CN103752834A

CN103752834A - 氢气循环系统和氢气循环方法

Info

Publication number: CN103752834A
Application number: CN201110459056.XA
Authority: CN
Inventors: 李西敏
Original assignee: Beijing Zhong Ke San Huan High Tech Co Ltd; Tianjin San Huan Lucky New Materials Inc
Current assignee: Beijing Zhong Ke San Huan High Tech Co Ltd; Tianjin San Huan Lucky New Materials Inc
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2014-04-30

Abstract

一种氢气循环系统和氢气循环方法，所述氢气循环系统包括：贮氢容器(3)，其具有贮氢合金，当满足第一条件时，该贮氢合金吸氢，当满足第二条件时，该贮氢合金释放氢气；温度调节装置(32、33、34、321、331、341)，用于调节贮氢容器中的贮氢合金的温度，使其满足第一条件或第二条件；贮氢容器阀门(36)，用于使贮氢容器的内部与外部装置连通或断开；以及压力传感器(35)，用于检测贮氢容器中的压力，并基于检测到的压力来控制贮氢容器阀门。本发明的氢气循环系统和氢气循环方法，能够以高效率循环氢气，减少氢气使用量，并且避免使用大容量的储气瓶来储存氢气。

Description

氢气循环系统和氢气循环方法

技术领域

本发明涉及一种氢气循环系统和氢气循环方法，具体而言，涉及一种在制备稀土材料永磁体的工艺中使氢气循环的系统和方法。

背景技术

在例如钕铁硼永磁体的生产过程中，需要对钕铁硼稀土材料进行氢破碎。所谓“氢破碎”，指的是利用稀土材料具有吸氢特性，吸氢后发生膨胀，在膨胀的过程中沿晶界断裂，从而实现对稀土材料进行破碎的目的。

在上述氢破碎的过程中，需要使用氢气。然而，现有的氢气使用方式需要消耗大量的氢气，并且需要专门的、大容量的储气瓶来储存氢气。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种氢气循环系统和氢气循环方法，以高效率循环氢气，减少氢气使用量，并且避免使用大容量的储气瓶来储存氢气。

为了实现上述目的，本发明提供一种氢气循环系统，包括：贮氢容器(3)，其具有贮氢合金，当满足第一条件时，该贮氢合金吸氢，当满足第二条件时，该贮氢合金释放氢气；温度调节装置(32、33、34、321、331、341)，用于调节贮氢容器中的贮氢合金的温度，使其满足第一条件或第二条件；贮氢容器阀门(36)，用于使贮氢容器的内部与外部装置连通或断开；以及压力传感器(35)，用于检测贮氢容器中的压力，并基于检测到的压力来控制贮氢容器阀门。

为了实现上述目的，本发明还提供一种使用上述氢气循环系统循环氢气的方法，包括如下步骤：当脱氢时，贮氢容器中的贮氢合金满足第一条件，从而吸收所释放的氢气；当吸氢时，贮氢容器中的贮氢合金满足第二条件，从而释放当满足第一条件时所吸收的氢气。

本发明的氢气循环系统和氢气循环方法，能够以高效率循环氢气，减少氢气使用量，并且避免使用大容量的储气瓶来储存氢气。

附图说明

图1是示出根据本发明一个实施方式的氢气循环系统的示意图。

图2是示出根据本发明一个实施方式的料床的结构的示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施方式来对本发明做进一步说明。需要指出的是，本发明的各实施方式仅用于说明本发明的技术方案，并非用来限定本发明。

图1是示出根据本发明一个实施方式的氢气循环系统的示意图。如图1所示，氢气循环系统1通过管路连接到氢化/脱氢炉2(以下简称为“氢化炉”)，用于向氢化炉2供给使稀土材料氢破碎所需的氢气和其它气体(例如氩气等)，以及从氢化炉2排出氢气和其它气体。

氢化炉2用于放置例如钕铁硼稀土材料的稀土材料，供稀土材料吸氢、脱氢使用。在氢化炉2中，设有温度传感器21，用于检测氢化炉2中的温度。

氢气循环系统1包括真空泵5，其通过管路经由后述的冷却器4连接到氢化炉2，用于从氢化炉2抽出气体。在连接氢化炉2和真空泵5的管路中靠近真空泵5附近，设有阀门51。当阀门51打开时，将真空泵5连接到管路，从而抽出气体，当阀门51关闭时，将真空泵5从管路断开，从而不能抽出气体。

