CN109282575A - 一种改进型的氢气混合工质余热利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进型的氢气混合工质余热利用系统，包括氢反应床、1号混合气化器、混合气膨胀机、带液膨胀机、发电机、气液分离器、空气换热管路和液体加压泵。氢反应床的氢气出口经高压氢气管路连接到1号混合气化器的氢气入口，气液分离器的凝液出口通过凝液管路连接到液体加压泵入口，液体加压泵出口连接到1号混合气化器的凝液入口。1号混合气化器的混合气出口连接到混合气膨胀机入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机的入口，带液膨胀机的出口连接到气液分离器的混合气入口，气液分离器的氢气出口经低压氢气管路连接到氢反应床。本发明过工质循环驱动膨胀机做功，将热能转变为机械能带动发电机发电，充分回收利用了工业废热和环境空气热能。

Description

一种改进型的氢气混合工质余热利用系统
技术领域
本发明属于能量综合利用技术领域，涉及一种改进型的氢气混合工质余热利用系统。
背景技术
能源短缺、环境污染、全球气候变化，令开发清洁、高效、安全和可持续的能源迫在眉睫，其中氢能正在受到越来越多国家的重视。进入二十一世纪，发动机工业得到了迅速地发展，然而目前汽油机和柴油机依然是车用发动机的主要机种。汽油和柴油都是不可再生资源，为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响以及减少大气污染和发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，而氢能源是目前最理想的清洁燃料。随着世界各国环境保护的措施越来越严格，氢能源车辆由于其节能、低排放等特点成为发动机研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。
氢作为燃料的优点是，以水为原料，资源丰富；燃烧时放出的热量多；燃烧产物是水，无毒、无污染，且可以循环使用，被称作绿色能源。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对发动机进行大的改装，因此氢能动力具有广阔的应用前景。目前高温工业废气基本上都得到了很好地利用，用于生产蒸汽、用于汽轮发电等等。但是低温工业废气的热值低，利用价值不大，用于生产蒸汽发电经济效益较差，因此大部分被废弃。
公开号为102287800A的发明专利申请公开“一种利用焦炉加热废气余热生产蒸汽的系统。该系统包括上端与焦炉废气烟道连接的余热锅炉，余热锅炉的下端通过引风机与烟囱连接，所述的余热锅炉内部从上至下依次设置过热器、蒸发器、省煤器、冷水预热器；冷水预热器的进口集箱与软化水箱连接，出口集箱连接省煤器，省煤器的出口集箱与蒸发器连接，蒸发器的蒸汽出口与过热器的进口集箱连接”。该专利申请过程简单，设备容易布置，占地面积少。但是不适宜利用工业废气余热进行发电。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进型的氢气混合工质余热利用系统，利用空气或/和高温烟气携带的热量，通过能量转换转变为机械能带动发电机发电，并用多余的能量制备氧气，提高余热利用率，增加企业经济效益。
本发明的技术方案是：改进型的氢气混合工质余热利用系统，系统包括氢反应床、1号混合气化器、混合气膨胀机、带液膨胀机、发电机、气液分离器、空气换热管路和液体加压泵，混合气膨胀机、带液膨胀机与发电机同轴或非同轴连接；氢反应床设有换热设备和换热器，所述1号混合气化器设有换热盘管；所述空气换热管路连接到换热设备的空气入口，换热设备的空气出口与环境连通；所述换热器的出口通过换热介质管路连接到1号混合气化器的换热盘管，所述换热盘管的出口通过换热介质管路连接到换热器的入口；所述1号混合气化器设