CN107777660A - 一种铝水反应连续制氢装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝水反应连续制氢装置及方法，连续制氢装置包括：铝粉仓、反应器、废液罐、碱液罐、甲醇罐和蒸发罐；铝粉仓底部经铝粉进料管线和阀门连接反应器顶部，反应器顶部又分别与碱液进料管线和氢气排出管线连接，反应器底部经管线和阀门连接废液罐顶部，废液罐下部经管线和泵连接蒸发罐的中上部，蒸发罐顶部经管线连接甲醇罐顶部，甲醇罐顶部又与新甲醇进料管线连接，甲醇罐底部经管线和阀门连接废液罐顶部，蒸发罐底部经管线和泵连接碱液罐的中上部，碱液罐底部经管线和阀门连接反应器顶部，碱液罐顶部连接新碱液进料管线。本发明装置特点是结构简单、能够稳定产氢、工作液可循环且节能降耗。

Description

一种铝水反应连续制氢装置及方法
技术领域
本发明涉及一种连续制氢装置及方法。
背景技术
目前的制氢方法主要有电解水制氢、化石燃料制氢和生物制氢等方法。但这些方法都有不足，如成本高、环境污染严重等。电解水制氢的原料来源广泛，成本较低，但电解水制氢的动力来源是电能，其制氢效率只有75%~85%，能耗很高。化石燃料制氢是目前工业制氢的主要方法，其原理是利用石油、天然气或煤等化石燃料催化重整制氢。其中甲烷制氢运用最广泛，但会生成二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等有毒有害气体，而且能耗也较高，不符合可持续发展的理念。生物制氢的方式包括光解水制氢、光发酵制氢、暗发酵制氢等，但由于相关技术尚未完善，连续性和稳定性一直是困扰其工业应用的主要问题。
21世纪，随着石化资源的日益枯竭和环境的日益恶化，新能源的开发和利用已经越来越被人们所重视。氢能作为新能源的代表之一，具有可存储、可再生和热值高等特点。
铝是地壳中含量最高的金属元素，且密度较低（2.7kg/m3），具有能量密度大、成本低和易保存等特点。
CN104276541A开发了一种基于铝合金与水反应的可控制氢装置，该装置利用自身压力来进行氢气发生和产氢速率的调节，但无法实现工作液的循环使用，产生了大量废工作液，直接导致了产氢成本过高。
CN103482567A开发了一种连续制氢装置及运行方法，该方法保证了产氢进料过程的连续性，但无法保证整个装置的连续运转。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种铝水反应连续制氢装置及方法，本发明装置特点是结构简单、能够稳定产氢、工作液可循环且节能降耗。
本发明的铝水反应连续制氢装置，包括：铝粉仓、反应器、废液罐、碱液罐、甲醇罐和蒸发罐；
铝粉仓底部经铝粉进料管线和阀门连接反应器顶部，反应器顶部又分别与碱液进料管线和氢气排出管线连接，反应器底部经管线和阀门连接废液罐顶部，废液罐下部经管线和泵连接蒸发罐的中上部，蒸发罐顶部经管线连接甲醇罐顶部，甲醇罐顶部又与新甲醇进料管线连接，甲醇罐底部经管线和阀门连接废液罐顶部，蒸发罐底部经管线和泵连接碱液罐的中上部，碱液罐底部经管线和阀门连接反应器顶部，碱液罐顶部连接新碱液进料管线。
本发明的铝水反应连续制氢装置中，所述的铝粉仓用于储存铝粉或铝合金粉；反应器用于铝粉或铝合金粉与碱液发生反应；废液罐用于存储反应废液；碱液罐用于储存碱液；甲醇罐用于储存甲醇；蒸发罐用于加热废液。
本发明装置中，反应器内设有丝网，用于承载铝粉或铝合金，丝网在反应器内的液面上漂浮。
本发明同时提供一种铝水反应连续制氢方法，包括如下内容：来自铝粉仓的铝粉与来自碱液罐的碱液在反应器内反应，生成氢气和偏铝酸盐，氢气自反应器顶部排出进入氢气收集装置，偏铝酸盐溶液进入废液罐，同时将甲醇罐的甲醇引入废液罐，偏铝酸盐在甲醇水溶液中分解成相应的碱和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀形式沉降于废液罐底部，相应碱的甲醇水溶液进入蒸发罐，在蒸发罐中，甲醇以蒸汽形式排出，经冷凝后进入甲醇罐中循环使用，剩余的液相（碱液）进入碱液罐循环使用。
本发明方法中，所述的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙水溶液中的一种或几种，优选氢氧化钠水溶液，碱液的浓度为0.5~3mol/L。
本发明方法中，所述的铝粉为铝和/或铝合金粉末。
本发明方法中，所述的反应器内的反应温度为20~50℃，反应压力为常压。
本发明方法中，铝粉与碱液的摩尔比为1：1~1：3。
本发明方法中，甲醇溶液的浓度为30wt%~70wt%。
本发明方法中，废液罐中偏铝酸盐溶液与甲醇水溶液的体积比为1:1~1:3，反应时间为3~10分钟。
本发明方法中，蒸发罐中的温度为65~70℃，时间为5~20分钟。
本发明方法，所述的碱液通过碱液罐—反应器—废液罐—蒸发罐—碱液罐的路线循环；甲醇通过甲醇罐—废液罐—蒸发罐—甲醇罐的路线循环；本发明装置与现有技术相比，具有以下优点：结构简单、易于维护，实现了工作液的循环，降低了运行成本，有利于定期有效的回收反应产物，不会造成环境污染。
附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明装置及方法的应用效果。
本发明的铝水反应连续制氢过程通过如下方式实现：
来自铝粉仓10底部的铝粉经铝粉进料管线和阀门11进入反应器1，来自碱液罐7的碱液经碱液进料管线和阀门9进入反应器，铝粉与碱液在反应器内进行反应生成氢气和偏铝酸盐，氢气由反应器1顶部连接的氢气排出管线排出进入氢气收集装置，液相（主要为偏铝酸盐溶液）由反应器底部经管线和阀门2进入废液罐3，在废液罐3内偏铝酸盐溶液与来自甲醇罐15的甲醇反应，得到相应碱的甲醇水溶液和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀的形式沉降于废液罐底部，相应碱的甲醇水溶液经管线和泵4进入蒸发罐5，在蒸发罐5中蒸发甲醇，甲醇蒸汽由蒸发罐5顶部经管线进入甲醇罐15循环使用，剩余的液相（碱液）自蒸发罐5底部经管线和泵6进入碱液罐7循环使用；所述的碱液可以通过新碱液进料管线和阀门8进行补充，甲醇可以通过新甲醇进料管线和阀门13进行补充。
通过调节阀门11可以控制进入反应器1内的铝粉或铝合金总量；通过调节阀门12可以控制反应器1内的氢气排放速度；通过调节阀门2可以控制反应器1内的废液进入废液罐3内的速度；通过调节阀门14可以控制甲醇进入废液罐3内的速度；通过调节阀门9可以控制碱液进入反应器1内的速度。
实施例1
通过碱液罐7向反应器1内连续加入1mol/L的氢氧化钠溶液；通过铝粉仓10向反应器内加入铝粉，速率20g/min；反应器内产生氢气，通过阀门13控制氢气进入收集装置的速率；反应5min后，打开阀门2，反应废液进入废液罐3；5min后，通过甲醛罐15向废液罐3中连续加入60wt%的甲醇溶液，保证废液罐中偏铝酸盐溶液与甲醇水溶液的体积比为1:1~1:3，废液罐内生产碱的甲醇水溶液和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀的形式沉降于废液罐底部；废液罐内液位高于出口后，启动泵4，碱的甲醇水溶液进入蒸发罐5；控制蒸发罐反应温度在65~70℃；蒸发罐内产生甲醇蒸汽，进入甲醇罐15；蒸发罐内液位高于液相出口后，启动泵6，蒸发罐内碱液进入碱液罐7；产氢速率约20L/min。
实施例2
通过碱液罐7向反应器1内连续加入1.5mol/L的氢氧化钠溶液；通过铝粉仓10向反应器内加入铝粉，速率30g/min；反应器内产生氢气，通过阀门13控制氢气进入收集装置的速率；反应5min后，打开阀门2，反应废液进入废液罐3；5min后，通过甲醛罐15向废液罐3中连续加入70wt%的甲醇溶液，保证废液罐中偏铝酸盐溶液与甲醇水溶液的体积比为1:1~1:3，废液罐内生产碱的甲醇水溶液和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀的形式沉降于废液罐底部；废液罐内液位高于出口后，启动泵4，碱的甲醇水溶液进入蒸发罐5；控制蒸发罐反应温度在65~70℃；蒸发罐内产生甲醇蒸汽，进入甲醇罐15；蒸发罐内液位高于液相出口后，启动泵6，蒸发罐内碱液进入碱液罐7；产氢速率约30L/min。

