CN102060265A - 燃料电池的NaBH4水解制氢生产工艺及其设备 - Google Patents

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Abstract

燃料电池的NaBH4水解制氢生产工艺，a、加催化剂，b、加反应溶剂，c、气液分离，d、净化：将气液分离后的氢气进一步净化，除去含有的杂质、金属、非金属离子和盐达到工业纯氢99.99％标准后供氢燃料电池。燃料电池的NaBH4水解制氢生产设备，储液罐～内储存有浓度15～30％的NaBO4溶液，储液罐内固定有冷热交换器；输液泵泵NaBO4溶液至反应罐中，冷热交换器的水冷管伸入反应罐中；催化剂上放置有催化剂架上，反应罐与冷热交换器蒸汽管道通连，冷热交换器的出气口管道通接净化器，净化器供氢燃料电池。它生产的氢纯度高，系统比能量高，安全性能好，使用寿命长，催化剂能反复使用。

Description

燃料电池的NaBH4水解制氢生产工艺及其设备
技术领域：
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说涉及燃料电池的NaBH4水解制氢生产工艺及其设备。
背景技术：
目前，人们研究的为燃料电池供氢的方式主要有物理法和化学法两大类。物理法有：高压钢瓶储存供给法，低温液化氢法，玻璃微球储存，活性炭吸附储存氧化铁吸附储存等。化学法主要有：金属氢化物储存，有机液态氢化物储存，无机物储存等。
NaBH4水解发生氢气的技术是一种安全，方便的新型催化发生氢气的技术，也是目前一种比较热门的催化发生氢气的技术，具有以下优点：①硼氢化钠储氢燃料是一种环境友好的物质，整个发生氢气与使用过程不排放含碳和含氮的有害气体，②与其它储氢方式相比，液态储氢燃料的储氢量高，可达到将近原材料的10wt％是金属氢化物储氢的10倍，③储存，使用安全，运载方便，④氢气纯度高，不会造成燃料电池电极催化剂的毒化，⑤能源利用率高，反应过程中不需要外加能量就可以把NaBH4及一部分水中的氢释放出来。
如上所述，目前的供氢方式都存在这样或那样问题，尚无法完全适应燃料电池，尤其是移动工具用燃料电池的应用要求。对于燃料电池游艇的应用来说，无机氢化物制氢是比较合适的，相比其它供氢方式，它主要有以下优点：
无机氢化物制氢，它是目前世界上新发展的氢能源，是一种高安全的供氢技术。
以硼氢化物为例，其水溶液在触媒作用下，可将其他化合的氢全部释放出来并同时将水水介，释出水中的氢，使释氢量增加一倍，近年来在这方面国际上已有突破因而使燃料电池在移动电源中优势突出，燃料电池在硼氢化钠新氢源配套条件下重量比能量可达7100wh/kg，体积比能量可达7314WH/1M，固态贮氢新氢源系统装量是非燃烧型，在空气中隋性，在剧烈碰撞情况下，没有大量氢气泄漏扩散引发爆炸，无机氢化物制氢技术国内基本空白，NABH4是目前最成熟的无机氢化物，虽然其释氢量较NH3BH3低，但它不需要加温，在触媒剂作用下水解释氢可达21.2％，它操作方面容易控制，它释出的氢纯度高，可达99.99％，仅含少量水，所以用NABH4制氢作为燃料电池的燃料是十分合适的，NABH4是无机氢化物中稳定性和溶解度最高的一种，在水中的溶解度为35％，在干燥空气中可长期保存，它本身及反应后的副属品都无毒和无公害。添加稳定剂(NAOH)与抑止剂的硼氢化钠的溶液与选择的触媒配合，可构成高可靠和高安全的氢源。