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，所述气液分离器设有氢气出口、凝液出口和混合气入口；所述氢反应床的氢气出口经高压氢气管路连接到1号混合气化器的氢气入口，所述气液分离器的凝液出口通过凝液管路连接到液体加压泵入口，所述液体加压泵出口连接到1号混合气化器的凝液入口；所述1号混合气化器的混合气出口连接到混合气膨胀机入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机的入口，所述带液膨胀机的出口连接到气液分离器的混合气入口，气液分离器的氢气出口经低压氢气管路连接到氢反应床。
所述系统设有2号混合气化器、液体乙烷分离器、乙烷加压泵、冷量回收器、氧气冷凝器和液氧分离器；所述2号混合气化器设有空气换热盘管、空气进口、乙烷出口和烷-空混合气出口，所述空气进口与2号混合气化器连接，所述空气换热盘管与空气管路连接；所述1号混合气化器设有乙烷空气换热盘管，所述冷量回收器设有不凝气盘管，所述氧气冷凝器设有氢气换热盘管，不设置换热器和换热介质管路，所述空气换热管路替换为余热烟气管路；所述余热烟气管路依次通过氢反应床的换热设备和1号混合气化器的换热盘管连接到废气排放口；所述液体乙烷分离器设有烷-空混合气入口、乙烷出口和空气出口，所述乙烷出口通过乙烷加压泵连接到2号混合气化器的乙烷入口，所述2号混合气化器的烷-空混合气出口通过1号混合气化器的乙烷空气换热盘管连接到液体乙烷分离器的烷-空混合气入口；所述液体乙烷分离器的空气出口通过冷量回收器和氧气冷凝器连接到液氧分离器的空气入口，所述液氧分离器的液氧出口连接到液氧出口，液氧分离器不凝气出口通过冷量回收器的不凝气盘管连接到排气口；所述气液分离器的氢气出口连接到氧气冷凝器的氢气换热盘管，氢气换热盘管出口经低压氢气管路连接到氢反应床。所述乙烷空气换热盘管为由粗变细的变径结构。
由换热盘管的出口出来的低温空气经氢反应床的换热设器换热后，经过循环换热介质管路进入换热盘管的入口，循环使用；高温的空气通过空气入口经过换热设备进入氢反应床后从空气出口排空；混合气膨胀机和带液膨胀机循环做功；当放氢时，给氢反应床加热采用氢气作为高温循环介质，高温循环介质氢气与高温空气间壁或非间壁换热后，加热后的高温循环介质氢气进入氢反应床，将空气的热量带入氢反应床，使氢反应床放氢，高温循环介质氢气循环回间壁换热器或非间壁换热器中循环使用，换热后温度降低的空气排空；当吸氢时，给氢反应床降温采用氢气作为低温循环介质，低温循环介质氢气与来自1号混合气化器的换热盘管出口的低温空气间壁或非间壁换热，1号混合气化器的换热盘管的冷量来自液氮气化吸热，低温循环介质氢气把低温空气的冷量带入氢反应床，使氢反应床吸氢，把氢反应床吸氢放出的热量传给低温空气；每一级氢反应床设置至少两个储罐，分别吸氢或放氢，轮流使用；1号混合气化器是至少两个相同或不相同的混合气化器组合在一起，循环交替使用，保证出口混合气温度、压力和流量稳定；先将从高压氢气管路中过来的氢气进入1号混合气化器，然后关闭高压氢气管路和1号混合气化器之间的通道，然后打开液氮加压泵和1号混合气化器之间的通道，使液氮进入1号混合气化器，然后关闭液氮加压泵和1号混合气化器之间的通道，一是通过氢气混合换热，另一方面通过换热介质管路吸收氢反应床吸氢时放出的热量带入1号混合气化器，使液氮气化，形成高压氢氮混合气，然后打开1号混合气化器和混合气膨胀机之间的通道，使高压氮氢混合气进入混合气膨胀机做功，至少两个相同或不相同的1号混合气化器轮流进行上述过程，不排除采用合适的机械装置，使1号混合气化器混合气出口的混合气温度、压力和流量尽可能稳定；作为循环介质，氢气可以被其他稳定的有机无机物质所替代。
所述气液分离器的氢气出口设有氢气过滤膜。
所述凝液管路中的凝液工质液氮可以被惰性气体和其他稳定的有机和无机工质所替代，乙烷可以被其他稳定的有机和无机工质所替代。
