CN103253631A - 一种硼氢化钠水解制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氢气制备技术领域，涉及一种硼氢化钠水解制氢装置，主体结构包括储液罐、蠕动泵、测压点、进液口、分布板、测温点、浓相段、扩大段、挡板、石棉网、气体出口、串联阀门、废液回收罐、液体输送管、微小流化床、阀门和风帽；微小流化床通过串联阀门与液体输送管串联式固定连通，储液罐与蠕动泵固定连通，蠕动泵与微小流化床固定连通，微小流化床上制有分布板、测温点、浓相段、扩大段、挡板、石棉网、气体出口、串联阀门和阀门，阀门与废液回收罐对接实现反应废液的收集；其装置结构新颖，原理可靠，操作简便，使用灵活，调控性强，制备成本低，制备效果好，制备条件易控，制备效率高，环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于氢气制备技术领域，涉及一种硼氢化钠水解制氢装置，通过多个微小流化床串联强化反应，实现硼氢化钠水解循环连续可控制氢。
背景技术：
随着石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高，世界各国都在积极开发利用可持续性清洁能源，氢能作为一种洁净、高效、安全和可持续的二次能源由于具有热值高、无污染、资源丰富等特点被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，其在汽车、航空、航天、发电和燃料电池等领域的应用受到了人们越来越多的关注。质子交换膜燃料电池技术的迅速发展大大促进了对氢气的廉价制取研究，目前工业上生产氢气的方式常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、石油及天然气水蒸气催化转化制氢和硼氢化钠（NaBH4）水解制氢等方法，其中水电解制氢是唯一产生纯氢且无污染的方法，但是水电解制氢比以化石原料制氢的成本高出3-4倍，不能适合于大量用氢的场合；硼氢化钠（NaBH4）水解制氢由于具有安全、高效和成本低廉等各种优势而备受关注，硼氢化钠（NaBH4）其碱性溶液非常稳定，理论产氢量可以达到18wt%，超过了美国能量局设定的6wt%的技术目标标准；其催化水解制备氢气的化学反应方程式为： 
通常在没有催化剂存在的情况下，该水解反应进行的很缓慢，当加入适当催化剂后，该反应能被大大加速并可释放出高出度的氢气。目前硼氢化钠水解制氢技术和设备大多采用固定床间歇进行或以常规流化床为反应主体，无法进行连续及可控制氢操作，且固定床及常规流化床可调控性差，占地面积大、携带不便，无法满足燃料电池应用；微小流化床具有尺寸小、实用性强、可移动、易操作等优点，有利于节能，减少污染物，并能提高反应效率。因此寻求设计一种硼氢化钠水解制氢装置，通过微小流化床反应器串联实现连续可控制氢，具有良好的现实意义和应用价值。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种硼氢化钠水解制氢装置，以实现硼氢化钠水解循环连续可控制氢。
为了实现上述目的，本发明涉及的硼氢化钠水解制氢装置主体结构包括储液罐、蠕动泵、测压点、进液口、分布板、测温点、浓相段、扩大段、挡板、石棉网、气体出口、串联阀门、废液回收罐、液体输送管、微小流化床、阀门和风帽；将3-5个直径为8.5-30mm相同结构的微小流化床通过串联阀门与液体输送管串联式固定连通，立式或卧式结构的储液罐与蠕动泵的管状进液口固定连通，蠕动泵与微小流化床固定连通并在连通处设置有测压点；微小流化床的下端固定制有分布板和测温点，分布板用来分离液固两相，分布板中设置有5-7个射流孔风帽，风帽采用倾斜式射流孔，射流孔的开孔直径为1-1.8mm，倾斜角度为水平向上或向下倾斜30-50°，测温点设置在分布板的上方；微小流化床的中间部分从下往上依次固定制有浓相段、扩大段和挡板，浓相段和扩大段收缩式连通对接，浓相段直径为8.5-30mm，高度为80-400mm，扩大段使气固两相分离彻底，其直径为13-45mm，高度为100-500mm，在扩大段上设置有9-13个水平向上倾斜30-45°的挡板，档板上涂覆有催化剂前驱体以增加反应停留时间，同时实现液固气三相的彻底分离；微小流化床的顶端覆盖式制有石棉网，气体出口透过石棉网与微小流化床顶端固定连通用来收集生产的氢气；微小流化床的顶部右侧固定设置有互相垂直的串联阀门和阀门，串联阀门和液体输送管串通实现与另一相同结构的微小流化床固定连通，阀门与常规的废液回收罐穿通式对接实现反应废液的收集。
本发明涉及的硼氢化钠水解制氢装置在使用时，储液罐中的硼氢化钠溶液由蠕动泵经进液口打入微小流化床，经分布板与催化剂固体接触，在浓相段反应后进入扩大段，再经挡板后充分反应，生成的氢气透过微小流化床上端的石棉网由气体出口收集进入燃料电池使用，测压点和测温点对微小流化床中的水解反应进行压力与温度的随时监测，串联阀门控制反应过后的未完全反应液及副产物偏硼酸钠液是否进入下一个微小流化床或通过阀门由废液回收罐回收利用，从而控制整个反应产氢量，从而实现连续可控产氢。
