CN113828254B - 一种正仲氢等温催化转化设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正仲氢等温催化转化设备及方法，该设备包括换热转化装置、低温介质储罐、储氢罐和压缩组件；换热转化装置包括存储低温介质的存储腔和设于存储腔内的多个换热通道，换热通道内填充有正仲氢催化转化材料，换热通道、压缩组件和储氢罐循环连通；低温介质储罐与存储腔循环连通，以维持存储腔内液态的低温介质储量；储氢罐用于向换热通道提供氢气；压缩组件用于压缩经过换热通道的氢气，并将压缩后的氢气输入储氢罐内。本发明可以提高催化转化时的换热面积，并且保证催化转化的持续进行。

Description

一种正仲氢等温催化转化设备及方法

技术领域

本发明属于正仲氢转化技术领域，尤其涉及一种正仲氢等温催化转化设备及方法。

背景技术

液氢是发展航空航天、氢能源产业的重要战略资源。随着我国航天事业发展，探月探火计划的不断推进，对重载火箭的需求日益增长，做为重载火箭液氢-液氧发动机最佳能量来源的液氢需求量不断增加。

氢分子是由两个氢原子构成，由于两个氢原子核自旋方向的不同，存在着正、仲两种状态的氢。正氢的原子核自旋方向相同，仲氢的原子核自旋方向相反。正、仲态的平衡氢组成与温度有关，不同温度下平衡氢的正、仲态浓度比例不同。在常温时，平衡氢是含75％正氢和25％仲氢的混合物，称为正常氢或标准氢，高于常温时，正-仲态的平衡组成不变；低于常温时，正-仲态的平衡组成发生变化；温度降低，仲氢所占的百分率增加。如在液氮的标准沸点时，仲氢含量约47%，在液氢的标准沸点时，仲氢含量可达99.8%；在液氢的标准沸点时，氢的平衡组成为2％正氢和98％仲氢。

正氢和仲氢之间存在着能量差别，在任一温度下仲氢总是处于较低的能态，因此，当仲氢的含量小于平衡值时，正氢会自发地转化为仲氢，并放出转化热。在没有催化剂作用的情况下，氢气的正仲态的自发转化非常缓慢。其中，无催化的正仲态转化不发生在液化装置内，而发生在液氢贮存容器中。为了避免转化热引起液氢产品的气化，减少再液化的能耗，通常在生产液氢的过程中就采用催化转化来加快转化速率，即，在氢的液化过程中，使氢气体或液体通过固体催化剂的床层来实现催化转化过程。

目前的正仲氢的转化装置一般是将存储大量低温介质的储罐与催化剂设置在一个容器内，导致转化装置整体体积庞大，不利于具体的实施过程；或者，将换热介质通过管道与氢气进行接触，导致现有的转化装置换热面积不足，换热不充分，不能实现正仲氢的有效催化转化。

如申请号CN202010790951.9公开一种用于正仲氢等温转化反应的装置，其包括储罐和转化器；储罐内装有低温介质，用于为正仲氢转化过程提供恒温的低温环境；储罐的顶部分别设有加注管、排气管、氢气进管及氢气出管；转化器通过氢气进管及氢气出管吊装在储罐的底部，并浸入到储罐内的液态的低温介质中。其虽然可以使流动氢气或液氢能够发生正仲氢等温转化反应，达到或接近该温度下平衡氢状态，同时能够满足流动氢气或液氢在正、仲态转化过程产生的热量交换传递需求。但是该装置是直接将存储大量低温介质的储罐与转化材料设置在同一个容器内，在其需要使得换热效率满足要求的前提下，必然会导致转化器整体体积过于庞大，从而不利于实际催化转化过程实施和再现；此外由于该转化器通过管道输送换热介质，在换热介质与氢气接触的同一平面内，氢气存在较多区域未有换热介质通过，从而导致较多区域的氢气处于低温的环境中，进行导致该转化器的换热面积不足，使得整体的换热不充分，无法有效的实现正仲氢催化转化。