所述氢反应床至少一级，采用多级结构时，氢反应床上一级吸氢放热传递给下一级放氢使用，进入氢反应床将热量传递给金属氢化物；所述氢反应床内装载金属储氢材料，低压氢气由氢气入口进入氢反应床，低压氢气被储氢材料吸收形成金属氢化物，对完成吸氢后的金属氢化物加热放出高压氢气；和空气或烟气间壁或非间壁换热，氢反应床采用循环介质包括氢气但不限于氢气，直接进入氢反应床进行加热或移热，或采用电、电磁或内部加热的方式，或采用外加热的方式，或同时采用内外加热的方式，循环介质为氢气或其他稳定介质。
所述余热烟气管路的热源为发动机或工业装置排出的高温烟气，凝液管路中的凝液工质为稳定的无机工质或有机工质或液氮或惰性气体或正丁烷或丙烷；所述系统包括凝液管路、1号混合气化器和2号混合气化器在内的装置具备制冷能力，该制冷能力应用于其他设备内部的冷却或可穿戴装置的冷却。
所述系统不设置氢反应床，利用气液分离器的氢气出口分离出来的稳定的介质与空气或余热烟气管路的热源换热，换热后的介质进入到1号混合气化器，与通过增压泵过来的液体介质混合气化作为循环工质；调整循环工质的流量、调整1号混合气化器、混合气膨胀机、带液膨胀机、气液分离器、增压泵、乙烷空气换热盘管和冷量回收器的类型和参数，达到权利要求1-2相同的效率较高的作用。
所述1号混合气化器和2号混合气化器为简单的混合装置或组合式的混合设备，保证混合气出口得到包括压力、温度在内的参数稳定的流量连续的混合气。
所述空气可以被常温的或低温的其他介质所代替。
本发明改进型的氢气混合工质余热利用系统，附带制氧工序，利用发动机尾气等余热资源，将混合工质（如氢气与氮气）采用氢反应床和混合汽化器等技术措施进行增压，增压后的混合工质气通过膨胀机和带液膨胀机输出功并实现混合工质的分离以及循环使用，充分利用系统产生的低温冷量进行空气分离制氧。
本发明改进型的氢气混合工质余热利用系统，以氢气、氮气等为循环工质，利用环境空气或/和高温烟气携带的热量，通过工质循环驱动混合气膨胀机和带液膨胀机做功，将热能转变为机械能带动发电机发电，使空气能能充分利用，充分回收利用了工业废热和环境空气热能，有利于节能减排、环境保护和创造经济效益。由于增加乙烷循环单元，通过乙烷循环携带空气进行深冷分离，充分利用系统的冷能量，又得到了纯氧，优化了系统的流程，使余热利用系统的效益最大化。
附图说明
图1为本发明改进型的氢气混合工质余热利用系统的流程示意图；
图2为本发明另一实施方案的流程示意图；
其中：1—氢反应床、2—1号混合气化器、3—混合气膨胀机、4—带液膨胀机、5—发电机、6—气液分离器、7—液体加压泵、8—氢气过滤膜、9—低压氢气管路、10—高压氢气管路、11—余热烟气管路、12—凝液管路、13—2号混合气化器、14—液体乙烷分离器、15—乙加压烷泵、16—冷量回收器、17—氧气冷凝器、18—液氧分离器、19—空气换热管路、20—排气口、21—液氧出口、22—乙烷空气换热盘管、23—不凝气盘管、24—空气进口、25—空气换热盘管、26—换热盘管、27—换热介质管路、28—换热器、30—空气入口、31—空气出口、33—换热设备。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明改进型的氢气混合工质余热利用系统如图1所示，包括氢反应床1、1号混合气化器2、混合气膨胀机3、带液膨胀机4、发电机5、气液分离器6、空气换热管路19、换热介质管路27、三通阀28和液体加压泵7。混合气膨胀机、带液膨胀机与发电机同轴连接。氢反应床1设有换热设备33和换热器28，1号混合气化器2设有换热盘管26，空气换热管路19连接到换热设备33的空气入口30，换热设备33的空气出口31与环境连通；所述换热器28的出口通过换热介质管路27连接到1号混合气化器2的换热盘管26，所述换热盘管的出口通过换热介质管路27连接到换热器28的入口；1号混合气化器2设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，气液分离器6设有氢气出口、凝液出口和混合气入口，氢气出口设有氢气过滤膜8。