CN108793073A - 一种制氢设备及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制氢设备及工艺，该制氢设备包括：制氢罐，用于容置粗镁粉和电解液；伸入于所述电解液内的阳极和阴极，当所述阳极和所述阴极通电时、发生电解反应生成氧化剂，所述氧化剂能够促进所述粗镁粉发生水解反应、以产生氢气；与所述制氢罐相连接、用于导出氢气的氢气管。如此设置，本发明提供的制氢设备，该设备不需配备用于测量添加氧化剂的计量泵，也不需要配备专用的容器及管路来存储及输送氧化剂，体积小、结构简单。

Description

一种制氢设备及工艺
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，更具体地说，涉及一种制氢设备及工艺。
背景技术
粗镁粉水解是指较大粒径的镁粉与水发生化学反应，该化学反应产生氢气和氢氧化镁。粗镁粉自然水解的效率很低，产氢量不能满足实际需要，可以通过添加某些氧化剂来提高粗镁粉水解的效率，从而提高粗镁粉水解制氢的产氢量。
目前使用氧化剂来提高粗镁粉水解效率的方法较单一，普遍采用定量注入的方法添加氧化剂，缺点是不仅需配备用来测量添加氧化剂的量的计量泵，还需配备专用的容器及管路来存储及输送氧化剂，制氢装置的结构复杂且体积较大，不利于实际应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制氢设备及工艺，该设备不需配备用于测量添加氧化剂的计量泵，也不需要配备专用的容器及管路来存储及输送氧化剂，体积小、结构简单。
本发明提供的一种制氢设备，包括：
制氢罐，用于容置镁粉和电解液；
伸入于所述电解液内的阳极和阴极，当所述阳极和所述阴极通电时、发生电解反应生成氧化剂，所述氧化剂能够促进所述粗镁粉发生水解反应、以产生氢气；
与所述制氢罐相连接、用于导出氢气的氢气管。
优选地，还包括用于自动控制所述阳极和所述阴极的供电功率的电解控制器。
优选地，还包括用于感应耗氢量的感应器，所述感应器与所述电解控制器可通信地相连接，所述电解控制器能够根据耗氢量控制所述阳极和所述阴极的供电功率。
优选地，所述感应器设置在所述氢气管内。
优选地，所述制氢罐设有进料口和出料口。
本发明还提供了一种制氢工艺，包括步骤：
向含有粗镁粉的电解液中的阳极和阴极通电，通过电解反应生成能够促进粗镁粉发生水解反应的氧化剂。
优选地，通过控制所述阳极和所述阴极的通电功率，以控制所述氧化剂的生成速度。
优选地，根据实际耗氢量，控制所述阳极和所述阴极的通电功率。
优选地，所述电解液中包含：
纯净水；
氯离子和硫酸根离子中的至少一种；
镁离子、钠离子、钙离子、钾离子中的至少一种；
所述阳极和所述阴极包含铜，铁，镍，铂，锌，锡，不锈钢，碳钢，石墨之中的至少三种。
优选地，所述电解液中还包含有甲醇，乙醇，乙二醇，丙三醇之中的至少一种。
本发明提供的技术方案中，设置有用于容置粗镁粉和电解液的制氢罐，在自然状态下，即在电解合成氧化剂之前，由粗镁粉和电解液组成的反应物料较稳定，产生的氢气可以忽略，制氢罐处于休眠状态。而且，本发明中，在制氢罐中设置有阳极和阴极，当阳极和阴极进行通电时，阳极、阴极以及电解液会产生电解反应，生成氧化剂，该氧化剂能够与粗镁粉发生化学反应，并在粗镁粉的表面形成短暂的原电池效应，使粗镁粉能够快速水解制氢。向阳极和阴极通电的功率越大，电解功率越大，合成的氧化剂就越多，形成原电池效应的粗镁粉也就越多，使产氢量增加。如此设置，可通过控制向阳极和阴极的通电功率，控制氧化剂的生成速度，进而可以控制氢气生成速度，氢气用量可随时产生随时使用。而且不需测量添加氧化剂的计量泵以及不需要设置用于输送和存储氧化剂的设备，有效降低了制氢设备的体积、简化了其结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中制氢设备的示意图；
图1中：
制氢罐—11、阳极—12、阴极—13、氢气管—14、电解控制器—15、感应器—16。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种制氢设备及工艺，该设备不需配备用于测量添加氧化剂的计量泵，也不需要配备专用的容器及管路来存储及输送氧化剂，体积小、结构简单。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
请参考图1，本实施例提供的一种制氢设备，包括用于容置粗镁粉和电解液的制氢罐11和伸入于电解液内的阳极12和阴极13。
本实施例中，粗镁粉为粒径大于0.6毫米的镁粉，粗镁粉在没有氧化剂的情况下，很难与电解液产生水解反应，产生的氢气量也可忽略不计。当然，在其它实施例中，粗镁粉的粒径也可为其它范围，本文不作具体限定。
阳极12和阴极13通电时，发生电解反应，能够生成氧化剂，氧化剂能够与粗镁粉发生化学反应，并在粗镁粉的表面形成短暂的原电池效应，使粗镁粉能够快速水解制氢。产生的氢气通过氢气管14导出，可随取随用。