氢气循环系统1还包括冷却器4，用于对流经冷却器4的气体进行冷却。冷却器4具有阀门41和42，用于控制向冷却器4供给冷却水。当阀门41和42打开时，向冷却器4供给冷却水，从而冷却器4工作，当阀门41和42关闭时，不向冷却器4供给冷却水，从而冷却器4不工作。冷却器4的一端并联连接到真空泵5(阀门51)和后述的贮氢容器3。在冷却器4和贮氢容器3之间设有阀门43。

氢气循环系统1还包括贮氢容器3。贮氢容器3具有料床31。在31料床上，敷设有适量的贮氢合金，例如CaNi₅。贮氢容器3连接有冷水管32、热水管33和排水管34，并且还包括分别控制这些水管的开关的阀门321、331和341。

当阀门321和341打开、阀门331闭合，从而使冷水(例如，约30℃)流过贮氢容器3时，CaNi₅以低于稀土材料释放氢气的压力吸氢。另一方面，当阀门331和341打开、阀门321闭合，从而使热水(例如，约70℃)流过贮氢容器3时，CaNi₅则以高于稀土材料吸收氢气的压力释放氢气，以供稀土材料吸收。

在连接贮氢容器3和冷却器4的管路中靠近贮氢容器3附近，设有压力传感器35和阀门36。压力传感器35用于测量贮氢容器4中的压力，并控制阀门36的打开和关闭，从而将贮氢容器4连接到管路，或者从管路断开。

氢气循环系统1还包括氢罐6，用于储存氢气。氢罐6连接到氢化炉2。在氢罐6附近，设有阀门61，用于将氢罐6连接到管路，或者从管路断开。

氢气循环系统1还包括惰性气体罐7，用于储存惰性气体，例如氩气(氩气)。惰性气体罐7与氢罐6并行地连接到管路。在惰性气体罐7附近，设有阀门71，用于将惰性气体罐7连接到管路，或者从管路断开。

在连接氢化炉2和氢罐6(以及惰性气体罐7)的管路中靠近氢化炉2附近，设有压力传感器22和阀门23。压力传感器22用于测量氢化炉2中的压力，并控制阀门23的打开和关闭，从而将氢化炉2连接到管路，或者从管路断开。

下面说明根据本发明一个实施方式的氢气循环系统1进行氢破碎时的工艺流程。

当稀土材料已在氢化炉2内完成吸氢时，认为贮氢容器3内的CaNi₅已具备吸氢条件，因此，进行如下操作：

(1)对氢化炉2中的加热电阻(未图示)通电，从而对氢化炉2进行加热。

(2)打开阀门41和42，向冷却器4供给例如约30℃的冷却水，打开阀门43。

(3)打开阀门321和341，从而向贮氢容器3的料床31供给例如约30℃的冷却水。

(4)当压力传感器35检测到的氢气压力小于等于一定阈值(例如65kPa)时，阀门36打开，从而氢化炉2中稀土材料所释放的氢气通过冷却器4、阀门43、阀门36进入贮氢容器3，并被贮氢容器3内的CaNi₅吸收。此时，当压力传感器22检测到的压力小于等于65kPa时，阀门36关闭。

当连续5～10分钟温度传感器21检测到例如200℃以上的较高温度，并且压力传感器22检测到的压力仍不能大于65kPa时，表示氢化炉2内的稀土材料基本完成脱氢，因CaNi₅吸氢结束，稀土材料继续脱氢：

(5)关闭阀门36、阀门43。

(6)打开阀门41、阀门42。

(7)打开阀门51，对氢化炉2进行抽真空作业，直至压力传感器22小于10Pa，然后充氩气至大气压，冷却并检测合格后出料。

(8)出料后的氢化炉2重新装入新料，抽真空、充氩气、抽真空并检测合格，作好下一轮吸氢准备。

在稀土材料继续脱氢、出料、装入新料以及作好下一轮吸氢准备的同时，打开阀门331、阀门341，向贮氢容器3的料床31供给约70℃的工业余热水，使贮氢容器3内的压力逐渐上升，从而进行稀土材料的吸氢：