氢反应床1的氢气出口经高压氢气管路10连接到1号混合气化器2的氢气入口，气液分离器6的凝液出口通过凝液管路12连接到液体加压泵7入口，液体加压泵出口连接到1号混合气化器2的凝液入口。1号混合气化器2的混合气出口连接到混合气膨胀机3入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机4的入口，带液膨胀机的出口连接到气液分离器6的混合气入口，气液分离器6的氢气出口经低压氢气管路9连接到氢反应床1。
采用常温下放氢的金属储氢材料，利用空气能来加热氢反应床产生高压氢气，循环工质为液氮。氢反应床放氢时，环境来的常温空气通过空气换热管路19进入氢反应床1的换热设备33将热量传递给氢反应床1使其放出高压氢气。常温20℃的环境空气与氢反应床换热后温度降至5℃后外排。
本发明改进型的氢气混合工质余热利用系统的运行过程为，氢反应床在低温下吸热利用空气能放出高压氢气，将氢反应床1产生的高压氢气通过高压氢气管路10送到1号混合气化器2中，由气液分离器6凝液出口出来的液氮经凝液管路12进入液体加压泵7，经液体加压泵加压后经凝液入口进入1号混合气化器2。液氮在1号混合气化器2中一是通过氢气混合换热，另一方面通过换热介质管路吸收氢反应床吸氢时放出的热量进行气化，液氮气化的同时提高了混合气化器2中混合气体的压力。增压后的氢氮混合气被送到混合气膨胀机3内膨胀做功，降至临界压力温度后再送到带液膨胀机4中继续膨胀做功，温度继续降低使得氮气在带液膨胀机4内全部液化。混合气膨胀机3和带液膨胀机4带动发电机5发电，发的电外输电网。液氮与氢气送到气液分离器6中进行分离，分离后的低压氢气送到氢反应床1中进行吸氢循环使用，分离后的液氮经凝液管路12通过液体加压泵7打入1号混合气化器2中循环使用。从1号混合气化器2中的换热盘管26出口排出的空气温度为-125℃，进入氢反应床的换热器28作为吸氢反应的冷量，从氢反应床1出口空气温度为-100℃从氢反应床的换热器28出口排出进入1号混合气化器2的换热盘管26，循环使用。
从气液分离器6来的2MPa，－158℃的低压氢气进入氢反应床1，与氢反应床内装载的稀土系金属储氢材料在-80℃发生反应被储氢材料吸收，形成金属氢化物。完成吸氢后的氢反应床采用氢气循环介质与环境空气进行换热，被加热到0℃后继续吸收热量并持续放出8.8MPa，0℃的高压氢气，8.8MPa，0℃的高压氢气送到1号混合气化器。气液分离器6分出的-158℃液氮经过液体加压泵7加压后经凝液管路12输送到1号混合气化器。液氮在1号混合气化器内一是通过氢气混合换热，另一方面通过换热介质管路27吸收氢反应床吸氢时放出的热量被气化，1号混合气化器中压力提高到60MPa，温度降低到－60℃。1号混合气化器中液氮与氢气的质量比为81∶1。60MPa，－60℃的氮氢混合气送到混合气膨胀机内膨胀做功，混合气膨胀机出口处氮氢混合气的压力降低至10MPa，温度降低至－146℃。然后进入带液膨胀机内进行膨胀做功压力降低至2MPa。膨胀过程中温度继续降低，氮气在带液膨胀机内被全部液化，带液膨胀机出口处氢气与液氮混合物的压力为2MPa，温度为－158℃。氢气与液氮的混合物进入气液分离器进行分离，分离后2MPa，－158℃氢气送到氢反应床吸氢循环使用，－158℃的液氮经液体加压泵7加压后输送到1号混合气化器2循环使用，混合气膨胀机和带液膨胀机循环做功。