目前，国内使用硼化氢钠(NaBH4)水解制氢使用的催化剂全都是一次性的，其不足之处是：1、催化剂用完后无法再使用，使得制氢成本高。2、制备过程中危害较大，易产生碱性刺激的危害，严重影响人体的呼吸系统和皮肤；3、制造条件较高，操作起来十分不便。4、当使用现有的催化剂制氢时，由于所使用的催化剂的原因，其生产工艺一般条件要求较高，生产设备也相对较复杂，成本也较高。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供一种燃料电池的NaBH4水解制氢生产工艺及其设备，它生产的氢纯度高，系统比能量高，安全性能好，使用寿命长，催化剂能反复使用。
本发明的技术解决措施如下：
燃料电池的NaBH4水解制氢生产工艺，a、加催化剂：在反应罐中放置有催化剂，催化剂为在泡沫镍片上粘接固定有Co-B粉和纸浆沫的混合物，其中，按重量计Co-B粉∶纸浆沫＝2∶0.5～1.5；
b、加反应溶剂：向反应罐中加入浓度为15～30％的NaBO4溶液，同时向反应罐中加入NaBH4试剂，NaBH4试剂按重量计各组份为，NaBH4∶NaOH∶蒸馏水＝15％∶2～3％∶75～85％；在55～65℃的恒温条件下反应，并在反应罐中产生氢气和水蒸汽；
c、气液分离：氢气和水蒸汽的混合汽体经过热交换后，水蒸汽冷凝成水回收利用；
d、净化：将气液分离后的氢气进一步净化，除去含有的杂质、金属、非金属离子和盐达到工业纯氢99.99％标准后供氢燃料电池。
燃料电池的NaBH4水解制氢生产设备，包括储液罐、输液泵、反应罐、净化器和冷热交换器，储液罐内储存有浓度15～30％的NaBO4溶液，储液罐内固定有冷热交换器；输液泵通过管道泵NaBO4溶液至反应罐中，冷热交换器的水冷管伸入反应罐中；
反应罐内放置有催化剂架、加试剂口，催化剂上放置有催化剂架上，反应罐与冷热交换器蒸汽管道通连，冷热交换器的出气口管道通接净化器，净化器的出气口通接燃料电池进气口。
所述冷热交换器与净化器通接管道上安装有一级冷凝分离器和二级冷凝分离器，一级冷凝分离器的出气口通接二级冷凝分离器的进气口，二级冷凝分离器的出气口通接净化器进气口。
本发明的有益效果在于：
1.生产的氢纯度高(纯度达99.99％)，不含碳氢化合物，硫，碳。
2.系统比能量高∶重量比能量可大于10％。
3.在近常温常压下运作，可采用塑料合金或复合材料结构。
4.硼氢化钠溶液在常态环境条件下不会燃烧，不会爆炸，溶液与反应后生成物均对环境无不良影响
5.燃料溶液在PH值大于11的碱性溶液中，性能稳定不会释氢，只有在特定触媒剂的作用下才会释出氢，NABH4溶液通过加入稳定剂与抑制剂后呈隋性状态，因此可高度保证使用时的安全性和可靠性。
6.利用NABH4溶液在触媒作用下水解制氢，产生氢气的速度取决于触媒面积，作用温度和流量。触媒剂是控制释氢的关健，要求它反应速度快，不会中毒，性能稳定，寿命长，并能反复使用。
