一种基于预热提高镁基储氢材料吸氢效率的操作方法与流程

本发明属于氢能储运领域，具体涉及一种基于预热提高镁基储氢材料吸氢效率的操作方法。

背景技术：

1、镁基储氢材料具有储氢容量高、安全性好、原料来源广的优点，但是，由于存在操作温度低于300℃时，反应动力学缓慢的问题，导致镁基储氢材料的吸氢过程通常需要加热至较高的温度。目前常规镁基储氢材料吸氢前的加热升温过程，不仅存在高能耗问题，还存在用时长的问题；特别是，实际应用过程中，由于储氢材料床层自身存在导热性能差的特点，导致采用大型储氢罐时，进一步加剧了上述问题，存在显著的吸氢效率低下问题。

2、为了解决镁基储氢罐升温过程带来的能耗大、操作时间长的问题，本发明发明人前期研究成果，现有文献1（尧兢等，一种常温快速启动的高温固态储氢装置及其控制方法，cn202510949653.2，2025.7.10）通过先加热部分储氢材料床层，再利用储氢材料吸氢反应产生的热量加热其他部分床层的方法，从而减少加热能耗和操作时间。该技术方案在动力学较快的镁基储氢材料床层中能够实现较好的效果，但是，应用于动力学较慢的镁基储氢材料时，仍无法满足应用要求。

3、具体体现为，前期实验结果表明，镁基储氢材料动力学较慢，尤其是低温条件下储氢材料动力学缓慢，将造成床层内局部储氢材料的温度难以凭借反应热升至预期的高温，导致规定操作时间内床层储氢量低；并且，由于实际条件下储氢罐外壁面难以实现完全绝热，热耗散进一步造成床层内局部储氢材料温度难以升高，最终难以获得预期的储氢罐吸氢性能。

4、为了解决动力学较慢的镁基储氢材料的适用性问题，目前现有文献的解决方案主要通过合金化、细化材料颗粒的方法，提高镁基储氢材料反应动力学进行改善。但是，此类技术方案不可避免的存在增加生产成本的问题。因此，现有技术缺乏在不改变材料、不增加材料成本的基础上，充分利用低成本的镁基储氢材料，提升镁基储氢材料床层的储氢性能的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于预热提高镁基储氢材料吸氢效率的操作方法，以提升动力学较慢的镁基储氢合金的吸氢速率和装置操作效率，所涉及的发明原理为：

2、1、镁基储氢容器吸氢前进行充分预热，使得大型储氢容器在吸氢前处于较高、均匀的温度，从而能够在吸氢过程中凭借吸氢反应热达到较高的温度，提高镁基储氢容器吸氢速率；

3、2、多个镁基储氢容器进行批量化预热操作，预热操作与吸氢过程可同步进行，通过缩短预热时间和加快吸氢反应速率两方面大幅提高镁基储氢容器氢化操作效率。

4、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

5、一种基于预热提高镁基储氢材料吸氢效率的操作方法，简称为余热-预热法，包括以下步骤：

6、步骤1，镁基储氢容器的分批次吸氢前的准备，将镁基储氢容器分批次进行吸氢，具体根据是否进行预热，分别命名为已预热镁基储氢容器和未预热镁基储氢容器，首先，将已预热镁基储氢容器装填于反应釜内，打开镁基储氢容器实现镁基储氢容器与反应釜内部空腔连通后，密封反应釜，对反应釜进行抽真空操作，最后，对反应釜以及已预热镁基储氢容器进行加热；

7、所述步骤1中，所述真空操作的条件为，镁基储氢容器和反应釜内部空腔绝对压力至0.01 mpa；

8、步骤2，镁基储氢容器的吸氢过程，具体包括已预热镁基储氢容器的吸氢过程和未预热镁基储氢容器的预热过程，吸氢过程和预热过程同步进行；

9、步骤2.1，已预热镁基储氢容器的吸氢过程，首先，在满足镁基储氢材料吸氢要求的氢气压力和启动温度条件下，向反应釜内通入氢气，使氢气与镁基储氢材料发生吸氢反应，即启动吸氢过程，然后，在满足特定温度条件下，停止加热，利用吸氢反应释放的热量，使镁基储氢材料与氢气进一步反应，直至完成吸氢过程，最后，停止通入氢气，再进行泄压后进行抽真空并充入保护气氛；