氢反应床采用一级结构。当放氢时，给氢反应床加热采用氢气作为高温循环介质，高温循环介质氢气与高温空气间壁或非间壁换热后，加热后的高温循环介质氢气进入氢反应床，将空气的热量带入氢反应床，使氢反应床放氢，高温循环介质氢气循环回间壁换热器或非间壁换热器中循环使用，换热后温度降低的空气排空。当吸氢时，给氢反应床降温采用氢气作为低温循环介质，低温循环介质氢气与来自1号混合气化器的换热盘管26出口的低温空气间壁或非间壁换热。1号混合气化器的换热盘管的冷量来自液氮气化吸热，低温循环介质氢气把低温空气的冷量带入氢反应床，使氢反应床吸氢，把氢反应床吸氢放出的热量传给低温空气。每一级氢反应床设置三个储罐，两个在吸氢，一个在放氢，轮流使用。1号混合气化器是6个相同的混合气化器组合在一起，循环交替使用，保证出口混合气温度、压力和流量稳定。先将从高压氢气管路10中过来的氢气进入1号混合气化器2，然后关闭高压氢气管路10和1号混合气化器2之间的通道，然后打开液氮加压泵7和1号混合气化器2之间的通道，使液氮进入1号混合气化器2，然后关闭液氮加压泵7和1号混合气化器之间的通道，一是通过氢气混合换热，另一方面通过换热介质管路27吸收氢反应床吸氢时放出的热量带入1号混合气化器2，使液氮气化，形成高压氢氮混合气，然后打开1号混合气化器2和混合气膨胀机3之间的通道，使高压氮氢混合气进入混合气膨胀机3做功，6个相同的1号混合气化器2轮流进行上述过程，不排除采用合适的机械装置，使1号混合气化器2混合气出口的混合气温度、压力和流量尽可能稳定。
实施例2
本发明另一实施方式如图2所示，包括氢反应床1、1号混合气化器2、混合气膨胀机3、带液膨胀机4、发电机5、气液分离器6、余热烟气管路11、2号混合气化器13、液体乙烷分离器14、乙烷加压泵15、冷量回收器16、氧气冷凝器17、液氧分离器18和液体加压泵7。混合气膨胀机、带液膨胀机与发电机同轴连接。氢反应床1设有换热设备33，1号混合气化器2设有换热盘管26，余热烟气管路依次通过氢反应床1的换热设备33和1号混合气化器2的换热盘管26连接到废气排放口。1号混合气化器2设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，气液分离器6设有氢气出口、凝液出口和混合气入口，氢气出口设有氢气过滤膜8。2号混合气化器13设有空气换热盘管29、空气进口24、乙烷入口和烷-空混合气出口，空气进口24连接2号混合气化器13，空气换热盘管与空气管路出入口连接。1号混合气化器2设有乙烷空气换热盘管22，冷量回收器16设有不凝气盘管23，氧气冷凝器设有氢气换热盘管25。氢反应床1的氢气出口经高压氢气管路10连接到1号混合气化器2的氢气入口，气液分离器6的凝液出口通过凝液管路12连接到液体加压泵7入口，液体加压泵7出口连接到1号混合气化器2的凝液入口。1号混合气化器2的混合气出口连接到混合气膨胀机3入口，混合气膨胀机3的出口连接到带液膨胀机4的入口，带液膨胀机4的出口连接到气液分离器6的混合气入口。液体乙烷分离器14设有烷-空混合气入口、乙烷出口和空气出口，乙烷出口通过乙烷加压泵15连接到2号混合气化器13的乙烷入口。2号混合气化器13的烷-空混合气出口通过1号混合气化器2的乙烷空气换热盘管22连接到液体乙烷分离器14的烷-空混合气入口。液体乙烷分离器14的空气出口通过冷量回收器16和氧气冷凝器17连接到液氧分离器18的空气入口，液氧分离器的液氧出口连接到液氧出口21，液氧分离器不凝气出口通过冷量回收器16的不凝气盘管23连接到排气口20。气液分离器6的氢气出口连接到氧气冷凝器的氢气换热盘管25，氢气换热盘管25出口经低压氢气管路9连接到氢反应床1。
本实施例的运行过程为：从气液分离器6来的1.5MPa，－155℃的低压氢气进入氢反应床1，与氢反应床内装载的稀土系金属储氢材料发生反应被储氢材料吸收，形成金属氢化物。完成吸氢后的氢反应床1与高温余热烟气进行换热，吸收热量并持续放出13MPa，200℃的高压氢气。13MPa，200℃的高压氢气送到1号混合气化器2中，由气液分离器6凝液出口出来的液氮经凝液管路12进入液体加压泵7，经液体加压泵加压后经凝液入口进入1号混合气化器2。液氮在1号混合气化器2内吸收余热烟气、先送入的氢气的热量以及乙烷空气盘管中的热量被气化，1号混合气化器2中压力提高到50MPa，温度降低到－100℃。1号混合气化器2内加入的液氮与氢气的质量比为40.5∶1。