一种岩层储氢装置和方法与流程

1.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：

2.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。
3.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。
4.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：本技术通过设置双层结构，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
5.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。


技术实现要素：

6.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。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.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；
9.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；
10.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；
11.所述金属网层≥2层时，相邻所述金属网层间的垂直距离≤30mm。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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。
21.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。
22.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。
23.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。
24.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；
25.所述第一冷却器通过第一管路和所述储氢设备相连接；
26.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。
27.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；
28.所述第二压缩机通过第二管路和所述储氢设备相连接。
29.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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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。
34.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。
35.与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
36.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
37.图1是本发明实施例1中岩层储氢装置的示意图。
38.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。
39.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
40.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：
41.实施例1
42.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；
43.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；
44.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。
45.所述金属层1的厚度为10mm。
46.所述高分子材料层2的厚度为20mm。
47.所述混凝土层3的厚度为900mm。
48.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。
49.所述金属网层的厚度为43mm。
50.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；
51.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；
52.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。
53.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；
54.所述第二压缩机8通过第二管路和所述储氢设备相连接。
55.实施例2
56.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；
57.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；
58.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。
59.所述金属层1的厚度为30mm。
60.所述高分子材料层2的厚度为40mm。
61.所述混凝土层3的厚度为800mm。
62.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。
63.所述金属网层的厚度为45mm。
64.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；
65.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；
66.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。
67.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；
68.所述第二压缩机8通过第二管路和所述储氢设备相连接。
69.实施例3
70.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；
71.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；
72.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。
73.所述金属层1的厚度为20mm。
74.所述高分子材料层2的厚度为40mm。
75.所述混凝土层3的厚度为970mm。
76.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。
77.所述金属网层的厚度为40mm。
78.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；
79.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；
80.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。
81.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；
82.所述第二压缩机8通过第二管路和所述储氢设备相连接。
83.实施例4
84.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；
85.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；
86.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。
87.所述金属层1的厚度为30mm。
88.所述高分子材料层2的厚度为50mm。
89.所述混凝土层3的厚度为870mm。
90.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。
91.所述金属网层的厚度为50mm。
92.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；
93.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；
94.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。
95.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；
96.所述第二压缩机8通过第二管路和所述储氢设备相连接。
97.应用例
98.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。
99.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。
100.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。
101.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。
102.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。
103.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。

技术特征：
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℃。

技术总结
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。采出气体不需要二次净化的优点。采出气体不需要二次净化的优点。


技术研发人员：曲顺利 王敬奎 朱荣强 李玉忠 王江涛 鹿晓斌
受保护的技术使用者：中海石油炼化有限责任公司 中海油石化工程有限公司
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2022/5/25