(9)打开阀门23，结束吸氢并已加热到需要温度的CaNi₅由压力传感器22和阀门36控制释放出所吸收的氢气供稀土材料吸收。

(10)氢化炉2的每一次出料都会有少量的氢气损失，因此，根据压力传感器35、压力传感器22检测到的压力，阀门61自动打开，从而向贮氢容器3或氢化炉2补充氢气。

(11)当出现在约200℃的温度下连续5～10分钟压力传感器22的值保持在130kPa不再下降时，说明稀土材料吸氢已经饱和，因而转入脱氢程序。

采用本发明的系统和方法，能够回收稀土材料氢破碎工艺中95％以上的氢气。

为了能够有效克服CaNi₅反复吸氢、脱氢后粉化使透气性能和换热性能下降而影响氢气回收效率的问题，贮存容器3内的料床31的结构是特别设计的，具体如下：

如图2所示，将合适规格的金属管(例如，圆管或方管)无缝隙地排列、焊接，达到需要的面积，在周围设置合适高度的挡板。使用时，在管内通水，在管的上表面敷设CaNi₅，并留有一定的高度以供装卸料使用。

以上以CaNi₅作为贮氢合金的一个例子进行了说明，但是，贮氢合金不仅限于CaNi₅，主要是要选择那些大体上能够在室温条件下吸收和释放氢，并且压力与Nd-Fe-B(钕铁硼)能够匹配的稀土材料。

此外，如果设置二个贮氢容器切换工作，并装有足够的CaNi₅，则可以对应多个氢化炉并可同时进行吸氢和脱氢。

Claims

1.一种氢气循环系统，包括：

贮氢容器(3)，其具有贮氢合金，当满足第一条件时，该贮氢合金吸氢，当满足第二条件时，该贮氢合金释放氢气；

温度调节装置(32、33、34、321、331、341)，用于调节贮氢容器中的贮氢合金的温度，使其满足第一条件或第二条件；

贮氢容器阀门(36)，用于使贮氢容器的内部与外部装置连通或断开；以及

压力传感器(35)，用于检测贮氢容器中的压力，并基于检测到的压力来控制贮氢容器阀门。

2.根据权利要求1所述的氢气循环系统，其特征在于，还包括冷却器(4)，用于冷却流过其中的气体，所述冷却器的一端通过冷却器阀门(43)连接到贮氢容器阀门。

3.根据权利要求2所述的氢气循环系统，其特征在于，还包括氢罐(6)，用于向所述氢气循环系统补充氢气，所述氢罐通过氢罐阀门(61)连接到所述贮氢容器阀门和所述冷却器阀门之间。

4.根据权利要求3所述的氢气循环系统，其特征在于，还包括泵(5)，用于抽出气体，所述泵通过泵阀门(51)连接到所述冷却器的所述一端。

5.根据权利要求3或4所述的氢气循环系统，其特征在于，还包括惰性气体罐(7)，用于向所述氢气循环系统供给惰性气体，所述惰性气体罐通过惰性气体罐阀门(71)与所述氢罐并行地连接到所述贮氢容器阀门和所述冷却器阀门之间。

6.根据权利要求3或4所述的氢气循环系统，其特征在于，还包括外部装置阀门(23)和外部装置压力传感器(22)，它们串联连接，并且一端连接到所述冷却器的另一端，另一端连接到所述冷却器阀门和所述贮氢容器阀门之间。

7.根据权利要求6所述的氢气循环系统，其特征在于，所述外部装置阀门和外部装置压力传感器的所述一端还连接到外部装置，所述外部装置是供稀土材料吸氢和脱氢用的氢化炉。

8.根据权利要求7所述的氢气循环系统，其特征在于，所述外部装置具有温度传感器(21)，用于测量所述外部装置内的温度。

9.根据权利要求1所述的氢气循环系统，其特征在于，所述贮氢合金是CaNi₅。

10.一种使用根据权利要求1～9中任一项所述的氢气循环系统的氢气循环方法，包括如下步骤：

当脱氢时，贮氢容器中的贮氢合金满足第一条件，从而吸收所释放的氢气；

当吸氢时，贮氢容器中的贮氢合金满足第二条件，从而释放当满足第一条件时所吸收的氢气。