50MPa，－100℃的氮氢混合气送到混合气膨胀机3内膨胀做功，混合气膨胀机3出口处氮氢混合气的压力降低至17MPa，温度降低至－146℃；然后进入带液膨胀机4内进行膨胀做功，压力降低至1.5MPa；膨胀过程中温度继续降低，氮气在带液膨胀机4内被全部液化，带液膨胀机4出口处氢气与液氮混合物的压力为1.5MPa，温度为－163℃。氢气与液氮混合物进入气液分离器进行分离，分离后－163℃的液氮则由液体加压泵7加压输送到1号混合气化器2中循环使用。1.5MPa，－163℃氢气经氧气冷凝器17换热温度升到-155℃后送到氢反应床1吸氢循环使用。
环境空气通过空气入口24进入2号混合气化器13， -100℃液体乙烷经乙烷加压泵15送入到2号混合气化器13，2号混合气化器13中的液体乙烷利用空气能与环境空气换热进行气化，使2号混合气化器13中压力提高到2MPa。从2号混合气化器13出来的-5℃，2MPa的乙烷与空气的混合气体进入1号混合气化器2的乙烷空气换热盘管22进行间壁换热，换热后乙烷空气混合气温度下降，乙烷被液化，为防止乙烷液化造成混合气压力降低，间壁换热采用变径设计。间壁换热后-100℃、2MPa的空气与液体乙烷一同进入液体乙烷分离器14进行分离，分离后液体乙烷通过液体乙烷加压泵15送回2号混合气化器13循环使用，空气送到冷量回收器16与从液氧分离器18来的放空气进行换热，温度降到－135℃，最后送到氧气冷凝器17与从气液分离器6来的氢气换热，温度降到－145℃，氧气被冷凝下来，然后气液混合物送到液氧分离器18进行分离制得液氧，不凝气经过冷量回收器16回收冷量后放空。混合气膨胀机和带液膨胀机循环做功。氢反应床采用三级结构。当放氢时，给氢反应床加热采用氢气作为高温循环介质，高温循环介质氢气与高温烟气间壁或非间壁换热后，加热后的高温循环介质氢气进入氢反应床，将烟气的热量带入氢反应床，高温循环介质氢气循环回间壁换热器或非间壁换热器中循环使用，换热后温度降低的烟气进入1号混合气化器2的换热盘管26，换热后排空。当吸氢时，给氢反应床降温采用氢气作为低温循环介质，低温循环介质氢气与来自1号混合气化器的换热盘管26出口的低温烟气间壁或非间壁换热。低温循环介质氢气把低温烟气的冷量带入氢反应床，把氢反应床吸氢放出的热量传给低温烟气。每一级氢反应床设置三个储罐，两个在吸氢，一个在放氢，轮流使用。1号混合气化器和2号混合气化器分别是6个相同的混合气化器组合在一起，循环交替使用，保证1号混合气化器的氢氮混合气和2号混合气化器的烷空混合气温度压力稳定。先将低压空气进口24进入2号混合气化器13，然后关闭空气进口24和2号混合气化器13之间的通道，然后打开液体乙烷加压泵15和2号混合气化器13之间的通道，使液体乙烷进入2号混合气化器13，然后关闭液体乙烷加压泵15和2号混合气化器之间的通道，然后通过空气换热盘管29将空气能带入2号混合气化器13，使液体乙烷气化，形成高压烷空混合气，然后2号混合气化器13和乙烷空气换热盘管22之间的通道，使高压烷空混合气进入1号混合气化器2的乙烷空气换热盘管22，6个相同的2号混合气化器13轮流进行上述过程，使2号混合气化器13混合气出口温度、压力和流量尽可能稳定。氢反应床上一级吸氢放热传递给下一级放氢使用，同样采用氢气作为高温循环介质，进入氢反应床将热量传递给金属氢化物。

Claims (10)

1.一种改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述系统包括氢反应床（1）、1号混合气化器（2）、混合气膨胀机（3）、带液膨胀机（4）、发电机（5）、气液分离器（6）、空气换热管路（19）和液体加压泵（7），所述混合气膨胀机、带液膨胀机与发电机同轴或非同轴连接；所述氢反应床（1）设有换热设备（33）和换热器（28），所述1号混合气化器（2）设有换热盘管（26）；所述空气换热管路（19）连接到换热设备（33）的空气入口（30），换热设备（33）的空气出口（31）与环境连通；所述