如此设置，可通过控制向阳极12和阴极13的通电功率，控制氧化剂的生成速度，进而可以控制氢气生成速度，氢气用量可随时产生随时使用。而且，不需测量添加氧化剂的计量泵以及不需要设置用于输送和存储氧化剂的设备，有效降低了制氢设备的体积、简化了其结构。
为了提高自动化程度，本实施例提供的优选方案中，还可以包括用于自动控制阳极12和阴极13的供电功率的电解控制器15。该电解控制器15可以根据设定自动控制阳极12和阴极13的供电功率，当然，也可根据耗氢量来控制阳极12和阴极13的供电功率。
进一步地，本实施例提供的制氢设备，还包括用于感应耗氢量的感应器16，感应器16与电解控制器15可通信地相连接，电解控制器15能够根据耗氢量控制阳极12和阴极13的供电功率。
该感应器16可以具体为用于感应气体流量的感应器16，其可以设置在输出氢气的氢气管14内，通过感应氢气管14内的输出气体流量感应耗氢量，当输出气体流量较大时，即耗氢量较大时，感应器16可形成代表相应耗氢量的感应信号，电解控制器15获取该感应信号后，提高供电功率，使氢气量生成速度提高，进而可以供应较大量的氢气。同样，当氢气量使用较少时，感应器16生成相应的感应信号，电解控制器15降低供电功率，可以降低氢气的生成速度。
本实施例中，制氢罐11是两用模块，既可以现场更换反应物料，也可以整体更换制氢罐11。反应物料是流体，现场更换反应物料可通过在制氢罐11上设置的进料口和出料口完成，整体更换的制氢罐11中预装反应物料，更换制氢罐11，可通过插拔式气管接口和插拔式导线接口完成。
本实施例还提供了一种制氢工艺，采用上述制氢设备，包括步骤：向含有粗镁粉的电解液中的阳极和阴极通电，通过电解反应生成能够促进粗镁粉发生水解反应的氧化剂。并且，本实施例，可以通过控制阳极和阴极的通电功率，以控制氧化剂的生成速度。比如，当实际耗氢量较大时，可控制阳极和阴极的通电功率升高，加快电解反应速度，使生成氧化剂的速度升高，进而提高氢气的生成速度。同样，当实际耗氢量较小时，可控制阳极和阴极的通电功率降低，降低电解反应速度，使生成氧化剂的速度降低，进而降低氢气的生成速度。
本实施例中，电解液可以包含纯净水；氯离子和硫酸根离子中的至少一种；镁离子、钠离子、钙离子、钾离子中的至少一种。上述参加电解反应的阳极和阴极包含铜，铁，镍，铂，锌，锡，不锈钢，碳钢，石墨之中的至少三种。需要说明的是，阳极需要含有可电解分离为离子状态的材料，比如，铜、铁、锌等。而阴极为不可电解分离的材料，比如，铂、石墨等。
比如，在其中一种实施例中，电解液可以包含纯净水、氯离子、硫酸根离子、镁离子、钠离子，阳极采用铂、铜复合材料，阴极采用石墨，如此，电解反应生成的氧化剂为盐酸、次氯酸、氯化亚铜、硫酸铜。
在另一种实施例中，电解液也可以包含纯净水、氯离子、钠离子、钙离子、钾离子，阳极采用铁、锌复合材料，阴极采用石墨，如此，电解反应生成的氧化剂为氯化铁、氯化锌。
另外，为了在低温环境中，也能够保证制氢工艺的顺利进行，电解液内还可以包含有甲醇，乙醇，乙二醇，丙三醇之中的至少一种，如此，加入上述醇类材料，可以使电解液具有防冻功能，保证在低温环境下，电解反应的正常进行。
以上采用递进方式对本方案进行了举例说明，上述各个实施例中的方案可以为独立的技术方案也可进行相互叠加。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种制氢设备，其特征在于，包括：
制氢罐，用于容置粗镁粉和电解液；
伸入于所述电解液内的阳极和阴极，当所述阳极和所述阴极通电时、发生电解反应生成氧化剂，所述氧化剂能够促进所述粗镁粉发生水解反应、以产生氢气；
与所述制氢罐相连接、用于导出氢气的氢气管。
2.如权利要求1所述的制氢设备，其特征在于，还包括用于自动控制所述阳极和所述阴极的供电功率的电解控制器。
3.如权利要求2所述的制氢设备，其特征在于，还包括用于感应耗氢量的感应器，所述感应器与所述电解控制器可通信地相连接，所述电解控制器能够根据耗氢量控制所述阳极和所述阴极的供电功率。
4.如权利要求3所述的制氢设备，其特征在于，所述感应器设置在所述氢气管内。
5.如权利要求1所述的制氢设备，其特征在于，所述制氢罐设有进料口和出料口。
6.一种制氢工艺，其特征在于，包括步骤：
向含有粗镁粉的电解液中的阳极和阴极通电，通过电解反应生成能够促进粗镁粉发生水解反应的氧化剂。
7.如权利要求6所述的制氢工艺，其特征在于，通过控制所述阳极和所述阴极的通电功率，以控制所述氧化剂的生成速度。
8.如权利要求7所述的制氢工艺，其特征在于，根据实际耗氢量，控制所述阳极和所述阴极的通电功率。
9.如权利要求6-8任一项所述的制氢工艺，其特征在于，所述电解液中包含：
纯净水；
氯离子和硫酸根离子中的至少一种；
镁离子、钠离子、钙离子、钾离子中的至少一种；
所述阳极和所述阴极包含铜，铁，镍，铂，锌，锡，不锈钢，碳钢，石墨之中的至少三种。
10.如权利要求9所述的制氢工艺，其特征在于，所述电解液中还包含有甲醇，乙醇，乙二醇，丙三醇之中的至少一种。
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