CN114526440A - 一种岩层储氢装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种岩层储氢装置和方法,包括:给氢单元、排氢单元及与所述给氢单元和所述排氢单元相连接的储氢设备;所述储氢设备由内向外包括依次设置的金属层、高分子材料层、混凝土层和岩层;所述金属层的厚度<所述高分子材料层的厚度<所述混凝土层的厚度<所述岩层的厚度;所述储氢设备底部的混凝土层中还设置有至少3层金属网层,相邻所述金属网层间的垂直距离≤30mm。通过对储氢设备的结构进行设计,采用多种结构层,利用特定高分子材料的设计进一步解决了安全性能差的问题,具有地质要求低、可靠的气密性、储氢量大,投资低,环境安全、注采速度快、高循环能力、工作气体可高达库容的90%、采出气体不需要二次净化的优点。

Description

一种岩层储氢装置和方法
技术领域
本发明涉及储氢领域,具体涉及一种岩层储氢装置和方法。
背景技术
目前,氢气的储存主要有高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢和有机液体储氢。高压气态储氢技术是指在高压下,将氢气压缩,以高密度气态形式储存,具有成本较低、能耗低、易脱氢、工作条件较宽等特点,是发展最成熟、最常用的储氢技术。
如CN210601046U公开了一种防爆双层高压氢气储罐,其罐体由内罐和外罐组成,内外罐通过罐座连接为整体;内外罐之间的夹层内填充有抑爆剂,夹层设置有抑爆剂进口和抑爆剂出口;内罐通过管道与外罐连接并通至罐外,管道与夹层隔离。主要用于高压氢气的储存。可以有效防止高压氢气意外泄漏发生自燃和抑制气云爆炸。
CN111963884A公开了一种超高压储氢容器,包括双层筒体、设置在筒体两侧的盖体、用于连接双层筒体和两端的盖体的自紧式密封组件,所述双层筒体的内层用于抑制氢原子渗透,外筒体用于保证筒体强度,所述自紧式密封组件,所述双层筒体中的外筒体上开设有泄漏孔。优点在于:本申请通过设置双层结构,两层实现不同的效果,并且泄漏孔能在超过设定压强的情况下释放氢气,防止容器爆炸,该结构大大的增加超高压氢气储罐的安全性能
然而当前的储氢装置仍存在泄露爆炸隐患,安全性能较差,体积比容量低,无法实现大规模储氢等问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种岩层储氢装置和方法,以解决目前储氢装置仍存在泄露爆炸隐患,安全性能较差,体积比容量低,无法实现大规模储氢的问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种岩层储氢装置,所述岩层储氢装置包括:给氢单元、排氢单元及与所述给氢单元和所述排氢单元相连接的储氢设备;
所述储氢设备由内向外包括依次设置的金属层、高分子材料层、混凝土层和岩层;所述金属层的厚度<所述高分子材料层的厚度<所述混凝土层的厚度<所述岩层的厚度;
所述储氢设备底部的混凝土层中还设置有至少1层金属网层;
所述金属网层≥2层时,相邻所述金属网层间的垂直距离≤30mm。
本发明提供的储氢装置,通过对储氢设备的结构进行设计,采用多种结构层,利用特定位置的高分子材料设计进一步解决了安全性能差的问题,具有地质要求低、可靠的气密性、储氢量大,投资低,环境安全、注采速度快、高循环能力、工作气体可高达库容的90%、采出气体不需要二次净化的优点。
本发明中,所述储氢设备底部的混凝土层中还设置有至少1层金属网层,例如可以是1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层和9层等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中,相邻所述金属网层间的垂直距离≤30mm,例如可以是30mm、28mm、26mm、24mm、22mm、20mm、18mm、16mm、14mm、12mm、10mm、8mm、6mm、4mm或2mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述金属层的厚度为10-30mm,例如可以是10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm或30mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述高分子材料层的厚度为1-50mm,例如可以是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm或49mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述混凝土层的厚度为800-3000mm,例如可以是800mm、810mm、820mm、830mm、840mm、850mm、860mm、870mm、880mm、890mm、900mm、910mm、920mm、930mm、940mm、950mm、960mm、970mm、980mm、990mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、1800mm、2000mm、2200mm、2400mm、2600mm、2800mm或3000mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述储氢设备底部的混凝土层中还设置有2-5层金属网层。
作为本发明优选的技术方案,相邻所述金属网层间的垂直距离为20-30mm,例如可以是20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm或30mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述金属网层的网格为矩形网格。