10、所述步骤2.1中，启动吸氢过程的条件为，氢气压力为2 mpa，启动温度为160~180℃；停止加热的特定条件为，温度处于240~300℃范围内；

11、步骤2.2，未预热镁基储氢容器的预热过程，通过热源对镁基储氢容器进行预热，使镁基储氢容器在发生吸氢反应之前达到适宜的预热温度条件，预热完毕后，未预热镁基储氢容器变更为新已预热镁基储氢容器，其中，根据具体实施例1所采用的镁基储氢材料，适宜的预热温度条件范围为120~200℃，预热的时长为1.0~2.5 h；所述换热流体为空气或导热油；

12、所述热源为吸氢余热时，预热方法为，将已预热镁基储氢容器在吸氢过程中产生的热量，即吸氢余热，通过换热流体带入尚未进行吸氢，即需要预热的未预热镁基储氢容器的存放空间，通过镁基储氢容器外壁进入容器内部，实现镁基储氢容器升温，并且，预热温度通过换热流体流速进行调节；

13、所述热源为工厂余热时，预热方法为，采用换热流体将热量带入镁基储氢容器存放空间，通过镁基储氢容器外壁进入容器内部，实现镁基储氢容器升温，并且，预热温度通过换热流体流速进行调节；

14、步骤3，未预热镁基储氢容器的吸氢过程，待步骤1中已预热镁基储氢容器完成吸氢过程，将已完成步骤2中完成预热的新已预热镁基储氢容器重复进行步骤1-3，实现镁基储氢容器的批量化吸氢处理，即氢化；

15、所述步骤2.2中，热源为吸氢余热或工厂余热中的一种，其中，吸氢余热为储氢容器吸氢过程中产生的热量的简称；

16、镁基储氢容器内部装填的镁基储氢材料为mg-2.5ni-0.75y-0.75ce-0.25cu合金和6 wt%膨胀石墨组成的混合物。

17、本发明的技术效果经检测可知：

18、经镁基储氢容器吸氢测试可知，余热-预热法可以提高储氢量；

19、经操作过程能耗测试可知，余热-预热法可以提高热效率，显著降低能耗和成本。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、1、在镁基储氢容器吸氢操作之前增加预热步骤，提升大型镁基储氢容器中动力学较慢的镁基储氢材料的反应速率，在不改变材料、不增加材料成本的情况下充分发挥材料性能；

22、2、利用镁基储氢材料吸氢反应产生的热量或者工厂废热进行预热，实现能量充分利用，提高系统能量利用率，降低操作成本；

23、3、多个镁基储氢容器批量化预热，预热操作与吸氢操作可同步进行，通过缩短预热时间和加快吸氢反应速率两方面提升镁基储氢容器氢化操作效率。

1.一种基于预热提高镁基储氢材料吸氢效率的操作方法，简称为余热-预热法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于：镁基储氢容器内部装填的镁基储氢材料为mg-2.5ni-0.75y-0.75ce-0.25cu合金和6 wt%膨胀石墨组成的混合物。

3.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于：所述步骤1中，所述真空操作的条件为，镁基储氢容器和反应釜内部空腔绝对压力至0.01 mpa。

4.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于：所述步骤2.1中，启动吸氢过程的条件为，氢气压力为2 mpa，启动温度为160~180℃；停止加热的特定条件为，温度处于240~300℃范围内。

5.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于：所述热源为吸氢余热时，预热方法为，将已预热镁基储氢容器在吸氢过程中产生的热量，即吸氢余热，通过换热流体带入尚未进行吸氢，即需要预热的未预热镁基储氢容器的存放空间，通过镁基储氢容器外壁进入容器内部，实现镁基储氢容器升温，并且，预热温度通过换热流体流速进行调节。

6.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于：所述热源为工厂余热时，预热方法为，采用换热流体将热量带入镁基储氢容器存放空间，通过镁基储氢容器外壁进入容器内部，实现镁基储氢容器升温，并且，预热温度通过换热流体流速进行调节。