因此，如何设计一种符合实际生产需要、具有较大的换热面积的转化装置，实现正仲氢的催化转化成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种正仲氢等温催化转化设备及方法，可以提高催化转化时的换热面积，并且保证催化转化的持续进行。

第一方面，本发明提供一种正仲氢等温催化转化设备，包括换热转化装置、低温介质储罐、储氢罐和压缩组件；

所述换热转化装置包括存储低温介质的存储腔和设于所述存储腔内的多个换热通道，所述换热通道内填充有正仲氢催化转化材料，所述换热通道、压缩组件和储氢罐循环连通；

所述低温介质储罐与所述存储腔循环连通，以维持所述存储腔内液态的低温介质储量；

所述储氢罐用于向所述换热通道提供氢气；

所述压缩组件用于压缩经过所述换热通道的氢气，并将压缩后的氢气输入所述储氢罐内。

其中，所述换热转化装置包括均与所述换热通道连通的催化材料加注管和催化材料排放管，所述催化材料加注管和催化材料排放管内分别设有催化材料加注管堵头和催化材料排放管堵头。

其中，多个所述换热通道在所述存储腔内均匀分布，并且多个所述换热通道的两端分别在所述存储腔的顶部和底部收束汇集形成氢气出口通道和氢气入口通道，所述氢气出口通道与所述压缩组件连通，所述氢气入口通道与所述储氢罐连通。

其中，所述设备包括气相管道和液相管道，所述气相管道连通所述低温介质储罐顶部和所述存储腔顶部，所述液相管道连通所述低温介质储罐底部和所述存储腔底部。

其中，所述存储腔包括上部的气态介质存储腔和下部的液态介质存储腔，所述气态介质存储腔容纳吸热蒸发为气态的所述低温介质，所述液态介质存储腔容纳液态的所述低温介质，并且所述换热通道位于所述液态介质存储腔内；

所述低温介质储罐包括上部的气态介质储罐和下部的液态介质储罐，所述气态介质储罐容纳气态的所述低温介质，所述液态介质储罐容纳液态的所述低温介质。

其中，所述低温介质储罐包括储罐液位计、低温介质液体补充路和储罐排气管，所述低温介质液体补充路根据所述储罐液位计检测结果，以向所述低温介质储罐内补充液态的所述低温介质，所述储罐排气管用于排出所述低温介质储罐内气态的所述低温介质。

其中，所述换热通道的两端分别设有低温氢气入口过滤器和低温氢气排气过滤器，所述储氢罐通过所述低温氢气入口过滤器与所述换热通道连通，所述压缩组件通过所述低温氢气排气过滤器与所述换热通道连通。

其中，所述设备包括用于检测所述储氢罐内仲氢含量的气相色谱仪和与所述气相色谱仪的控制装置，所述控制装置用于在仲氢达到预定含量时控制所述设备停止运行。

其中，所述设备包括回热器和空冷换热器；

所述换热通道与所述压缩组件连通的管道，以及所述储氢罐与所述换热通道连通的管道均穿过所述回热器；

所述空冷换热器分别与所述压缩组件和储氢罐连通。

第二方面，本发明还提供一种采用上述设备的等温催化转化方法，包括如下步骤：

控制储氢罐中储存的氢气进入换热转化装置的换热通道内进行催化转化；

控制压缩组件对转化后的氢气进行压缩增压；

控制储氢罐收集增压后的氢气；

判断储氢罐中的仲氢是否达到预定含量；

当仲氢达到预定含量时，催化转化完成，否则，重复上述步骤。

本发明设置的存储腔和位于存储腔内的多个换热通道，可以提高氢气进行催化转化时的换热面积，从而提高氢气中正氢转化为仲氢的效率。另外，通过低温介质储罐可以补充存储腔内的低温介质，保证催化转化的持续进行，并且通过设置的储氢罐和压缩组件，可以将催化转化后的氢气进行收集保存，以提高储氢罐内的仲氢含量。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出根据本发明第一实施例的正仲氢等温催化转化设备的结构示意图；

