输送设备，被配置为将氢化钙粉料由氢气流化后输送至水解释氢反应器；

38、所述水解释氢反应器，包括反应釜体、设置于所述反应釜体内的核心反应器、设置于所述核心反应器顶部的粉料喷嘴和反应水喷嘴；

39、所述粉料喷嘴被配置为将所述氢化钙粉料喷入所述核心反应器内；

40、所述反应水喷嘴被配置为将反应水喷入所述核心反应器内；

41、所述核心反应器被配置为容纳所述氢化钙粉料与所述反应水在其内部连续反应产生氢气与释氢产物浆料；

42、氢气处理单元，被配置为将所述氢气纯化干燥后分为两路，一路作为粉料输送载气回用至所述粉料输送设备，另一路外供。

43、进一步地，所述水解释氢反应器还包括夹套，所述夹套包裹于所述反应釜体外侧，被配置为容纳循环冷却介质以控制所述核心反应器内的反应温度，所述循环冷却介质为水或乙二醇。

44、进一步地，所述核心反应器底部设置有静态混合器，所述静态混合器被配置为使所述释氢产物浆料在其中进一步混合，使未完全反应的氢化钙粉料与所述释氢产物浆料充分接触并反应完全。

45、进一步地，还包括反应器浆料循环泵，所述反应器浆料循环泵的入口和出口均与所述水解释氢反应器相连，被配置为从所述水解释氢反应器底部抽出释氢产物浆料并重新喷入所述水解释氢反应器内，以防止所述释氢产物浆料在所述水解释氢反应器内沉淀。

46、进一步地，所述粉料喷嘴为1个至6个，呈水平环形分布；所述反应水喷嘴与所述粉料喷嘴的数量比例为1:2至1:6；所述反应水喷嘴以所述粉料喷嘴为圆心呈环形分布，分布半径为5cm至30cm；所述反应水喷嘴与所述粉料喷嘴在竖直方向上的高度差为-20cm至30cm；所述粉料喷嘴的喷射方向延长线与所述反应水喷嘴的喷射方向延长线之间的夹角为0°至60°。

47、进一步地，所述氢气处理单元包括氢气纯化装置、干燥器、压缩机入口缓冲罐、压缩机和压缩机出口缓冲罐；所述压缩机入口缓冲罐设有压力传感器，所述压缩机出口缓冲罐设有压力调节阀，被配置为通过所述压力调节阀控制供氢压力恒定。

48、一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢反应器，包括：

49、反应釜体，内部容纳反应水；

50、核心反应器，设置于所述反应釜体内，底部浸没于所述反应釜体内的液面以下；

51、粉料喷嘴，设置于所述核心反应器顶部，与粉料输送设备连通，被配置为将氢化钙粉料与氢气的混合物喷入所述核心反应器内；

52、反应水喷嘴，设置于所述核心反应器顶部，与上清液循环泵连通，被配置为将所述反应水喷入所述核心反应器内；

53、静态混合器，设置于所述核心反应器底部；

54、浆料排出口，设置于所述反应釜体底部，用于排出释氢产物浆料；

55、氢气出口，设置于所述反应釜体顶部，用于排出反应产生的氢气；

56、夹套，包裹于所述反应釜体外侧，被配置为容纳循环冷却介质以控制反应温度。

57、进一步地，所述粉料喷嘴为1个至6个，呈水平环形分布；所述反应水喷嘴与所述粉料喷嘴的数量比例为1:2至1:6；所述反应水喷嘴以所述粉料喷嘴为圆心呈环形分布，分布半径为5cm至30cm；所述反应水喷嘴与所述粉料喷嘴在竖直方向上的高度差为-20cm至30cm；所述粉料喷嘴的喷射方向延长线与所述反应水喷嘴的喷射方向延长线之间的夹角为0°至60°。

58、进一步地，所述核心反应器顶部设有卡扣，所述卡扣将所述核心反应器固定于所述反应釜体中；所述卡扣内设有冲洗装置，所述冲洗装置被配置为在运行过程中定时开启，喷射高压水柱对所述核心反应器内部进行冲洗。

59、进一步地，所述粉料喷嘴下部设有喇叭口保护套，所述喇叭口保护套被配置为防止所述反应水喷嘴喷出的反应水溅入所述粉料喷嘴内部。

60、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现所述的一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢方法。

61、一种电子设备，包括：

62、存储器，其上存储有计算机程序指令；

63、处理器，与所述存储器耦合，所述处理器执行所述存储器中的指令时实现所述的一种固态储氢材料与水双喷连续水解释氢方法。

64、一种电子设备，包括：

65、存储器，其上存储有计算机程序指令；

66、本公开的有益效果如下：

67、通过将固态储氢材料粉料由载气流化后连续输送至反应器，实现了粉料的连续稳定进料，避免了传统间歇式加料导致的产氢波动。通过设置独立的粉料喷嘴和反应水喷嘴分别喷射粉料和水，使固-液两相在核心反应器内实现快速均匀混合，有效避免了局部过量和产物包裹未反应原料的包料问题。通过在核心反应器底部设置静态混合器，使未完全反应的粉料与浆料充分接触并反应完全，提高了氢化钙的转化率。通过设置反应器浆料循环泵将底部浆料抽出并重新喷入反应器内，有效防止了固体颗粒沉淀结块，避免了排料口堵塞。通过设置夹套循环冷却介质精确控制反应温度，确保了强放热反应的安全稳定运行。通过将自产氢气经纯化干燥后分为两路，一路作为粉料输送载气循环回用，另一路外供，实现了系统对载气的自给自足，大幅降低了对外部气源的依赖，同时减少了氢气纯化处理的负荷。通过设置压缩机前后缓冲罐及压力调节阀，实现了供氢压力的精确稳定控制。该工艺实现了固态储氢材料的可控、连续、可变流量的水解释氢反应，具有轻量化、模块化、大流量、快速启动与环保无污染的特点，为氢能的高效利用提供了可靠的技术支撑。