CN110002398A - 一种以氢化镁为原料的制氢装置及制氢方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种以氢化镁为原料的制氢装置，包括：水解反应箱；送料单元，用于向水解反应箱内输送氢化镁；以及反应促进溶液输送单元，用于向水解反应箱内输送反应促进溶液,反应促进溶液为MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液，反应促进溶液先于氢化镁被送入水解反应箱。本申请还公开了一种以氢化镁为原料的制氢方法，包括步骤：将MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液作为反应促进溶液送入水解反应箱；向水解反应箱内送入氢化镁，氢化镁与水解反应箱内的水发生反应生成氢气；在氢化镁原料与水反应的过程中，不断向水解反应箱内注入反应促进溶液。本申请采用MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液作为反应促进溶液以促进所述水解反应的进行，大大加快了水解反应制氢的效率。

Description

一种以氢化镁为原料的制氢装置及制氢方法

技术领域

本申请属于制氢技术领域，尤其涉及一种以氢化镁为原料的制氢装置及制氢方法。

背景技术

氢气是一种理想的燃料，它因具有燃烧热值高、燃烧产物为水、零污染、质量轻，可以从其他可再生资源获得等优点而在生物、医药、工业生产及其他领域都展现出极大的应用价值。燃料电池发电与传统的汽油发电相比，具有高效率、低污染、运行噪音小和容易检测等优点。氢能与氢燃料电池组配，能把化学能直接转化为电能，特别适合于制作成为轻量化、便于移动携带用途的清洁能源产品，是一种极具吸引力、可替代传统电池及发电机的能源技术，可广泛应用于船舶、汽车、航空航天和野外作业等领域。

然而，氢气同样存在重量轻、难捉摸、扩散速度快等缺陷，从而使氢气的安全储藏和运输变得不容易，无论是高压气化还是低温液化的储存方式及运输方法都对气瓶或管道等提出很高的技术要求。因此，氢能的应用需要解决制氢、贮存及运输等三方面的限制，现行的工业用氢不论是采用化石燃料制氢，还是采用电解水制氢，其均存在下述缺陷：制氢效率不高；能源消耗大；对环境污染严重；氢气贮存问题没有有效解决等。

现有技术中存在一种便携式安全可控的自循环溶液制氢装置，包括反应器、蠕动泵和管路，反应器内储存反应液，反应器内设有可拆卸筛网，用于放置固体反应物，反应器上设置有将氢气输出的出气口和自循环的反应液输入口和反应液输出口，出气口依次连通数显气体质量流量计和干燥管，反应器接有蠕动泵，蠕动泵和数显气体质量流量计分别与控制电路连接。上述自循环溶液制氢装置所存在的缺陷是：无法实现固体反应物的自动送料，能够实现自动输送的是反应液，其仅能实现在固态反应物充足的情况下维持制氢反应的稳定持续进行，当固态反应物耗尽，需停止反应，再加入反应物，然后再次启动反应，其操作过程繁琐、复杂，无法真正实现氢气的即产、即供、即用。

在众多的固体制氢剂中，氢化镁具有较高的理论储氢量，其与水反应，在释放每个氢原子的同时还可以从水中提取另一个氢原子，从而使体系的理论制氢量大大提高。水解制氢的产物氢氧化镁对环境友好，是一种应用广泛的阻燃剂，因此，面向移动式氢燃料电池在线氢源用的氢化镁水解制氢技术受到业界的广泛关注。

现有的基于氢化镁水解的在线制氢技术，是将一定量的氢化镁至于反应器中，利用泵注入反应水溶液，固液接触启动反应，并利用启普发生器原理实现制氢反应的启停。然而实际应用过程中会发现水解过程中生成的氢氧化镁会覆盖在氢化镁表面，阻碍氢化镁进一步与水接触反应，导致装置的制氢速率不稳定，供氢速率下降，不能满足面向应用的在线氢源的要求。

现有技术中还存在一种连续可控的氢化镁水解制氢装置，其包括氢化镁储器、氯化镁溶液储器、制氢反应器和固液分离器，其中制氢反应器的第一进料口连接氢化镁储器的出口，制氢反应器的第二进料口连接氯化镁溶液储器，制氢反应器的第一导出口连接氢气净化器，制氢反应器的第二导出口通过螺旋式反应管连接固液分离器的入口，固液分离器的出口连接氢气净化器。该水解制氢技术以氯化镁作为反应促进剂以延缓氢氧化镁的产生，实际应用过程中，发现其虽然能够起到延缓作用，但还是会影响氢气的产生速率，降低产氢效率。