图2是示出根据本发明第二实施例的正仲氢等温催化转化设备的结构示意图；

图3是示出根据本发明实施例的等温催化转化方法的流程图。

附图标记：

1-换热转化装置，11-存储腔，111-气态介质存储腔，112-液态介质存储腔，12-换热通道，121-催化材料加注管，122-催化材料排放管，123-催化材料加注管堵头，124-催化材料排放管堵头，125-氢气出口通道，126-氢气入口通道，127-低温氢气入口过滤器，128-低温氢气排气过滤器，13-低温介质，14-正仲氢催化转化材料，2-低温介质储罐，21-气态介质储罐，22-液态介质储罐，23-储罐液位计，24-低温介质液体补充路，241-低温介质液体补充阀门，25-储罐排气管，3-储氢罐，4-压缩组件，51-气相管道，52-液相管道，6-气相色谱仪，7-回热器，8-空冷换热器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种正仲氢等温催化转化设备，包括换热转化装置1、低温介质储罐2、储氢罐3和压缩组件4。

本实施例的换热转化装置1可以包括存储低温介质13的存储腔11和设于存储腔11内的多个换热通道12，换热通道12内填充有正仲氢催化转化材料14，换热通道12、压缩组件4和储氢罐3循环连通。在进行氢气的催化转化时，氢气从换热通道12内通过，此时由于换热通道12位于存储腔11内的低温介质13中，从而使得氢气在低温条件下，在正仲氢催化转化材料14的作用下发生正氢向仲氢转化的反应。

本发明实施例为了提高换热通道12在存储腔11内的换热效率，可以根据实际需求选择相应的结构来实现。在一个应用场景中，本实施例的多个换热通道12在存储腔11内均匀分布，并且多个换热通道12的两端分别在存储腔11的顶部和底部收束汇集形成氢气出口通道125和氢气入口通道126，氢气出口通道125与压缩组件4连通，氢气入口通道126与储氢罐3连通。多个换热通道12的均匀分布可以提高整体的换热面积，使得氢气可以与低温介质13进行充分换热，从而提高该设备的换热效率。

本实施例可以通过在换热转化装置1上设置相应的结构满足正仲氢催化转化材料14的添加以及更换。在一个应用场景中，本实施例的换热转化装置1可以包括均与换热通道12连通的催化材料加注管121和催化材料排放管122，催化材料加注管121和催化材料排放管122内分别设有催化材料加注管堵头123和催化材料排放管堵头124。其中，催化材料加注管121可以设置于换热通道12的顶部，催化材料排放管122设置于换热通道12的底部，通过顶部的催化材料加注管121完成对正仲氢催化转化材料14的加入。在加入时，正仲氢催化转化材料14由于自身重力的作用，在换热通道12滑动至底部并逐渐堆积至顶部，在正仲氢催化转化材料14堆积至换热通道12的顶部时，通过催化材料加注管堵头123对催化材料加注管121进行密封。另外，在需要对换热通道12内的正仲氢催化转化材料14进行更换时，可以通过拆除位于换热通道12底部的催化材料排放管堵头124，以完成对正仲氢催化转化材料14的移除，并通过后续正仲氢催化转化材料14的添加步骤，完成正仲氢催化转化材料14的更换。另外，本实施例的正仲氢催化转化材料14的能够适应换热通道12的结构，可以在对氢气实现催化转化的同时，与换热通道12起到协同作用，共同提高氢气经过换热通道12时的换热面积（换热通道12内的正仲氢催化转化材料14也会提供一定的换热面积），从而提高氢气的换热面积和催化转化效率，便于氢气的循环转化。

本实施例的换热通道12采用穿设于存储腔11内的管道进行实现，并且在实际应用中，由于换热通道12两端固定，中间段为悬空状态，在添加正仲氢催化转化材料14或在换热通道12内通入氢气时，会出现换热通道12出现振动的情况，最终导致换热通道12在进行正仲氢催化转化过程中出现损坏的情况。为了避免上述情况的出现，本实施例可以根据实际需求选择不同的结构进行克服。在一个应用场景中，本实施例可以在存储腔11内设置将换热通道12和换热转化装置1侧壁固定的支架，通过支架的设置可以进一步提高换热通道12的结构稳定性。