换热器（28）的出口通过换热介质管路（27）连接到1号混合气化器（2）的换热盘管（26），所述换热盘管的出口通过换热介质管路（27）连接到换热器（28）的入口；所述1号混合气化器（2）设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，所述气液分离器（6）设有氢气出口、凝液出口和混合气入口；所述氢反应床（1）的氢气出口经高压氢气管路（10）连接到1号混合气化器（2）的氢气入口，所述气液分离器（6）的凝液出口通过凝液管路（12）连接到液体加压泵（7）入口，所述液体加压泵（7）出口连接到1号混合气化器（2）的凝液入口；所述1号混合气化器（2）的混合气出口连接到混合气膨胀机（3）入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机（4）的入口，所述带液膨胀机的出口连接到气液分离器（6）的混合气入口，气液分离器（6）的氢气出口经低压氢气管路（9）连接到氢反应床（1）。
2.根据权利要求1所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述系统设有2号混合气化器（13）、液体乙烷分离器（14）、乙烷加压泵（15）、冷量回收器（16）、氧气冷凝器（17）和液氧分离器（18）；所述2号混合气化器（13）设有空气换热盘管（29）、空气进口（24）、乙烷出口和烷-空混合气出口，所述空气进口与2号混合气化器（13）连接，所述空气换热盘管与空气管路连接；所述1号混合气化器（2）设有乙烷空气换热盘管（22），所述冷量回收器（16）设有不凝气盘管（23），所述氧气冷凝器设有氢气换热盘管（25），不设置换热器（28）和换热介质管路（27），所述空气换热管路（19）替换为余热烟气管路（11）；所述余热烟气管路依次通过氢反应床（1）的换热设备（33）和1号混合气化器（2）的换热盘管（26）连接到废气排放口；所述液体乙烷分离器（14）设有烷-空混合气入口、乙烷出口和空气出口，所述乙烷出口通过乙烷加压泵（15）连接到2号混合气化器（13）的乙烷入口，所述2号混合气化器（13）的烷-空混合气出口通过1号混合气化器（2）的乙烷空气换热盘管（22）连接到液体乙烷分离器（14）的烷-空混合气入口；所述液体乙烷分离器的空气出口通过冷量回收器（16）和氧气冷凝器（17）连接到液氧分离器（18）的空气入口，所述液氧分离器的液氧出口连接到液氧出口（21），液氧分离器不凝气出口通过冷量回收器（16）的不凝气盘管（23）连接到排气口（20）；所述气液分离器（6）的氢气出口连接到氧气冷凝器的氢气换热盘管（25），氢气换热盘管出口经低压氢气管路（9）连接到氢反应床（1）；所述乙烷空气换热盘管（22）为由粗变细的变径结构。
3.根据权利要求1所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是： 由换热盘管（26）的出口出来的低温空气经氢反应床的换热设器（28）换热后，经过循环换热介质管路（27）进入换热盘管（26）的入口，循环使用；高温的空气通过空气入口（30）经过换热设备（33）进入氢反应床后从空气出口（31）排空；混合气膨胀机和带液膨胀机循环做功；当放氢时，给氢反应床加热采用氢气作为高温循环介质，高温循环介质氢气与高温空气间壁或非间壁换热后，加热后的高温循环介质氢气进入氢反应床，将空气的热量带入氢反应床，使氢反应床放氢，高温循环介质氢气循环回间壁换热器或非间壁换热器中循环使用，换热后温度降低的空气排空；当吸氢时，给氢反应床降温采用氢气作为低温循环介质，低温循环介质氢气与来自1号混合气化器的换热盘管（26）出口的低温空气间壁或非间壁换热，1号混合气化器的换热盘管的冷量来自液氮气化吸热，低温循环介质氢气把低温空气的冷量带入氢反应床，使氢反应床吸氢，把氢反应床吸氢放出的热量传给低温空气；每一级氢反应床设置至少两个储罐，分别吸氢或放氢，轮流使用