由此可见，现有技术有待于进一步地改进和提高。

发明内容

本申请提供了一种以氢化镁为原料的制氢装置及制氢方法，以解决上述技术问题中的至少一个技术问题。

本申请所采用的技术方案为：

一种以氢化镁为原料的制氢装置，包括：水解反应箱，所述水解反应箱具有进料口和进液口；送料单元，所述送料单元通过所述进料口向所述水解反应箱内输送氢化镁，所述氢化镁与所述水解反应箱内的水发生水解反应生成氢气；以及反应促进溶液输送单元，所述反应促进溶液输送单元通过所述进液口向所述水解反应箱内输送反应促进溶液,所述反应促进溶液为MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液；所述反应促进溶液先于所述氢化镁被送入所述水解反应箱。

所述反应促进溶液中，Cl^-离子的浓度为1.0～10mol/L，Mg²⁺离子的浓度为0.5～6mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度小于或者等于0.5mol/L。

所述反应促进溶液输送单元包括溶液箱、加液管路以及设置在所述加液管路上的加液泵，所述溶液箱内盛有反应促进溶液，所述溶液箱通过所述加液管路与所述水解反应箱相连。

所述水解反应箱还具有出液口和循环液入口；所述装置还包括溶液循环单元，所述溶液循环单元包括循环管路以及设置在所述循环管路上的循环水泵，所述循环管路的一端与所述出液口连通，另一端与所述循环液入口连通；所述循环管路上还设置有过滤器，所述过滤器用于过滤水解反应产生的残留物。

所述送料单元包括送料通道，所述送料通道具有出料口，所述出料口或所述进料口处设置有活动挡板，以打开或关闭所述出料口或进料口。

所述活动挡板面向所述送料通道的一侧设置有密封圈；和/或所述送料通道外侧具有用于放置干燥剂的容腔，所述容腔具有与所述送料通道的内部空间连通的通孔，所述容腔还具有用于取放所述干燥剂的取放口。

所述送料通道包括送料段和落料段，所述出料口设置在所述落料段的一端；所述送料段的出口与所述落料段的入口之间设置有活动阀板；所述活动阀板打开，所述氢化镁自所述送料段落入所述落料段暂存；所述活动阀板关闭，所述送料段与所述落料段的连通被切断。

所述水解反应箱具有排气口，所述装置还包括稳压储气罐，所述稳压储气罐用于收集自所述排气口排出的氢气。

本申请还公开了一种以氢化镁为原料的制氢方法，包括步骤：

将MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液作为反应促进溶液送入水解反应箱；

向水解反应箱内送入氢化镁原料，氢化镁原料与水解反应箱内的水发生反应生成氢气；

在所述氢化镁原料与水反应的过程中，不断向所述水解反应箱内注入所述反应促进溶液。

所述反应促进溶液中，Cl^-离子的浓度为1.0～10mol/L，Mg²⁺离子的浓度为0.5～6mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度小于或者等于0.5mol/L。

由于采用了上述技术方案，本申请所取得的有益效果为：

1.本申请采用MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液作为反应促进溶液被不断地加入到水解反应箱内以促进所述水解反应的进行，其不仅能够延缓氢氧化镁的产生，还能够溶解氢化镁表面的氢氧化镁，以使氢化镁的表面能够始终与水接触并反应，从而大大加快了水解反应制氢的效率，加大了制氢量。此外，本申请中所述装置还设置有溶液循环单元，通过该溶液循环单元可以形成有效的溶液循环模式，延长溶液的使用次数和使用时间，降低生产成本。

2.利用本申请制氢，其效率高，可控性强，安全性高，能够实现稳定持续自循环制氢，且其可根据负载的需求在线控制氢气的制氢速率和制氢量，以适用于不同功率的氢燃料电池。

3.本申请能够实现氢化镁原料的自动供给，从而可以实现长时间的水解制氢，稳定可控地输出氢气，充分满足氢燃料电池在线氢源的长期平稳要求，实现氢气的即产、即供、即用，使氢气的贮存和运输变得不必要，解决了现有的氢能利用的三大障碍。

4.本申请中的送料单元具有与水解反应箱的进料口连通的送料通道，为避免落料过程中，水解反应箱内的水溅起进入所述送料通道，与被溅到的送料通道内的氢化镁发生水解反应产生氢气，或者因水解反应箱内水解制氢放热导致水蒸气的产生，水蒸气透过所述进料口向送料通道内弥漫，造成送料通道内存储的氢化镁原料发生水解反应产生氢气，造成氢气产量的不可控，影响氢气产量的精准控制，本申请设置了多种防溅射和防潮结构，避免了上述现象的发生，从而实现了产氢过程和产氢量的精准控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例1的结构原理示意图。