本实施例的低温介质储罐2与存储腔11循环连通，以维持存储腔11内液态的低温介质13储量。该低温介质储罐2可以保证存储腔11内的低温介质13能够满足换热通道12内氢气进行催化转化所需要的低温环境。其中，低温介质储罐2与存储腔11的循环连通可以根据实际选择相应的结构。在一个应用场景中，本实施例的低温介质13为吸热易蒸发的物质，优选地，低温介质13为惰性气体形成的液体，可以为液氮、液氩、液氖、LNG、液氧等。本实施例的设备可以包括气相管道51和液相管道52，气相管道51连通低温介质储罐2顶部和存储腔11顶部，液相管道52连通低温介质储罐2底部和存储腔11底部。并且低温介质储罐2的液位低于气相管道51和存储腔11顶部的连接口，通过重力的作用，使得低温介质储罐2和存储腔11内的低温介质13液面相同，并且低温介质储罐2内的低温介质13可以最大程度的浸没换热通道12。

本实施例在采用吸热易蒸发的物质为低温介质13时，对应的存储腔11可以包括上部的气态介质存储腔111和下部的液态介质存储腔112，气态介质存储腔111容纳吸热蒸发为气态的低温介质13，液态介质存储腔112容纳液态的低温介质13，并且换热通道12位于液态介质存储腔112内；低温介质储罐2包括上部的气态介质储罐21和下部的液态介质储罐22，气态介质储罐21容纳气态的低温介质13，液态介质储罐22容纳液态的低温介质13。通过气态介质存储腔111可以对换热转化装置1内吸热蒸发为气态的低温介质13进行收集，并通过气相管道51输送至低温介质储罐2的气态介质储罐21内，由于换热转化装置1内的低温介质13蒸发造成低温介质13的液位降低，液态介质储罐22内液态的低温介质13由于重力作用通过液相管道52进入液态介质存储腔112内，以保证换热转化装置1内的低温介质13保持原液位高度。

本实施例的低温介质13在进行换热蒸发为气态时，由于其含有较多热量，无法直接在低温介质储罐2内转化为液态，因此，需要将其进行排出。对应的，本实施例的低温介质储罐2可以包括低温介质液体补充路24和储罐排气管25，低温介质液体补充路24可以根据低温介质储罐2内低温介质13的液位高度，以补充对低温介质储罐2的低温介质13。在实际应用场景中，换热转化装置1中由于催化转化，导致其中液态的低温介质13转变为气态，并通过气相管道51进入气态介质储罐21内，然后通过储罐排气管25将该气态的低温介质13进行排出，以保证低温介质储罐2内液态的低温介质13不受其影响；而由于换热转化装置1内低温介质13降低，该低温介质储罐2由于重力的作用，使其通过液相管道52向换热转化装置1内补充液态的低温介质13；该过程会导致低温介质储罐2内液态的低温介质13液位降低，此时可以通过低温介质液体补充路24对液态的低温介质13进行补充，以保证低温介质储罐2内液态的低温介质13达到预定的液位高度。

本实施例的低温介质储罐2与存储腔11进行循环连通时，还可以选用其他方式达到该目的。在另一个应用场景中，本实施例中的低温介质13为低温的导热油、离子液体等，其在吸收氢气催化转化的热量后仍可以保持液态。低温介质储罐2与存储腔11通过两个管道进行循环连通，并在管道上设置用于强制循环的液压泵。在实际应用场景中，本实施例通过液压泵的强制循环，从而保证进入换热转化装置1内的低温介质13保持预定的低温。

本实施例的储氢罐3用于向换热通道12提供氢气。压缩组件4用于压缩经过换热通道12的氢气，并将压缩后的氢气输入储氢罐3内。在氢气进入换热转化装置1催化转化完成后，可以通过压缩组件4将其存储于储氢罐3内，以提高储氢罐3内的仲氢含量，当储氢罐3内的仲氢含量未达到预定要求时，储氢罐3会持续释放其内存储的氢气进入换热转化装置1内进行催化转化，并保存催化转化后的氢气，直至储氢罐3内的仲氢含量达到预定要求后，储氢罐3停止向换热转化装置1通入氢气。