所述矩形网格的长为100-200mm,例如可以是100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm或200mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
所述矩形网格的宽为100-200mm,例如可以是100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm或200mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述金属网层的厚度为40-50mm,例如可以是40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm或50mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述给氢单元包括依次连接的第一压缩机和第一冷却器;
所述第一冷却器通过第一管路和所述储氢设备相连接;
所述第一管路的出料口距离所述储氢设备内壁底部的垂直距离为50-75mm,例如可以是50mm、51mm、52mm、53mm、54mm、55mm、56mm、57mm、58mm、59mm、60mm、61mm、62mm、63mm、64mm或65mm等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述排氢单元包括依次连接的第二压缩机和第二冷却器;
所述第二压缩机通过第二管路和所述储氢设备相连接。
第二方面,本发明提供了一种岩层储氢方法,所述岩层储氢方法包括:将氢气依次进行第一加压和第一降温进入如第一方面所述储氢装置,所述储氢装置中储存的氢气依次经第二加压和第二降温进行输出。
作为本发明优选的技术方案,所述第一加压的终点压力为20-25MPa,例如可以是20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa或25MPa等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述第一加压后物料的温度为100-120℃,例如可以是100℃、105℃、110℃、115℃或120℃等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述第一降温的终点温度为25-30℃,例如可以是25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述储氢装置中氢物料的温度为20-35℃,例如可以是20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述第二降温的终点温度为20-30℃,例如可以是20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
与现有技术方案相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明提供的储氢装置,通过对储氢设备的结构进行设计,采用多种结构层,具有地质要求低、可靠的气密性、储氢量大,投资低,环境安全、注采速度快、高循环能力、工作气体可高达库容的90%以上、采出气体不需要二次净化的优点。
附图说明
图1是本发明实施例1中岩层储氢装置的示意图。
图中:1-金属层,2-高分子材料层,3-混凝土层,4-岩层,5-第一压缩机,6-第一冷却器,7-第一管路,8-第二压缩机,9-第二冷却器。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,本发明的典型但非限制性的实施例如下:
实施例1
本实施例提供一种岩层储氢装置,如图1所示,所述岩层储氢装置包括:给氢单元、排氢单元及与所述给氢单元和所述排氢单元相连接的储氢设备;
所述储氢设备由内向外包括依次设置的金属层1、高分子材料层2、混凝土层3和岩层4;所述金属层1的厚度<所述高分子材料层2的厚度<所述混凝土层3的厚度<所述岩层4的厚度;
所述储氢设备底部的混凝土层3中还设置有3层金属网层,相邻所述金属网层间的垂直距离为10mm。
所述金属层1的厚度为10mm。
所述高分子材料层2的厚度为20mm。
所述混凝土层3的厚度为900mm。
所述金属网层的网格为矩形网格,矩形网格的长为200mm,宽为100m。
所述金属网层的厚度为43mm。
所述给氢单元包括依次连接的第一压缩机5和第一冷却器6;
所述第一冷却器6通过第一管路7和所述储氢设备相连接;
所述第一管路7的出料口距离所述储氢设备内壁底部的垂直距离为70mm。
所述排氢单元包括依次连接的第二压缩机8和第二冷却器9;
所述第二压缩机8通过第二管路和所述储氢设备相连接。
实施例2
本实施例提供一种岩层储氢装置,所述岩层储氢装置包括:给氢单元、排氢单元及与所述给氢单元和所述排氢单元相连接的储氢设备;
所述储氢设备由内向外包括依次设置的金属层1、高分子材料层2、混凝土层3和岩层4;所述金属层1的厚度<所述高分子材料层2的厚度<所述混凝土层3的厚度<所述岩层4的厚度;
所述储氢设备底部的混凝土层3中还设置有5层金属网层,相邻所述金属网层间的垂直距离为20mm。
所述金属层1的厚度为30mm。
所述高分子材料层2的厚度为40mm。
所述混凝土层3的厚度为800mm。
所述金属网层的网格为矩形网格,矩形网格的长为200mm,宽为200m。
所述金属网层的厚度为45mm。
所述给氢单元包括依次连接的第一压缩机5和第一冷却器6;
所述第一冷却器6通过第一管路7和所述储氢设备相连接;
