CN101381073A

CN101381073A - 一种管流式制氢装置及其制氢方法

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Publication number: CN101381073A
Application number: CNA2008101523152A
Authority: CN
Inventors: 黄岳祥; 王晋刚; 王鹏飞; 杨庆亮; 宋丽薇; 贾聪娜
Original assignee: HAILANDE ENERGY SOURCE TECHN DEVELOPMENT Co Ltd TIANJIN
Current assignee: HAILANDE ENERGY SOURCE TECHN DEVELOPMENT Co Ltd TIANJIN
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2009-03-11

Abstract

本发明涉及一种管流式制氢装置及其制氢方法。本发明属于氢气制备技术领域。一种管流式制氢装置，包括铝浆罐、碱液罐、氢气发生器，其特点是：铝浆罐和碱液罐分别经计量泵连接氢气发生器，氢气发生器为双层管状结构，氢气发生器分为反应区和换热区，氢气发生器经管路连接气水分离器。管流式制氢装置的制氢方法，其特点是：铝浆罐内流态化铝和碱液罐内碱液经计量泵，按反应比例进入双层管状结构氢气发生器反应区内进行反应制取氢气，氢气发生器换热区内通入冷却液进行换热，氢气及反应废液进入气水分离器。本发明具有制氢速率高、氢气纯度高、不耗电、污染小等优点，而且输出氢气压力较高、流量稳定，装置结构简单、安全可靠，可控性好，适用范围广。

Description

一种管流式制氢装置及其制氢方法

技术领域

本发明属于氢气制备技术领域，特别是涉及一种适用于铝碱反应制氢技术的管流式制氢装置及其制氢方法。

背景技术

氢是一种高效、清洁的能源，其利用方式主要有热化学方式(直接燃烧)和电化学方式(燃料电池发电)，二者的产物均为水，对环境没有任何污染(零排放)，在21世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。氢主要以化合态的形式存在，需人为制备才能获得。各种矿物燃料制氢是目前制氢的最主要方法，但其储量有限，且制氢过程会对环境造成不同程度的污染。水是地球上最为丰富的资源，由水制取氢气，利用后的产物仍是水，演义了自然物质循环利用、持续发展的经典过程，从长远看以水为原料制取氢气是最有前途的方法。

电解水制氢技术是目前应用较广且比较成熟的方法之一。只须提供电能即可使水分解成氢气和氧气，工艺过程比较简单，所需装置较少，电能转化效率较高(75％—80％)，不会产生污染，但存在耗电量大(一般每立方米氢气电耗为4.5—5.5kWh左右)、氢气输出压力低(通常低于0.4MPa)等弊病，因此其应用领域受到很多的限制。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种适用于铝碱反应制氢技术的管流式制氢装置及其制氢方法。

金属铝在碱性环境下，可以与水反应产生氢气。

2 Al + 2 NaOH + 6 H_{2} O &DoubleRightArrow; 2 Ha [Al {(OH)}_{4}] + 3 H_{2} &UpArrow;

相对于电解水制氢技术，铝碱反应制氢技术具有原料利用率高(铝转化率高于90％)、生成氢气纯度高(99.9％以上)、氢气输出压力高(压力对反应影响较小)、反应速率高、不消耗电能、适用范围广等优势，同时其反应产物亦可回收再利用，对环境污染很小。

本发明的目的之一是提供一种输出压力较高，且流量稳定的连续管流式制氢装置。

本发明管流式制氢装置所采取的技术方案是：

一种管流式制氢装置，包括铝浆罐、碱液罐、氢气发生器，其特点是：铝浆罐和碱液罐分别经计量泵连接氢气发生器，氢气发生器为双层管状结构，氢气发生器分为反应区和换热区，氢气发生器经管路连接气水分离器。

本发明管流式制氢装置还可以采用如下技术措施：

所述的管流式制氢装置，其特点是：氢气发生器为双层管状结构，内层为反应区，反应区设有填料层，填料为刚玉球，外层为换热区。

所述的管流式制氢装置，其特点是：外层换热区设有梯形螺纹，增大换热面积，冷却液进口、冷却液出口，经管道连接循环泵和循环水箱。

所述的管流式制氢装置，其特点是：氢气发生器通过设有蛇形冷却管的管路连接气水分离器，气水分离器经管路连接氢气净化器，氢气净化器经管路连接氢气输出端。氢气净化器为可承压的筒状结构，设有氢气进口、氢气出口、干燥剂装卸口、干燥剂加热再生装置。干燥剂为球状分子筛。

