CN103482567A - 一种连续制氢装置及运行方法 - Google Patents

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贺业光
杨天华
孙洋
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Abstract

本发明涉及一种连续制氢装置及运行方法，所述的氢气发生装置包括干物料斗（1）、物料推送机构（3）、稳压联动机构（17）以及铝水反应器（7）。通过进料阀门、推料阀门的交替开闭以及推送杆（4）和联动杆（20）的同向联动，完成反应物料的添加，避免压力泵送料的高能耗。本发明的优点在于氢发生装置可在有压力的情况下连续进料、即时产氢、稳定供氢，且节能降耗，解决氢气储存、运输的难题。

Description

一种连续制氢装置及运行方法
技术领域：本发明涉及一种连续制氢装置及运行方法。
背景技术：氢具有环境友好、单位质量热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高的优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢氧燃料电池是氢能源利用的最好方式。氢氧燃料电池是利用氢气和氧气发生化学反应产生电能的发电装置，其特征是清洁、无污染、噪音低、转化率高以及适应不同功率需求，可作为汽车、飞机等的动力源，也可作为分布能源为电网供电。但氢氧燃料电池对氢气纯度要求很高，尤其对CO很敏感，微量的CO就能使燃料电池中毒失效。氢气来源是决定燃料电池应用的关键因素之一，但至今未得到有效的解决。其原因在于：（1）廉价、高纯度氢气制备很困难。水电解可得到纯净的氢气，但高昂的制氢成本限制了该方法的发展和应用。通过烃类（醇）重整可得到廉价的氢气，但重整产物无法避免CO、CO2的产生；（2）大规模的氢气储存未得到有效解决。高压钢瓶储氢和低温液化储氢都存在使用和运输过程中成本过大、安全性差的缺点。金属材料储氢的含氢值、分解温度、循环寿命等性能还有待于提高，离商业化应用还有很大的距离。利用硼氢化钠等无机氢化物水解制氢、储氢虽然产氢速度快，可低温产氢，但缺点是原材料成本过于高昂，且回收利用困难，很难广泛应用。
金属铝具有资源丰富、能量密度大、价格低廉、易保存等特点，是一种很有应用前景的载能体。铝水反应释放出大量的热量和氢气，其制氢成本仅为硼氢化钠水解制氢的1/20～1/10,不需要昂贵的催化剂，而且制取的氢气不含CO等有害成分。但普通金属铝难以实现上述应用，原因在于金属铝的活性中等，表面易生成致密的氧化膜Al2O3，牢固地附着在铝表面上，致使铝水反应难以持续。为了解决这一问题，专利号为ZL02104279.9和专利公开号为CN102807292 A提供了铝粉和氢氧化钠溶液反应制氢方法和相应的反应器，但利用氢氧化钠溶液破除铝表面的氧化膜的方式显然成本较高，而且物料储存成本也相应增高。
实用新型专利公开号为CN2823239Y提供了一种铝粉、CaO和MgO配混的矿物袋，该矿物袋在水中可产生局部高碱性浓度区，在水解过程中，CaO与水解产物Al(OH)3结合生成微溶的Ca2Al(OH)7·2H2O和Ca3Al2(OH)12，阻止了Al(OH)3在铝表面的沉积，增大铝与水的接触。但该矿物袋制氢方式易混进空气，并且不利于向压力反应器内送料。对于千瓦级燃料电池进口氢气压力须满足至少0.04MPa的中低压，因此铝水制氢反应器应为压力反应器。
在工程实践中证实，高钙粉煤灰提供碱性环境，另一方面粉煤灰中的有效组分对反应过程也起到了催化的作用，铝在空气和水中形成的致密氧化膜在粉煤灰颗粒的联合作用下被溶解破坏，并与水直接反应而产生大量的氢气，完全可以实现现场制氢和即时供氢，不仅原料成本低廉，还解决了氢气制备和储运的难题。