图2为采用本申请的实施例2进行制氢时的制氢效率图。

图3为采用本申请的实施例3进行制氢时的制氢效率图。

图4为采用对比例进行制氢时的制氢效率图。

其中，

1.外壳 2.加液管路 3.加液泵 4.料箱 5.送料通道 6.点火器 7.废气排放管路8.废气排放阀 9.安全阀 10.泄压管路 11.第一压力传感器 12.第一供氢管路 13.第一供氢阀 14.稳压储气罐 15.第二供氢阀 16.充氮管路 17.单向阀 18.温度传感器 19.水解反应箱 20.循环管路 21.手动截流阀 22.过滤器 23.流量计 24.循环水泵 25.溶液箱

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1：

如图1所示，一种以氢化镁为原料的制氢装置，包括水解反应箱19，所述水解反应箱19具有进料口。为能够根据负载(例如，氢燃料电池)的需求在线控制氢气的制氢量，实现随时制氢和可控制氢，所述制氢装置还包括送料单元，所述送料单元通过所述进料口向所述水解反应箱19内输送氢化镁，以使所述氢化镁与所述水解反应箱19内的水发生水解反应生成氢气。氢化镁的储氢量高，原料来源丰富，对环境影响小，因此本实施例选用氢化镁为原料制作氢气，能够很好地克服现有技术中采用化石燃料制氢和电解水制氢所存在的制氢量低、对环境污染严重等缺陷。

本实施例中，如图1所示，所述送料单元包括料箱4，所述料箱4内设置有送料通道5，所述送料通道5具有出料口。所述氢化镁原料自所述出料口内滚出，并自所述进料口落入所述水解反应箱19。为避免落料过程中，水解反应箱19内的水溅起进入所述送料通道5，与被溅到的送料通道5内的氢化镁发生水解反应产生氢气，而影响存储在送料通道5内的氢化镁以及对氢气的产量造成干扰，本实施例中，所述出料口或所述进料口处设置有活动挡板，以打开或关闭所述出料口或进料口，也就是说，活动挡板打开时，所需量的氢化镁自所述出料口落下，此时要迅速使活动挡板关闭，一方面避免存储在所述送料通道5内的其余氢化镁的滚落，另一方面避免落料造成的水自所述出料口溅射到所述送料通道5内。

本实施例中，所述制氢装置还包括用于驱动所述活动挡板移动的驱动组件，所述驱动组件的结构组成可以有多种方式：例如，所述活动挡板通过转轴与所述进料口或所述出料口相铰接，所述驱动组件包括电机，所述电机的输出轴与所述转轴联接，通过所述电机驱动所述活动挡板旋转，以打开或关闭所述进料口或所述出料口；又如，所述驱动组件包括液压缸或气缸，所述液压缸或所述气缸的活塞杆与所述活动挡板相连，通过所述液压缸或气缸带动所述活动挡板沿所述进料口或所述出料口的轴线方向或垂直于所述进料口或所述出料口的方向移动，以打开或关闭所述进料口或所述出料口；再如，所述驱动组件包括电机和滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副包括丝杠和丝杠螺母，所述丝杠与所述电机的输出轴相连，所述丝杠螺母与所述活动挡板固连，所述电机通过带动所述丝杠旋转，以带动所述丝杠螺母做直线运动，从而带动所述活动挡板做直线运动，以打开或关闭所述进料口和出料口。

需要说明的是，所述活动挡板的打开或关闭方式也并不局限于上述提到的通过驱动组件驱动活动挡板运动的主动驱动式方式，还可以是被动式，例如，所述活动挡板与所述进料口或所述出料口处相铰接，且所述活动挡板通过弹性复位件(例如，弹簧)与所述进料口或所述出料口的周围区域相连，活动挡板受到氢化镁原料的冲击而被打开，之后，在所述弹性复位件的作用下迅速复位，以关闭所述进料口或所述出料口。

作为优选，本实施例中，所述活动挡板面向所述送料通道5的一侧设置有密封圈，从而可以避免氢化镁水解反应过程中，因水解反应箱19内温度升高导致产生的部分水蒸气弥漫到所述送料通道5内，而与送料通道5内的氢化镁原料发生水解反应。

