CN101962171B - 一种铝水连续制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种铝水连续制氢系统，包括碱液储罐，碱液储罐的出液口通过三通管道连接反应釜的入液口和过滤装置出液口，反应釜的出口通过管道连接到气液分离器的入口，气液分离器的出气口又通过管道连接到洗气装置的进气口，气液分离器的出液口通过三通管道连接洗气装置的出液口和过滤装置的入液口，洗气装置的出气口通过管道连接干燥装置的进气口，干燥装置的出气口通过管道连接气体缓冲罐，每一根连接管道上都设置有控制阀门，所述洗气装置上设置加水桶，所述反应釜上设置加料斗；该系统具有成本低廉、制氢速度快、制备的氢气纯度高、可连续不断地制备氢气、无需外供电源等特点，适合于现场制氢。
Description
技术领域
本发明属于氢的制造与储存技术，尤其涉及一种铝水连续制氢系统。
背景技术
随着化石能源的枯竭以及环境污染的日益严重，人类不得不重视可持续能源的开发。氢具有来源广、燃烧热值高、清洁等优点，因而氢能是各种能量形式之间转化的最优良载体。由于支撑氢能体系的是大量的水循环，可以避免环境的污染，因此氢能可以用来建立面向可持续发展社会的能源体系。氢能体系的研究内容主要包括氢气的制备技术、安全高效的储存与运输技术以及应用技术的开发等。目前，氢气的制备方法主要有电解水制氢、天然气制氢、生物制氢、太阳能制氢以及核能制氢等，但是这些制氢方法都存在生产成本高、工艺设备复杂等缺点，因此，开发可持续发展的、大规模的廉价制氢技术是氢能利用的关键所在。
铝是地球上含量最丰富的金属元素，在元素分布上占第三位，全球铝的工业储量已超过2.5×1010吨，来源丰富，价格低廉，没有环境污染。利用低成本的铝与水反应产生氢气，这种方法既廉价又高效。近年来，该领域的研究非常活跃，如美国报道了一种利用铝镓合金加水制造氢气的新工艺；一种特别的铝原子簇暴露在水中来制氢的新方法；俄罗斯研制出一种用铝颗粒从水中制取氢气的装置；伊朗报道了一种高活性铝纳米颗粒在纯水中水解制备氢气的新方法。国内也有人对铝-碱溶液水解制氢技术进行了研究，上述金属铝水制氢方法的研究重点都是对金属铝进行特殊处理，以达到容易与水在常温下反应生成氢气的目的，但对金属铝进行特殊处理将增加制氢的成本。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铝水连续制氢系统，该系统具有成本低廉、制氢速度快、制备的氢气纯度高、可连续不断地制备氢气、无需外供电源等特点，适合于现场制氢。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种铝水连续制氢系统，包括碱液储罐1，碱液储罐1的出液口通过三通管道连接反应釜2的入液口和过滤装置5出液口，反应釜2的出口通过管道连接到气液分离器4的入口，气液分离器4的出气口又通过管道连接到洗气装置6的进气口，气液分离器4的出液口通过三通管道连接洗气装置6的出液口和过滤装置5的入液口，洗气装置6的出气口通过管道连接干燥装置8的进气口，干燥装置8的出气口通过管道连接气体缓冲罐9，每一根连接管道上都设置有控制阀门10，所述洗气装置6上设置加水桶7，所述反应釜2上设置加料斗3。
所述过滤装置5的数量不限，当数量多于一个时，各过滤装置5并行排列设置。
所述反应釜2是压力容器，能耐受0.1--0.2MPa的压力，其中填充具有立体结构的化工填料。
所述具有立体结构的化工填料为波纹状填料、规整填料和管状填料中的一种。
所述的规整填料为金属规整填料或者塑料规整填料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