本发明实施例为了便于本领域技术人员更好的理解该技术方案，对应提供了另一种紧凑、换热充分、方便布置实施的正仲氢等温催化转化设备。参见图2所示，本设备包含一个低温介质储罐2和一个紧凑的集换热转化一体化的换热转化装置1，低温介质储罐2和换热转化装置1之间通过气相管道51和液相管道52联通。

低温介质储罐2，具体的包括如下几个部分：低温介质液体补充阀门241、低温介质液体补充路24、储罐液位计23、储罐排气管25、液相管道52与低温介质储罐2连通形成的储罐底部出液口。

换热转化装置1，具体的包括如下几个部分：催化材料加注管121、催化材料加注管堵头123、低温氢气排气过滤器128、存储腔11、换热通道12、催化材料排放管堵头124、催化材料排放管122、低温氢气入口过滤器127、液相管道52与换热转化装置1连通形成的低温介质液体入口、气相管道51与换热转化装置1连通形成的低温介质排气口。

氢气供给装置，具体的包括如下几个部分：储氢罐3、压缩组件4、气相色谱仪6、回热器7、空冷换热器8。优选的，压缩组件4为循环泵。

本实施例换热转化装置1包含的换热通道12和存储腔11，该存储腔11用于低温介质流通的通道，这两个通道互相不连通，但拥有大量的一次和二次换热面积，确保换热通道12中的氢气始终能被存储腔11中的流体充分冷却。换热转化装置1优选紧凑式换热器。

本实施例的换热通道12中需要填充足够量的正仲氢催化转化材料14，一般需要充满换热通道12。填充时，需要先安装好低温氢气入口过滤器127，并将催化材料排放管堵头124焊接在催化材料排放管122上，避免填充催化材料时漏出。正仲氢催化转化材料14可以从催化材料加注管121中填入，为了保证催化材料充满换热通道12，一般正仲氢催化转化材料14填至可从催化材料加注管121中观察到正仲氢催化转化材料14为止。

正仲氢催化转化材料14在填充前，需要做活化处理；完成填充后，应尽快完全密封通道，即：将催化材料加注管堵头123焊接在催化材料加注管121上，并将低温氢气排气过滤器128和低温氢气入口过滤器127的出口密封。

工作时，本实施例的整个设备应当在保温较好的环境中，优选采用多层绝热包扎与真空环境。

工作时，将液态的低温介质13通过低温介质液体补充路24注入低温介质储罐2中，靠重力作用，液态的低温介质13将通过液相管道52流入换热转化装置1，根据连通器原理，低温介质储罐2的液位与换热转化装置1的液位将保持一致。储氢罐3内的氢气通过低温氢气入口过滤器127流入换热通道12，在换热通道12中正仲氢催化转化材料14的间隙内流动，并在正仲氢催化转化材料14的作用下发生正仲氢转化并放出热量，热量被换热转化装置1中液态的低温介质13吸收，液态的低温介质发生相变气化，气化后的气体经过气相管道51流入低温介质储罐2并最终通过储罐排气管25排出设备，同时换热转化装置1的液位略微下降，低温介质储罐2中液态的低温介质13持续不断的通过液相管道52补充进入换热转化装置1，保持液位平衡。

本实施例低温介质储罐2的液位4可以通过储罐液位计23进行测量，并通过调节低温介质液体补充阀门241，进行调节低温介质储罐2内低温介质13液位。

本实施例低温介质储罐2的液位要求低于低温介质排气口。并且为了保证足够量的正仲氢催化转化材料14（其位于换热通道12内）浸泡在液态的低温介质13中，要求低温介质储罐2的液位高于换热转化装置1相对应的位置。

本实施例的正仲氢催化转化材料14，优选颗粒度均匀的球状，低温氢气入口过滤器127和低温氢气排气过滤器128的孔径一般选正仲氢催化转化材料14平均直径的30%~50%。