作为本申请的一个优选实施例，所述送料通道5外侧具有用于放置干燥剂的容腔，所述容腔具有与所述送料通道的内部空间连通的通孔，所述容腔还具有用于取放所述干燥剂的取放口，以方便所述干燥剂的放入和更换。通过所述干燥剂吸附所述送料通道5内的水汽，以保持所述送料通道5内的干燥环境。本实施例中，所述干燥剂为分子筛干燥剂、变色硅胶干燥剂、纤维干燥剂或矿物干燥剂等，作为优选，所述干燥剂选用变色硅胶干燥剂，通过观察和对比所述变色硅胶干燥剂的颜色来判定是否需要更换干燥剂，以保持干燥剂的吸附能力，保持送料通道5内的干燥环境。

作为本申请的一个优选实施例，所述送料通道5包括送料段和落料段，所述出料口设置在所述落料段的一端；所述送料段的出口与所述落料段的入口之间设置有活动阀板；所述活动阀板打开，所述氢化镁自所述送料段落入所述落料段暂存；所述活动阀板关闭，所述送料段与所述落料段的连通被切断。用于驱动所述活动阀板打开或关闭的驱动组件的组成和驱动原理，可以借鉴实施例1中用于驱动所述活动挡板打开或关闭的驱动组件的组成方式和驱动原理。与上述实施例中，所述活动挡板打开的状态下，所述氢化镁原料自所述出料口直接落入所述水解反应箱19内，以进行水解反应的原理不同，本实施例中，所述落料段只暂存有根据所述负载的需氢量计算得到的氢化镁的数量，所述氢化镁自所述送料段落入所述落料段的过程可以在所述活动挡板关闭的情况下进行，从而防止了活动挡板打开，氢化镁落入水解反应箱内时溅起的水或升腾的水蒸气进入到所述送料段内，从而有利于保持送料段内的干燥环境，此外，这样的设计还可以防止实际使用过程中，因活动挡板关闭失效，而导致更多的氢化镁原料落入所述水解反应箱内。

作为本申请的一个优选实施例，所述氢化镁原料采用柱状或类柱状结构的氢化镁。相较于采用粉末状的氢化镁原料而言，采用柱状或类柱状结构的氢化镁会使整个水解反应过程更加温和，反应进程更容易控制；相较于颗粒状、块状或饼状的氢化镁原料而言，柱状或类柱状结构的氢化镁更容易加工成型，也更容易实现计量和送料。更进一步地，本实施例中，所述氢化镁的直径为8mm-12mm，长度为20mm左右。

本实施例中，为方便落料，如图1所示，所述送料单元位于所述水解反应箱19的上方，所述送料通道5具有多个斜面，各斜面均向下倾斜，从而方便了所述呈柱状或类柱状结构的氢化镁原料自位于最上方的斜面上滚落，方便了落料。此外，本实施例中，所述送料通道5同时可用作储存所述氢化镁的场所，如图1所示，使用过程中，可将氢化镁原料导入所述送料通道5，所述氢化镁在各所述斜面上相邻排布并依次滚落。图1中示出了，所述出料口的轴线方向为竖直方向的实施例，但本申请中，所述出料口的轴线方向并不局限于图示的方向，所述出料口的轴线方向还可以是与水平方向平行的方向，也可以是与水平方向呈小于90°的夹角的方向，只要能够实现位于出料口处的氢化镁能够在送料通道5内其余氢化镁沿斜面向下滚落的冲力下从所述出料口处冲出即可。

作为本申请的优选实施例，可以在所述送料通道5内，更进一步地，在所述出料口处或者靠近所述出料口的位置设置用于计量所述氢化镁数量的传感器，例如，光电传感器或红外对射计数传感器等，通过所述传感器实现对落料数量的精准测量，且所述制氢装置具有与所述传感器相连的第一控制电路，用于驱动所述活动挡板打开或关闭的驱动组件与第一控制电路电连接，通过所述第一控制电路控制所述驱动组件的动作，以实现对所述活动挡板开闭的控制，从而可以根据负载的氢气需求量来控制所述送料单元的运行，以控制所述氢化镁的进料量。

如图1所示，所述水解反应箱19还具有进液口，所述装置还包括：反应促进溶液输送单元，所述反应促进溶液输送单元通过所述进液口向所述水解反应箱19内输送反应促进溶液。所述氢化镁与水发生水解反应的过程中会生成氢氧化镁，生成的氢氧化镁会附着在氢化镁的表面，而阻碍氢化镁与水的进一步反应，为避免该现象的发生，所述制氢装置设置了所述反应促进溶液输送单元，通过向所述水解反应箱19内输送反应促进液，以促进所述水解反应的进一步进行。而且，本申请中，所述反应促进溶液先于所述氢化镁被送入所述水解反应箱。