铝水连续制氢系统具有廉价、环保的特点，实现了金属铝循环与氢循环的有机结合。本发明特别适合于现场制氢，为氢燃料电池或氢内燃机提供氢燃料。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如附图所示，本发明包括包括碱液储罐1，碱液储罐1的出液口通过三通管道连接反应釜2的入液口和过滤装置5出液口，反应釜2的出口通过管道连接到气液分离器4的入口，气液分离器4的出气口又通过管道连接到洗气装置6的进气口，气液分离器4的出液口通过三通管道连接洗气装置6的出液口和过滤装置5的入液口，洗气装置6的出气口通过管道连接干燥装置8的进气口，干燥装置8的出气口通过管道连接气体缓冲罐9，每一根连接管道上都设置有控制阀门10，所述洗气装置6上设置加水桶7，所述反应釜2上设置加料斗3，过滤装置5一共设置两个，并行工作。反应釜2是压力容器，能耐受0.1--0.2MPa的压力，反应釜的内部结构由三维立体的狭小空间组成，可在反应釜2中填充的具有立体结构的化工填料，例如波纹状填料、规整填料、管状填料等，其中规整填料可选金属或者塑料规整填料，本实施例中优选规整填料。
工作时，先将金属铝放在反应釜2中，将氢氧化钠溶液加入碱液储罐1中，打开所有控制阀门，使碱液储罐1中的氢氧化钠碱溶液注入到反应釜2中，金属铝立即与氢氧化钠溶液反应产生氢气，氢气的逸出会定向带动碱溶液流出反应釜2，一起进入气液分离器4中，关闭碱液储罐1与反应釜2之间的控制阀门，氢气从气液分离器4的出气口进入洗气装置6，然后经过干燥装置8，最后进入氢气缓冲罐9中待用；同时，被氢气带出碱溶液从气液分离器4的出液口进入过滤装置5，最后回到反应釜2中，实现了反应碱液的自动循环流动。在反应釜2上有添加金属铝的加料斗3，在洗气装置6上有添加去离子水的加水桶7，可以添加反应中消耗的金属铝和去离子水。碱溶液回路中的过滤装置5是为了去除反应进行过程中不断生成的氢氧化铝Al(OH)3沉淀，这样可以使反应过程中基本不消耗氢氧化钠，同时沉淀出的Al(OH)3是很好的工业原料，也可以通过电解的方法还原成金属铝。
金属铝与碱溶液反应的过程如下：
2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2 (1)
2NaAlO2+4H2O→2NaOH+2Al(OH)3 (2)
总的反应即为：
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2 (3)
当反应进行到一定程度时，反应液中有氢氧化铝析出，当反应液流经过滤装置5时，氢氧化铝被过滤出来。在反应进行的过程中，水会不断地被消耗，反应液的液位会下降，与其连通的洗气装置6中的水会不断地补充到反应液中，加水桶7中的水会根据洗气装置6中的水位变化而自动向洗气装置中补充水，从而实现系统的自动补水。
当反应需要停止时，同时关闭反应釜2与气液分离器4之间的控制阀门、加料斗3的控制阀门以及过滤装置5下方出口处的控制阀门，然后打开碱液储罐1与反应釜2之间的控制阀门，反应釜2中的气体压力逐渐增大，逐渐将反应液压入碱液储罐1中，使反应液与金属铝分离，从而使反应停止。
由上述实施例可以看出，在不断消耗金属铝和水制备氢气的同时，该系统无需消耗外电源、不消耗氢氧化钠溶液，是一种廉价、环保的制氢技术。
Claims (4)
1.一种铝水连续制氢系统，包括碱液储罐(1)，其特征在于，碱液储罐(1)的出液口通过三通管道连接反应釜(2)的入液口和过滤装置(5)的出液口，反应釜(2)的出口通过管道连接到气液分离器(4)的入口，气液分离器(4)的出气口又通过管道连接到洗气装置(6)的进气口，气液分离器(4)的出液口通过三通管道连接洗气装置(6)的出液口和过滤装置(5)的入液口，洗气装置(6)的出气口通过管道连接干燥装置(8)的进气口，干燥装置(8)的出气口通过管道连接气体缓冲罐(9)，每一根连接管道上都设置有控制阀门，所述洗气装置(6)上设置加水桶(7)，所述反应釜(2)上设置加料斗(3)，反应釜(2)是压力容器，能耐受0.1——0.2MPa的压力，其中填充具有立体结构的化工填料。
2.根据权利要求1所述的一种铝水连续制氢系统，其特征在于，所述过滤装置(5)的数量不限，当数量多于一个时，各过滤装置(5)并行排列设置。
3.根据权利要求1所述的一种铝水连续制氢系统，其特征在于，所述具有立体结构的化工填料为规整填料。
4.根据权利要求3所述的一种铝水连续制氢系统，其特征在于，所述的规整填料为金属规整填料或者塑料规整填料。
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