本实施例在描述氢气供给装置与换热转化装置1和低温介质储罐2间的相互作用时，以将仲氢含量为25%的常温氢气转化为仲氢含量为40%的常温氢气为例。由于常温的平衡状态下氢气中的仲氢含量为25%，氢气中的正氢无法自发的转化为仲氢含量为40%的常温氢气，因此可以依靠本实施例的设备进行生产。

工作时，常温的低压氢气被压缩组件4压缩，并随后进入空冷换热器8，将压缩热放出，获得略带压力的常温氢气，并存储在常温的储氢罐3中，储氢罐3上有一个检测口，会将其中的氢气送入气相色谱仪6对氢气中的仲氢含量进行实时检测。随后储氢罐3中的氢气进入回热器7中进行换热降温，将热量传递给回热器7另一侧的低压氢气，储氢罐3侧被预冷到接近液氮（回热器7内的介质）温度后经低温氢气入口过滤器127进入换热通道12，并在换热通道12中正仲氢催化转化材料14的作用下转化，并经低温氢气排气过滤器128排出，从而获得了液氮（为低温介质13）温度下的约为47%仲氢含量的低温氢气。这些低温低压氢气进入回热器7中进行换热升温，吸收另一侧的原储氢罐3释放出的高压氢气的热量，并最终变成常温低压的氢气，再次进入压缩组件4压缩，然后进入空冷换热器8，将压缩热放出，获得略带压力的47%仲氢含量的常温氢气，这些47%仲氢含量的常温氢气与储氢罐3中低仲氢含量的常温氢气混合（一开始的储氢罐3具有25%的仲氢含量），随设备的不断运行，储氢罐3中氢气的仲氢含量不断提高。当气相色谱仪6检测到储氢罐3中氢气的仲氢含量达到40%后，整个设备停止工作，完成生产。

在换热通道12中转化时发生的热量被换热转化装置1中的液氮低温介质13带走，同时在换热转化装置1中蒸发的氮气（低温介质13）经过气相管道51进入低温介质储罐2顶部，并通过储罐排气管25排出。

期间，低温介质储罐2内的液氮（低温介质13）一直通过低温介质液体补充阀门241向低温介质储罐2中补充，保持低温介质储罐2的液位在合适的位置，保证气相管道51的回气通畅，同时有足够的正仲氢催化转化材料14（其位于换热通道12内）浸泡在液氮中。

参见图3所示，本发明实施例还提供一种采用上述设备的等温催化转化方法，可以包括如下步骤：

控制储氢罐3中储存的氢气进入换热转化装置1的换热通道12内；

换热通道12通过存储腔11内低温介质13和换热通道12内正仲氢催化转化材料14的作用，催化氢气中的正氢向仲氢转化；

控制压缩组件4对转化后的氢气进行压缩增压；

控制储氢罐3收集增压后的氢气；

判断储氢罐3中的仲氢是否达到预定含量；

当仲氢达到预定含量时，催化转化完成，否则，重复上述步骤。

本实施例以将仲氢含量为25%的常温氢气转化为仲氢含量为40%的常温氢气为例。当通过气相色谱仪6检测到储氢罐3中氢气的仲氢含量达到40%后，停止将储氢罐3内的氢气输入换热通道12的操作。对于仲氢含量达到40%后，可以根据实际需要对该储氢罐3进行拆卸存储或拆卸后直接应用于其他需要使用仲氢的装置中。

以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种正仲氢等温催化转化设备，其特征在于，包括换热转化装置（1）、低温介质储罐（2）、储氢罐（3）、压缩组件（4）、用于检测所述储氢罐（3）内仲氢含量的气相色谱仪（6）、回热器（7）和空冷换热器（8）；

所述换热转化装置（1）包括存储低温介质（13）的存储腔（11）和设于所述存储腔（11）内的多个换热通道（12），所述换热通道（12）内填充有正仲氢催化转化材料（14），所述换热通道（12）、压缩组件（4）和储氢罐（3）循环连通，所述储氢罐（3）用于向所述换热通道（12）提供氢气，所述压缩组件（4）用于压缩经过所述换热通道（12）的氢气，并将压缩后的氢气输入所述储氢罐（3）内；