所述的管流式制氢装置，其特点是：氢气发生器设有压力调控装置，压力调控装置根据系统压力变化控制反应原料进入氢气发生器的流量。

本发明的目的之二是提供一种具有连续操作、易于控制、过程简单等特点的管流式制氢装置的制氢方法。

本发明管流式制氢装置的制氢方法所采取的技术方案是：

管流式制氢装置的制氢方法，其特点是：铝浆罐内流态化铝和碱液罐内碱液经计量泵，按反应比例进入双层管状结构氢气发生器反应区内进行反应制取氢气，氢气发生器换热区内通入冷却液进行换热，氢气及反应废液进入气水分离器。

氢气发生器根据系统压力的变化自动调节计量泵的频率，控制反应物料的加入量，进而控制反应进度。系统压力较低时，增大进料量，产氢量加大，保证氢气输出流量稳定；而系统压力较高时，减小进料量，产氢量减小，保证系统安全、稳定。

本发明管流式制氢装置的制氢方法还可以采用如下技术措施：

所述的管流式制氢装置的制氢方法，其特点是：铝浆罐内流态化铝采用搅拌法或乳化法进行流态化。

所述的管流式制氢装置的制氢方法，其特点是：搅拌法为机械搅拌使直径小于0.05mm的铝粉均匀分布于水介质中，形成悬浊液；乳化法为预先使用乳化剂使直径小于0.02mm铝粉与水介质混合均匀，形成稳定的乳浊液。

所述的管流式制氢装置的制氢方法，其特点是：氢气及反应废液通过蛇形冷却管降温后进入气水分离器进行分离，氢气经气水分离器上部的丝网除沫装置和氢气净化器进行除沫、净化后输出；反应废液贮存于气水分离器内，由排污阀排入废液储槽。

本发明具有的优点和积极效果：

管流式制氢装置及其制氢方法，由于采用了本发明全新的技术方案，因此系统具有了以下主要特点：

1.采用流态化的铝与碱溶液进行连续反应制取氢气的工艺方法。流态化的铝具有较好的输送性能，可以实现连续反应和反应进度的精确控制，可以克服铝碱反应制氢技术的弊病。

2.采用流态化的铝利于反应物料的混合，保证反应界面，氢气生成速率和反应物料的利用率高。

3.根据系统压力控制进料量，进而控制反应进度，输出的氢气压力较高，可根据实际需要设定，且流量基本稳定。

4.铝碱反应制取氢气无副反应发生，制备的氢气纯度高，杂质少。

5.铝碱反应制取氢气耗能低，副产品均可回收再利用，对环境污染小。

综上所述，利用本发明提供的管流式制氢装置及其制氢方法可充分发挥铝碱反应制氢技术的优越性，输出的氢气不仅压力较高、流量稳定，且具有较好的品质，同时能较好的控制反应进度，产氢速率稳定、系统安全可靠、成本低。

附图说明

图1为本发明管流式制氢装置的结构示意图。

图中，1.1—铝浆罐，1.2—搅拌器，2—碱液罐，3.1、3.2—计量泵，4.1—氢气发生器，4.2—填料，5.1—循环水箱，5.2—循环泵，6.1—气水分离器，6.2—丝网除沫器、6.3—蛇形冷却管，7—废液储罐，8—氢气净化器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅附图1。

实施例1

一种管流式制氢装置，包括铝浆罐1.1、碱液罐2、氢气发生器4.1。装有搅拌器1.2的铝浆罐1.1和碱液罐2分别经计量泵3.1和3.2连接氢气发生器4.1，氢气发生器4.1为双层管状结构，内层为反应区，反应区设有填料4.2，外层为换热区，换热区设有梯形螺纹。氢气发生器4通过设有蛇形冷却管6.3的管路连接气水分离器6.1，气水分离器6.1经管路连接氢气净化器8，设有二个氢气净化器，通过三通阀控制交替进行氢气净化和干燥剂再生过程，确保装置连续运行。氢气净化器8经管路连接氢气输出端。氢气输出端设有调压阀和调流阀，可调节出口氢气的流量和压力，满足不同需求。氢气发生器设有氢气压力调控装置，压力调控装置根据系统压力变化控制反应原料进入氢气发生器的流量。