所述第一管路7的出料口距离所述储氢设备内壁底部的垂直距离为60mm。
所述排氢单元包括依次连接的第二压缩机8和第二冷却器9;
所述第二压缩机8通过第二管路和所述储氢设备相连接。
实施例3
本实施例提供一种岩层储氢装置,所述岩层储氢装置包括:给氢单元、排氢单元及与所述给氢单元和所述排氢单元相连接的储氢设备;
所述储氢设备由内向外包括依次设置的金属层1、高分子材料层2、混凝土层3和岩层4;所述金属层1的厚度<所述高分子材料层2的厚度<所述混凝土层3的厚度<所述岩层4的厚度;
所述储氢设备底部的混凝土层3中还设置有4层金属网层,相邻所述金属网层间的垂直距离为10mm。
所述金属层1的厚度为20mm。
所述高分子材料层2的厚度为40mm。
所述混凝土层3的厚度为970mm。
所述金属网层的网格为矩形网格,矩形网格的长为150mm,宽为100m。
所述金属网层的厚度为40mm。
所述给氢单元包括依次连接的第一压缩机5和第一冷却器6;
所述第一冷却器6通过第一管路7和所述储氢设备相连接;
所述第一管路7的出料口距离所述储氢设备内壁底部的垂直距离为75mm。
所述排氢单元包括依次连接的第二压缩机8和第二冷却器9;
所述第二压缩机8通过第二管路和所述储氢设备相连接。
实施例4
本实施例提供一种岩层储氢装置,所述岩层储氢装置包括:给氢单元、排氢单元及与所述给氢单元和所述排氢单元相连接的储氢设备;
所述储氢设备由内向外包括依次设置的金属层1、高分子材料层2、混凝土层3和岩层4;所述金属层1的厚度<所述高分子材料层2的厚度<所述混凝土层3的厚度<所述岩层4的厚度;
所述储氢设备底部的混凝土层3中还设置有6层金属网层,相邻所述金属网层间的垂直距离为22mm。
所述金属层1的厚度为30mm。
所述高分子材料层2的厚度为50mm。
所述混凝土层3的厚度为870mm。
所述金属网层的网格为矩形网格,矩形网格的长为170mm,宽为120m。
所述金属网层的厚度为50mm。
所述给氢单元包括依次连接的第一压缩机5和第一冷却器6;
所述第一冷却器6通过第一管路7和所述储氢设备相连接;
所述第一管路7的出料口距离所述储氢设备内壁底部的垂直距离为50mm。
所述排氢单元包括依次连接的第二压缩机8和第二冷却器9;
所述第二压缩机8通过第二管路和所述储氢设备相连接。
应用例
采用实施例1-4的装置进行氢气的储存,包括:将氢气依次进行第一加压和第一降温进入所述储氢装置,所述第一加压的终点压力保证在20-25MPa范围内即可,如本应用例控制在22±1MPa;所述第一加压后物料的温度保证在100-120℃范围内即可,如本应用例中控制在110±2℃;所述第一降温的终点温度为25-30℃,如本应用例中控制在27±1℃;所述储氢装置中氢物料的温度为20-35℃,如本应用例中控制在27±2℃;储氢后体积比容量高,每个实施例的储氢量均可达到库容的90%以上。
其中,储氢装置中储存的氢气依次经第二加压和第二降温进行输出。所述第二降温的终点温度为25℃;第二加压的终点压力依据实际情况进行选择,如直接输出用户端时可以加压至20-25MPa的范围进行管道输送,如若通入运输罐车中时,则开始时不必进行加压,待罐中压力和管道压力相同时,进行加压,以便进一步增加运输量。
声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征,但本发明并不局限于上述详细结构特征,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种岩层储氢装置,其特征在于,所述岩层储氢装置包括:给氢单元、排氢单元及与所述给氢单元和所述排氢单元相连接的储氢设备;
所述储氢设备由内向外包括依次设置的金属层、高分子材料层、混凝土层和岩层;所述金属层的厚度<所述高分子材料层的厚度<所述混凝土层的厚度<所述岩层的厚度;
所述储氢设备底部的混凝土层中还设置有至少1层金属网层;
所述金属网层≥2层时,相邻所述金属网层间的垂直距离≤30mm。
2.如权利要求1所述岩层储氢装置,其特征在于,所述金属层的厚度为10-30mm;
优选地,所述高分子材料层的厚度为1-50mm;
优选地,所述混凝土层的厚度为800-3000mm。
3.如权利要求1或2所述岩层储氢装置,其特征在于,所述储氢设备底部的混凝土层中还设置有2-5层金属网层。
4.如权利要求3所述岩层储氢装置,其特征在于,相邻所述金属网层间的垂直距离为20-30mm。
5.如权利要求1-4任一项所述岩层储氢装置,其特征在于,所述金属网层的网格为矩形网格。
6.如权利要求1-5任一项所述岩层储氢装置,其特征在于,所述金属网层的厚度为40-50mm。
7.如权利要求1-6任一项所述岩层储氢装置,其特征在于,所述给氢单元包括依次连接的第一压缩机和第一冷却器;
所述第一冷却器通过第一管路和所述储氢设备相连接;
所述第一管路的出料口距离所述储氢设备内壁底部的垂直距离为50-75mm。
8.如权利要求1-7任一项所述岩层储氢装置,其特征在于,所述排氢单元包括依次连接的第二压缩机和第二冷却器;
所述第二压缩机通过第二管路和所述储氢设备相连接。
9.一种岩层储氢方法,其特征在于,所述岩层储氢方法包括:将氢气依次进行第一加压和第一降温进入如权利要求1-8任一项所述储氢装置,所述储氢装置中储存的氢气依次经第二加压和第二降温进行输出。
10.如权利要求9所述岩层储氢方法,其特征在于,所述第一加压的终点压力为20-25MPa;
优选地,所述第一加压后物料的温度为100-120℃;
优选地,所述第一降温的终点温度为25-30℃;
优选地,所述储氢装置中氢物料的温度为20-35℃;
优选地,所述第二降温的终点温度为20-30℃。
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