连通所述换热通道（12）与所述压缩组件（4）的管道，以及连通所述储氢罐（3）与所述换热通道（12）的管道均穿过所述回热器（7），所述空冷换热器（8）分别与所述压缩组件（4）和所述储氢罐（3）连通，所述空冷换热器（8）用于将压缩热放出，获得带压力的常温氢气，并存储在常温的储氢罐（3）中；

储氢罐（3）中的氢气进入回热器（7）中进行换热降温，将热量传递给回热器（7）另一侧的低压氢气，储氢罐（3）侧被预冷到接近回热器（7）内的介质温度后进入换热通道（12），氢气在换热通道（12）中正仲氢催化转化材料（14）的作用下转化，获得低温介质（13）温度下的低温氢气，低温低压氢气进入回热器（7）中进行换热升温，吸收另一侧的原储氢罐（3）释放出的高压氢气的热量，变成常温低压的氢气，常温低压的氢气进入压缩组件（4）压缩，然后进入空冷换热器（8）；

多个所述换热通道（12）在所述存储腔（11）内均匀分布，并且多个所述换热通道（12）的两端分别在所述存储腔（11）的顶部和底部收束汇集形成氢气出口通道（125）和氢气入口通道（126），所述氢气出口通道（125）与所述压缩组件（4）连通，所述氢气入口通道（126）与所述储氢罐（3）连通；

所述低温介质储罐（2）与所述存储腔（11）循环连通，以维持所述存储腔（11）内液态的低温介质（13）储量。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述换热转化装置（1）包括均与所述换热通道（12）连通的催化材料加注管（121）和催化材料排放管（122），所述催化材料加注管（121）和催化材料排放管（122）内分别设有催化材料加注管堵头（123）和催化材料排放管堵头（124）。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述低温介质储罐（2）包括储罐液位计（23）、低温介质液体补充路（24）和储罐排气管（25），所述低温介质液体补充路（24）根据所述储罐液位计（23）的检测结果，向所述低温介质储罐（2）内补充液态的所述低温介质（13），所述储罐排气管（25）用于排出所述低温介质储罐（2）内气态的所述低温介质（13）。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括气相管道（51）和液相管道（52），所述气相管道（51）连通所述低温介质储罐（2）顶部和所述存储腔（11）顶部，所述液相管道（52）连通所述低温介质储罐（2）底部和所述存储腔（11）底部。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存储腔（11）包括上部的气态介质存储腔（111）和下部的液态介质存储腔（112），所述气态介质存储腔（111）容纳吸热蒸发为气态的所述低温介质（13），所述液态介质存储腔（112）容纳液态的所述低温介质（13），并且所述换热通道（12）位于所述液态介质存储腔（112）内；

所述低温介质储罐（2）包括上部的气态介质储罐（21）和下部的液态介质储罐（22），所述气态介质储罐（21）容纳气态的所述低温介质（13），所述液态介质储罐（22）容纳液态的所述低温介质（13）。

6.如权利要求1-5任一所述的设备，其特征在于，所述换热通道（12）的两端分别设有低温氢气入口过滤器（127）和低温氢气排气过滤器（128），所述储氢罐（3）通过所述低温氢气入口过滤器（127）与所述换热通道（12）连通，所述压缩组件（4）通过所述低温氢气排气过滤器（128）与所述换热通道（12）连通。

7.一种采用如权利要求1-6任一所述设备的等温催化转化方法，其特征在于，包括如下步骤：

控制储氢罐（3）中储存的氢气进入换热转化装置（1）的换热通道（12）内进行催化转化；

控制压缩组件（4）对转化后的氢气进行压缩增压；

控制储氢罐（3）收集增压后的氢气；

判断储氢罐（3）中的仲氢是否达到预定含量；

当仲氢达到预定含量时，催化转化完成，否则，重复上述步骤。

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