通常铝水反应常压下制氢，需配备加压泵以满足燃料电池进气要求；铝水压力反应器制氢，加料方式需要压力泵输入。无论何种方式都需消耗一部分能源。
发明内容：本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种铝水反应生成氢气的反应器及运行方法。所述的氢发生装置可在有压力的情况下连续进料、即时产氢、稳定供氢，且节能降耗。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种连续制氢装置，包括干物料斗（1）、物料推送机构（3）、稳压联动机构（17）以及铝水反应器（7）。干物料斗（1）与物料推送机构（3）通过蝶阀（2）相连通，物料推送机构（3）与铝水反应器（7）通过第一空气蝶阀（6）连通，稳压联动机构（17）与铝水反应器（7）通过第二空气蝶阀（18）连通。
优选的，所述的物料推送机构（3）为贯通的直管，一端与第一空气蝶阀（6）相连，另一端与动密封件（5）连接，内部设推送杆（4），所述的推送杆（4）可在物料推送机构（3）内水平移动，所述的动密封件（5）为填料式接触密封，用于对推送杆（4）的密封。
优选的，所述的稳压联动机构（17）为贯通的直管，一端与第二空气蝶阀（18）相连，另一端与动密封部件（19）连接，内部设联动杆（20），所述的联动杆（20）在稳压联动机构（17）内与推送杆（4）同向联动，所述的动密封部件（19）为填料式接触密封，用于对联动杆（20）的密封。
优选的，铝水反应器（7）与排气口（8）通过稳压阀（9）连通，排渣口（10）与铝水反应器（7）通过闸阀（11）连接，进水口（14）与铝水反应器7通过阀门（15）连接。水泵（16）连接进水口（14）。
一种连续制氢装置的运行方法，其特征在于：向物料推送构件（3）内进料时，蝶阀（2）打开，同时关闭第一空气蝶阀（6）和第二空气蝶阀（18），同时物料推送杆（4）右端处于a（干物料斗的入口）位置，联动杆（20）处于d（第二空气蝶阀的右端）位置；物料从物料推送构件（3）向铝水反应器（7）内推送时，关闭蝶阀（2），同时打开第一空气蝶阀（6）和第二空气蝶阀（18），物料推送杆（4）移动到b（铝水反应器的入口）位置，联动杆（20）随推送杆（4）同向联动，完成向铝水反应器（7）内填料后，物料推送杆（4）回到a位置，联动杆（20）回归d位置，同时关闭第一空气蝶阀（6）和第二空气蝶阀（18），等待下一次填料。
附图说明：
图1是连续制氢装置的结构示意图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：一种连续制氢装置，包括干物料斗1、物料推送构件3、铝水反应器7以及稳压联动构件17。干物料斗1与物料推送构件3通过蝶阀2相连。物料推送构件3由推送杆4和动密封件5构成，推送杆4可在物料推送构件3内水平移动，动密封件5为接触式填料密封，用于推送杆4的密封。物料推送构件3与铝水反应器7通过第一空气蝶阀6相连。铝水反应器7具有排气口8、排渣口10、进水口14、水位控制装置12和水位计13。排气口8与铝水反应器7通过稳压阀9连接，排渣口10与铝水反应器7通过闸阀11连接，进水口14与铝水反应器7通过阀门15连接。水泵16连接进水口14。稳压联动构件17与铝水反应器7通过第二空气蝶阀18连通，稳压联动构件17由联动杆19和动密封部件20组成，动密封部件20用于对联动杆19的密封。稳压联动构件17的作用是随着推送杆4的水平同向运动，起到稳定铝水反应器7内的压力和减少送料推力的作用。推送杆4和联动杆19由同一动力源控制，二者一起同向运动，推送杆4水平位移造成的铝水反应器7内的体积变化被联动杆19的同向位移所抵消，稳定了铝水反应器7内由体积变化导致的压力变化。在保证铝水反应器7内压力稳定的同时，降低了作用在推送杆4和联动杆19上的力，从而起到了节能的效果。