7、燃料电池的NaBH4水解制氢生产设备利用冷热交换器预热储液罐中的NaBO4溶液，确保进入反应罐时反应温度控制在55～65℃，同时冷热交换器的水冷管伸入反应罐中，控制反应罐中为恒温。
附图说明：
图1为本发明的催化剂的结构示意图
图2为本发明NaBH4水解制氢生产设备的结构示意图
图3为本发明的工艺流程方框图
具体实施方式：
实施例：见图1至3所示，燃料电池的NaBH4水解制氢生产工艺，a、加催化剂：在反应罐中放置有催化剂，催化剂为在泡沫镍片101上粘接固定有Co-B粉和纸浆沫的混合物102，其中，按重量计Co-B粉∶纸浆沫＝2∶0.5～1.5；
b、加反应溶剂：向反应罐中加入浓度为15～30％的NaBO4溶液，同时向反应罐中加入NaBH4试剂，NaBH4试剂按重量计各组份为，NaBH4∶NaOH∶蒸馏水＝15％∶2～3％∶75～85％；在55～65℃的恒温条件下反应，并在反应罐中产生氢气和水蒸汽；
c、气液分离：氢气和水蒸汽的混合汽体经过热交换后，水蒸汽冷凝成水回收利用；
d、净化：将气液分离后的氢气进一步净化，除去含有的杂质、金属、非金属离子和盐达到工业纯氢99.99％标准后供氢燃料电池。
燃料电池的NaBH4水解制氢生产设备，包括储液罐1、输液泵2、反应罐3、净化器4和冷热交换器5，储液罐1内储存有浓度15～30％的NaBO4溶液，储液罐1内固定有冷热交换器5；输液泵2通过管道泵NaBO4溶液至反应罐3中，冷热交换器5的水冷管伸入反应罐3中；反应罐3内放置有催化剂架31、加试剂口32，催化剂上放置有催化剂架31上，反应罐3与冷热交换器5蒸汽管道通连，冷热交换器5的出气口管道通接净化器4，净化器4的出气口通接燃料电池8进气口。
所述冷热交换器5与净化器4通接管道上安装有一级冷凝分离器6和二级冷凝分离器7，一级冷凝分离器6的出气口通接二级冷凝分离器7的进气口，二级冷凝分离器7的出气口通接净化器4进气口。
实际生产中，除正常运行启动外，根据给定的供氢量和供氢压力控制系统运行，用传感器将各个电磁阀，可变量泵，氢气流量，压力，温度，湿度，液位等输入和输出点的数值进行运算，并进行实时调节与协调控制，调整各受控点的状态，保证系统工作在最佳状态，使系统运行在给定值范围内，并对氢源系统进行故障自诊断和安全预警，及报警。或自动切断系统工作。立即停止切断氢气与燃料电池供氢管道。
本氢源系统可按需用功率负荷设计一次性供料工作时间。一次工作时间结束可加料再次循环工作。
本系统中所有部件及反应罐其最高工作温度＜110℃采用钛合金，其余结构材料采用聚碳酸脂和ABS型塑料合金等。各接口部件要用316不锈钢材料。
工作原理：反应罐3中产生氢气和水蒸汽进入冷热交换器5进行热交换后，再经过一级冷凝分离器6和二级冷凝分离器7冷凝分离出水后，氢气进入净化器4，经净化器4将气液分离后的氢气进一步净化，除去含有的杂质、金属、非金属离子和盐达到工业纯氢99.99％标准后供氢燃料电池8。
反应时，反应罐3中生成氢气时产生热能，这个热能被冷热交换器5的水冷管吸收，控制反应罐3中温度为恒温。储液罐1被冷热交换器5中热能控制在恒温。