实施例2

实施例1管流式制氢装置的制氢方法，其铝浆罐内流态化铝和碱液罐内碱液经计量泵，按反应比例进入双层管状结构氢气发生器反应区内进行反应制取氢气，氢气发生器换热区内通入冷却液进行换热。冷却液为水，由循环水箱5.1和循环泵5.2完成冷却循环换热。氢气及反应废液进入气水分离器6.1。氢气及反应废液通过蛇形冷却管6.3降温后进入气水分离器进行分离，氢气经气水分离器上部的丝网除沫器6.2和氢气净化器8进行除沫、净化后输出；反应废液贮存于气水分离器内，由排污阀排入废液储罐7。

铝浆罐内流态化铝采用搅拌法或乳化法进行流态化。搅拌法为机械搅拌使直径小于0.05mm的铝粉均匀分布于水介质中，形成悬浊液；乳化法为预先使用乳化剂使直径小于0.02mm铝粉与水介质混合均匀，形成稳定的乳浊液。

实施例3

铝粉405g(平均直径0.002mm)，水2.3L，加入铝浆罐，恒速机械搅拌每分钟1000转，45mL/min加入氢气发生器；工业氢氧化钠600g，水5.4L，加入碱液罐，溶解后以100mL/min加入氢气发生器，二者发生反应生成氢气。出口压力设定为0.2MPa，氢气流量设定为10NL/min，6min后氢气开始输出，15min后系统压力到达预设置0.6MPa，此后铝浆、碱液的加入量由系统自动调节。8—54min区间内氢气输出速率保持在9.5—10.5NL/min之间。58min后反应终止，共输出氢气约467NL，铝转化率为93.4％。

实施例4

铝粉810g(平均直径0.001mm)，水4.6L，加入铝浆罐，恒速机械搅拌每分钟1000转，90mL/min加入氢气发生器；工业氢氧化钠1200g，水10.8L，加入碱液罐，溶解后以200mL/min加入氢气发生器，二者发生反应生成氢气。出口压力设定为0.4MPa，氢气流量设定为20NL/min，5min后氢气开始输出，7min后系统压力到达预设置0.6MPa，此后铝浆、碱液的加入量由系统自动调节。7—46min区间内氢气输出速率保持在19.1—20.3NL/min之间。55min后反应终止，共输出氢气约919NL，铝转化率为91.9％。

Claims

1.一种管流式制氢装置，包括铝浆罐、碱液罐、氢气发生器，其特征是：铝浆罐和碱液罐分别经计量泵连接氢气发生器，氢气发生器为双层管状结构，氢气发生器分为反应区和换热区，氢气发生器经管路连接气水分离器。

2.根据权利要求1所述的管流式制氢装置，其特征是：氢气发生器为双层管状结构，内层为反应区，反应区设有填料层，外层为换热区。

3.根据权利要求2所述的管流式制氢装置，其特征是：外层换热区设有梯形螺纹。

4.根据权利要求1所述的管流式制氢装置，其特征是：氢气发生器通过设有蛇形冷却管的管路连接气水分离器，气水分离器经管路连接氢气净化器，氢气净化器经管路连接氢气输出端。

5.根据权利要求1所述的管流式制氢装置，其特征是：氢气发生器设有压力调控装置，压力调控装置控制反应原料进入氢气发生器的流量。

6.根据权利要求1所述的管流式制氢装置的制氢方法，其特征是：铝浆罐内流态化铝和碱液罐内碱液经计量泵，按反应比例进入双层管状结构氢气发生器反应区内进行反应制取氢气，氢气发生器换热区内通入冷却液进行换热，氢气及反应废液进入气水分离器。

7.根据权利要求6所述的管流式制氢装置的制氢方法，其特征是：铝浆罐内流态化铝采用搅拌法或乳化法进行流态化。

8.根据权利要求7所述的管流式制氢装置的制氢方法，其特征是：搅拌法为机械搅拌使直径小于0.05mm的铝粉均匀分布于水介质中，形成悬浊液；乳化法为预先使用乳化剂使直径小于0.02mm铝粉与水介质混合均匀，形成稳定的乳浊液。

9.根据权利要求6所述的管流式制氢装置的制氢方法，其特征是：氢气及反应废液通过蛇形冷却管降温后进入气水分离器进行分离，氢气经气水分离器上部的丝网除沫装置和氢气净化器进行除沫、净化后输出；反应废液贮存于气水分离器内，由排污阀排入废液储槽。