；1号混合气化器是至少两个相同或不相同的混合气化器组合在一起，循环交替使用，保证出口混合气温度、压力和流量稳定；先将从高压氢气管路（10）中过来的氢气进入1号混合气化器（2），然后关闭高压氢气管路（10）和1号混合气化器（2）之间的通道，然后打开液氮加压泵（7）和1号混合气化器（2之间的通道，使液氮进入1号混合气化器（2），然后关闭液氮加压泵（7）和1号混合气化器（2）之间的通道，一是通过氢气混合换热，另一方面通过换热介质管路（27）吸收氢反应床吸氢时放出的热量带入1号混合气化器（2），使液氮气化，形成高压氢氮混合气，然后打开1号混合气化器（2）和混合气膨胀机（3）之间的通道，使高压氮氢混合气进入混合气膨胀机（3）做功，至少两个相同或不相同的1号混合气化器（2）轮流进行上述过程，不排除采用合适的机械装置，使1号混合气化器（2）混合气出口的混合气温度、压力和流量尽可能稳定；作为循环介质，氢气可以被其他稳定的有机无机物质所替代。
4.根据权利要求1所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述气液分离器（6）的氢气出口设有氢气过滤膜（8）。
5.根据权利要求1所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述凝液管路中的凝液工质液氮可以被惰性气体和其他稳定的有机和无机工质所替代，乙烷可以被其他稳定的有机和无机工质所替代。
6.根据权利要求1或2所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述氢反应床至少一级，采用多级结构时，氢反应床上一级吸氢放热传递给下一级放氢使用，进入氢反应床将热量传递给金属氢化物；所述氢反应床内装载金属储氢材料，低压氢气由氢气入口进入氢反应床，低压氢气被储氢材料吸收形成金属氢化物，对完成吸氢后的金属氢化物加热放出高压氢气；和空气或烟气间壁或非间壁换热，氢反应床采用循环介质包括氢气但不限于氢气，直接进入氢反应床进行加热或移热，或采用电、电磁或内部加热的方式，或采用外加热的方式，或同时采用内外加热的方式，循环介质为氢气或其他稳定介质。
7.根据权利要求2所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述余热烟气管路的热源为发动机或工业装置排出的高温烟气，凝液管路中的凝液工质为稳定的无机工质或有机工质或液氮或惰性气体或正丁烷或丙烷；所述系统包括凝液管路、1号混合气化器和2号混合气化器在内的装置具备制冷能力，该制冷能力应用于其他设备内部的冷却或可穿戴装置的冷却。
8.根据权利要求1或2所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述系统不设置氢反应床（1），利用气液分离器（6）的氢气出口分离出来的稳定的介质与空气或余热烟气管路（11）的热源换热，换热后的介质进入到1号混合气化器（2），与通过增压泵（7）过来的液体介质混合气化作为循环工质；调整循环工质的流量、调整1号混合气化器（2）、混合气膨胀机（3）、带液膨胀机（4）、气液分离器（6）、增压泵（7）、乙烷空气换热盘管（22）和冷量回收器（16）的类型和参数，达到权利要求1-2相同的效率较高的作用。
9.根据权利要求1或2所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述1号混合气化器（2）和2号混合气化器（13）为简单的混合装置或组合式的混合设备，保证混合气出口得到包括压力、温度在内的参数稳定的流量连续的混合气。
10.根据权利要求1所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述空气可以被常温的或低温的其他介质所代替。
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