本发明与现有技术相比，采用微小流化床反应器串联以强化产氢反应，实现硼氢化钠水解连续循环可控制氢；引入微小流化床扩大段挡板，增加产氢反应停留时间，使产氢反应进行更加完全、液固分离更加彻底；其装置结构新颖，原理可靠，操作简便，使用灵活，调控性强，制备成本低，制备效果好，制备 条件易控，制备效率高，环境友好。
附图说明：
图1为本发明装置的主体结构原理示意图。
图2为本发明装置涉及的挡板结构原理示意图。
图3为本发明装置涉及的分布板结构原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例：
本实施例的主体结构包括储液罐1、蠕动泵2、测压点3、进液口4、分布板5、测温点6、浓相段7、扩大段8、挡板9、石棉网10、气体出口11、串联阀门12、废液回收罐13、液体输送管14、微小流化床15、阀门16和风帽17；将3-5个直径为8.5-30mm相同结构的微小流化床15通过串联阀门12与液体输送管14串联式固定连通，立式或卧式结构的储液罐1与蠕动泵2的管状进液口4固定连通，蠕动泵2与微小流化床15固定连通并在连通处设置有测压点3；微小流化床15的下端固定制有分布板5和测温点6，分布板5用来分离液固两相，分布板5中设置有5-7个射流孔风帽17，风帽17采用倾斜式射流孔，射流孔的开孔直径为1-1.8mm，倾斜角度为水平向上或向下倾斜30-50°，测温点6设置在分布板5的上方；微小流化床15的中间部分从下往上依次固定制有浓相段7、扩大段8和挡板9，浓相段7和扩大段8收缩式连通对接，浓相段7直径为8.5-30mm，高度为80-400mm，扩大段8使气固两相分离彻底，其直径为13-45mm，高度为100-500mm，在扩大段8上设置有9-13个水平向上倾斜30-45°的挡板9，档板9上涂覆有催化剂前驱体以增加反应停留时间，同时实现液固气三相的彻底分离；微小流化床15的顶端覆盖式制有石棉网10，气体出口11透过石棉网10与微小流化床15顶端固定连通用来收集生产的氢气；微小流化床15的顶部右侧固定设置有互相垂直的串联阀门12和阀门16，串联阀门12和液体输送管14串通实现与另一相同结构的微小流化床15固定连通，阀门16与常规的废液回收罐13穿通式对接实现反应废液的收集。
本实施例涉及的硼氢化钠水解制氢装置在使用时，储液罐1中的硼氢化钠溶液由蠕动泵2经进液口4打入微小流化床15，经分布板5与贵金属铂、钌催 化剂或非贵金属钴催化剂固体接触，在浓相段7反应后进入扩大段8，再经挡板9后充分反应，生成的氢气透过微小流化床15上端的石棉网10由气体出口11收集进入燃料电池使用，测压点3和测温点6对微小流化床15中的水解反应进行压力与温度的随时监测，串联阀门12控制反应过后的未完全反应液及副产物偏硼酸钠液是否进入下一个微小流化床15或通过阀门16由废液回收罐13回收利用，从而控制整个反应产氢量，从而实现连续可控产氢。
Claims (4)
1.一种硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于主体结构包括储液罐、蠕动泵、测压点、进液口、分布板、测温点、浓相段、扩大段、挡板、石棉网、气体出口、串联阀门、废液回收罐、液体输送管、微小流化床、阀门和风帽；将3-5个直径为8.5-30mm相同结构的微小流化床通过串联阀门与液体输送管串联式固定连通，立式或卧式结构的储液罐与蠕动泵的管状进液口固定连通，蠕动泵与微小流化床固定连通并在连通处设置有测压点；微小流化床的下端固定制有分布板和测温点，分布板用来分离液固两相，分布板中设置有5-7个射流孔风帽，测温点设置在分布板的上方；微小流化床的中间部分从下往上依次固定制有浓相段、扩大段和挡板，浓相段和扩大段收缩式连通对接，扩大段使气固两相分离彻底，在扩大段上设置有9-13个水平向上倾斜30-45°的挡板，档板上涂覆有催化剂前驱体以增加反应停留时间，同时实现液固气三相的彻底分离；微小流化床的顶端覆盖式制有石棉网，气体出口透过石棉网与微小流化床顶端固定连通用来收集生产的氢气；微小流化床的顶部右侧固定设置有互相垂直的串联阀门和阀门，串联阀门和液体输送管串通实现与另一相同结构的微小流化床固定连通，阀门与常规的废液回收罐穿通式对接实现反应废液的收集。
2.根据权利要求1所述的硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于风帽采用倾斜式射流孔，射流孔的开孔直径为1-1.8mm，倾斜角度为水平向上或向下倾斜30-50°。
3.根据权利要求1所述的硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于浓相段直径为8.5-30mm，高度为80-400mm。
4.根据权利要求1所述的硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于扩大段直径为13-45mm，高度为100-500mm。
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