Claims (10)

1.一种铝水反应连续制氢装置，其特征在于包括：铝粉仓、反应器、废液罐、碱液罐、甲醇罐和蒸发罐；铝粉仓底部经铝粉进料管线和阀门连接反应器顶部，反应器顶部又分别与碱液进料管线和氢气排出管线连接，反应器底部经管线和阀门连接废液罐顶部，废液罐下部经管线和泵连接蒸发罐的中上部，蒸发罐顶部经管线连接甲醇罐顶部，甲醇罐顶部又与新甲醇进料管线连接，甲醇罐底部经管线和阀门连接废液罐顶部，蒸发罐底部经管线和泵连接碱液罐的中上部，碱液罐底部经管线和阀门连接反应器顶部，碱液罐顶部连接新碱液进料管线。
2.按照权利要求1所述的铝水反应连续制氢装置，其特征在于：反应器内设有丝网，用于承载铝粉或铝合金，丝网在反应器内的液面上漂浮。
3.一种铝水反应连续制氢方法，其特征在于包括如下内容：来自铝粉仓的铝粉与来自碱液罐的碱液在反应器内反应，生成氢气和偏铝酸盐，氢气自反应器顶部排出进入氢气收集装置，偏铝酸盐溶液进入废液罐，同时将甲醇罐的甲醇引入废液罐，偏铝酸盐在甲醇水溶液中分解成相应的碱和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀形式沉降于废液罐底部，相应碱的甲醇水溶液进入蒸发罐，在蒸发罐中，甲醇以蒸汽形式排出，经冷凝后进入甲醇罐中循环使用，剩余的液相碱液进入碱液罐循环使用。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙水溶液中的一种或几种，碱液的浓度为0.5~3mol/L。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的铝粉为铝和/或铝合金粉末。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的反应器内的反应温度为20~50℃，反应压力为常压。
7.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：铝粉与碱液的摩尔比为1：1~1：3。
8.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：甲醇溶液的浓度为30wt%~70wt%。
9.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：废液罐中偏铝酸盐溶液与甲醇水溶液的体积比例1:1~1:3，反应时间为3~10分钟。
10.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：蒸发罐中的温度为65~70℃，时间为5~20分钟。
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