Claims (3)

1.燃料电池的NaBH4水解制氢生产工艺，其特征在于：
a、加催化剂：在反应罐中放置有催化剂，催化剂为在泡沫镍片(101)上粘接固定有Co-B粉和纸浆沫的混合物(102)，其中，按重量计Co-B粉∶纸浆沫＝2∶0.5～1.5；
b、加反应溶剂：向反应罐中加入浓度为15～30％的NaBO4溶液，同时向反应罐中加入NaBH4试剂，NaBH4试剂按重量计各组份为，NaBH4∶NaOH∶蒸馏水＝15％∶2～3％∶75～85％；在55～65℃的恒温条件下反应，并在反应罐中产生氢气和水蒸汽；
c、气液分离：氢气和水蒸汽的混合汽体经过热交换后，水蒸汽冷凝成水回收利用；
d、净化：将气液分离后的氢气进一步净化，除去含有的杂质、金属、非金属离子和盐达到工业纯氢99.99％标准后供氢燃料电池。
2.燃料电池的NaBH4水解制氢生产设备，包括储液罐(1)、输液泵(2)、反应罐(3)、净化器(4)和冷热交换器(5)，其特征在于：
储液罐(1)内储存有浓度15～30％的NaBO4溶液，储液罐(1)内固定有冷热交换器(5)；输液泵(2)通过管道泵NaBO4溶液至反应罐(3)中，冷热交换器(5)的水冷管伸入反应罐(3)中；
反应罐(3)内放置有催化剂架(31)、加试剂口(32)，催化剂上放置有催化剂架(31)上，反应罐(3)与冷热交换器(5)蒸汽管道通连，冷热交换器(5)的出气口管道通接净化器(4)，净化器(4)的出气口通接燃料电池(8)进气口。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的NaBH4水解制氢生产设备，其特征在于：冷热交换器(5)与净化器(4)通接管道上安装有一级冷凝分离器(6)和二级冷凝分离器(7)，一级冷凝分离器(6)的出气口通接二级冷凝分离器(7)的进气口，二级冷凝分离器(7)的出气口通接净化器(4)进气口。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103864013A (zh) * 2014-03-07 2014-06-18 绍兴县永利新能源研究院有限公司 燃料电池水解制氢生产工艺
CN106698337A (zh) * 2016-12-29 2017-05-24 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种用于硼氢化钠制氢的旋流式气液分离器
CN109193008A (zh) * 2018-07-18 2019-01-11 深圳亚华伟翌科技有限公司 一种氢气净化装置及包含其的氢氧燃料电池系统
CN109216738A (zh) * 2018-08-07 2019-01-15 深圳亚华伟翌科技有限公司 一种燃料电池系统
CN112265959A (zh) * 2020-10-06 2021-01-26 鄂尔多斯市国科能源有限公司 固态储氢制氢装置及燃料电池系统
CN117276582A (zh) * 2023-11-22 2023-12-22 北京晶品特装科技股份有限公司 一种便携式氢燃料电池设备中的多功能供水装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101214444A (zh) * 2007-01-04 2008-07-09 北京有色金属研究总院 一种硼氢化钠催化水解供氢方法用催化剂及其制备方法
US20090214417A1 (en) * 2007-12-26 2009-08-27 University Of Delaware Preparation of cobalt-boron alloy catalysts useful for generating hydrogen from borohydrides
CN201305456Y (zh) * 2008-11-20 2009-09-09 华南理工大学 一种基于微泵的便携式硼氢化钠制氢反应装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101214444A (zh) * 2007-01-04 2008-07-09 北京有色金属研究总院 一种硼氢化钠催化水解供氢方法用催化剂及其制备方法
US20090214417A1 (en) * 2007-12-26 2009-08-27 University Of Delaware Preparation of cobalt-boron alloy catalysts useful for generating hydrogen from borohydrides
CN201305456Y (zh) * 2008-11-20 2009-09-09 华南理工大学 一种基于微泵的便携式硼氢化钠制氢反应装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103864013A (zh) * 2014-03-07 2014-06-18 绍兴县永利新能源研究院有限公司 燃料电池水解制氢生产工艺
CN106698337A (zh) * 2016-12-29 2017-05-24 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种用于硼氢化钠制氢的旋流式气液分离器
CN109193008A (zh) * 2018-07-18 2019-01-11 深圳亚华伟翌科技有限公司 一种氢气净化装置及包含其的氢氧燃料电池系统
CN109216738A (zh) * 2018-08-07 2019-01-15 深圳亚华伟翌科技有限公司 一种燃料电池系统
CN112265959A (zh) * 2020-10-06 2021-01-26 鄂尔多斯市国科能源有限公司 固态储氢制氢装置及燃料电池系统
CN117276582A (zh) * 2023-11-22 2023-12-22 北京晶品特装科技股份有限公司 一种便携式氢燃料电池设备中的多功能供水装置
CN117276582B (zh) * 2023-11-22 2024-02-09 北京晶品特装科技股份有限公司 一种便携式氢燃料电池设备中的多功能供水装置

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