本发明的氢气反应器的运行方法，在该反应器启动时，蝶阀2、第一空气蝶阀6、第二空气蝶阀18及闸阀11处于关闭状态，推送杆4右端处于a位置，联动杆19的左端靠近第二空气蝶阀18，处于d(第二空气蝶阀的右端)位置，稳压阀9处于打开状态。打开阀门15，用水泵16加水至铝水反应器7指定的水位c，然后关闭阀门15。打开蝶阀2，干反应物料从物料斗1中落入物料推送构件3的推送仓内。关闭蝶阀2，打开第一空气蝶阀6和第二空气蝶阀18，此时物料推送构件3和联动构件17分别与铝水反应器7联通，物料推送构件3与干物料斗1密闭。推送推送杆4的右端至b（铝水反应器的进口处）位置，将反应物料推送到铝水反应器7内，联动杆19随推送杆4同向同距离位移，反应物料与水反应产生氢气。推送杆4右端回到a位置，联动杆左端回到d位置，关闭第一空气蝶阀6和第二空气蝶阀18。打开空气蝶阀2，物料推送构件3完成填料。如此方法，通过蝶阀2与第一空气蝶阀6、第二空气蝶阀18的交替开闭并配合推送杆4的水平移动完成向铝水反应器7内投送反应物料。反应物料与水迅速反应产生的氢气由排气口8排出，氢气排量大小和排气压力由稳压阀9控制。上述方法中的投送反应物料频率与氢气生产的规模有关，1公斤该矿物组合与水反应可制得高纯氢气350升，同时消耗水量300g。当铝水反应器7的水位低于d位置时，打开阀门15，同时开启水泵16进行补水到水位d位置。以后反应残渣通过闸阀11由排渣口10排除，实现所述装置的连续运行。
所述的氢气反应器运行方法，也可在铝水反应器7上安装压力感应器，推送杆4联动杆19的推拉力可由电机和传送杆匹配来实现，通过压力感应器控制蝶阀2、第一空气蝶阀6和第二空气蝶阀19的交替开闭以及电机的传动，从而实现所述氢气反应器的自动控制。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种连续制氢装置，其特征在于：包括干物料斗（1）、物料推送机构（3）、稳压联动机构（17）以及铝水反应器（7）；干物料斗（1）与物料推送机构（3）通过蝶阀（2）相连通，物料推送机构（3）与铝水反应器（7）通过第一空气蝶阀（6）连通，稳压联动机构（17）与铝水反应器（7）通过第二空气蝶阀（18）连通。
2.如权利要求1所述的一种连续制氢装置，其特征在于：所述的物料推送机构（3）为贯通的直管，一端与第一空气蝶阀（6）相连，另一端与动密封件（5）连接，内部设推送杆（4），所述的推送杆（4）在物料推送机构（3）内水平移动，所述的动密封件（5）为填料式接触密封，用于对推送杆（4）的密封。
3.如权利要求1所述的一种连续制氢装置，其特征在于：所述的稳压联动机构（17）为贯通的直管，一端与第二空气蝶阀（18）相连，另一端与动密封部件（19）连接，内部设联动杆（20），所述的联动杆（20）在稳压联动机构（17）内与推送杆（4）同向联动，所述的动密封部件（19）为填料式接触密封，用于对联动杆（20）的密封。
4.如权利要求1所述的一种连续制氢装置，其特征在于：所述铝水反应器（7）与排气口（8）通过稳压阀（9）连通，排渣口（10）与铝水反应器（7）通过闸阀（11）连接，进水口（14）与铝水反应器7通过阀门（15）连接，水泵（16）连接进水口（14）。
5.一种连续制氢装置的运行方法，其特征在于：向物料推送构件（3）内进料时，蝶阀（2）打开，同时关闭第一空气蝶阀（6）和第二空气蝶阀（18），同时物料推送杆（4）右端处于a位置，联动杆（20）处于d位置；物料从物料推送构件（3）向铝水反应器（7）内推送时，关闭蝶阀（2），同时打开第一空气蝶阀（6）和第二空气蝶阀（18），物料推送杆（4）移动到b位置，联动杆（20）随推送杆（4）同向同距离联动，完成向铝水反应器（7）内填料后，物料推送杆（4）回到a位置，联动杆（20）回归d位置，同时关闭第一空气蝶阀（6）和第二空气蝶阀（18），等待下一次填料。
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