作为优选，本实施例中，所述反应促进溶液为MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液。所述反应促进溶液中，Cl^-离子的浓度为1.0～10mol/L，Mg²⁺离子的浓度为0.5～6mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度小于或者等于0.5mol/L。更进一步地，所述反应促进溶液中，Cl^-离子的浓度为1.0～6.0mol/L，Mg²⁺离子的浓度为0.5～4mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度小于或者等于0.3mol/L。对于离子浓度不同的反应促进溶液对制氢效率的影响，将在下述的实施例2至实施例6、以及对比例中进行对比说明。

为实现反应促进溶液的持续供给，实现在线可持续制氢，作为本申请的优选实施例，如图1所示，所述反应促进溶液输送单元包括溶液箱25、加液管路2以及设置在所述加液管路2上的加液泵3，所述溶液箱25内盛有反应促进溶液，所述溶液箱25通过所述加液管路2与所述水解反应箱19相连，通过所述加液泵3将水解反应所需量的反应促进溶液注入到水解反应箱19内。

如图1所示，所述水解反应箱19还包括出液口和循环液入口，所述装置还包括溶液循环单元，所述溶液循环单元包括循环管路20以及设置在所述循环管路20上的循环水泵24，所述循环管路20的一端与所述出液口连通，另一端与所述循环液入口连通。所述溶液循环单元的设置，可实现所述溶液的循环利用，并能够收集水解反应的产物，为所述水解反应箱19提供良好的反应环境。

作为优选，如图1所示，所述循环管路20上还设置有过滤器22，所述过滤器22用于过滤水解反应产生的残留物。更进一步地，所述循环管路20上设置有截流阀，作为优选，所述截流阀为手动截流阀21，在水解反应进行过程中，可以手动关闭所述手动截流阀21，拆卸并清洗所述过滤器22，以防止所述过滤器22和循环管路20的堵塞，保持溶液的循环过滤效果。

此外，本实施例中，如图1所示，所述循环管路20上设置有流量计23，所述流量计23用来记录所述循环管路20中溶液的循环量，当循环量达到上限时，停止循环。实际使用过程中，所述溶液一般循环使用三次左右，作为优选，一般循环三次即停止循环，以更换新的溶液。

本实施例中，所述装置还包括温度检测单元，所述温度检测单元用于监测所述水解反应箱19内的温度。作为优选，所述温度检测单元为温度传感器18。所述装置还包括加热单元，所述加热单元用于向所述水解反应箱19供热。所述装置还包括控制单元，所述控制单元与所述温度检测单元通信连接，所述控制单元根据所述温度检测单元监测到的温度信号控制所述加热单元向所述水解反应箱19的供热，以控制所述水解反应箱19内的温度在适宜水解反应进行的温度。具体地来说，所述控制单元包括第二控制电路，所述第二控制电路与所述温度检测单元电连接，且所述第二控制电路与所述加热单元电连接，通过所述第二控制电路控制所述加热单元的运行，以实现所述水解反应箱19内温度的调节。

本实施例中，如图1所示，所述水解反应箱19具有排气口，所述装置还包括稳压储气罐14，所述稳压储气罐14用于收集自所述排气口排出的氢气。具体地来说，本实施例中，所述装置包括第一供氢管路12，所述第一供氢管路12一端与所述排气口连通、另一端与所述稳压储气罐14连通。更进一步地，所述第一供氢管路12上设置有第一供氢阀13，所述第一供氢阀13与所述排气口之间的第一供氢管路12上设置有第一压力传感器11，所述第一压力传感器11用于检测所述第一供氢管路12中的压力，当压力值达到供氢压力的设定值时，所述第一供氢阀13打开，氢气由第一供氢管路12进入所述稳压储气罐14。

如图1所示，所述稳压储气罐14与所述氢燃料电池之间设置有第二供氢管路，所述第二供氢管路上设置有第二供氢阀15。实际应用过程中，根据氢燃料电池的工作情况，控制所述第二供氢阀15的开闭，以稳定压力向所述氢燃料电池供给氢气。

本实施例中，如图1所示，所述水解反应箱19还具有排压口，所述装置具有与所述排压口连通的泄压管路10，所述泄压管路10上设置有安全阀9，所述水解反应箱19内或者所述排压口处设置有第二压力传感器，以检测所述水解反应箱19内的压力值，当检测到水解反应箱19内的压力值达到安全压力设定值以后，所述安全阀9打开，所述水解反应箱19内的气体会通过所述泄压管路10排出，以保证装置使用过程中的安全性。

为避免氢气的直接排放产生安全隐患，所述装置还包括废气处理单元，如图1所示，所述水解反应箱19具有充氮口和废气排放口，所述废气处理单元包括充氮组件，所述充氮组件包括充氮管路16，所述充氮管路16上设置有单向阀17，所述充氮管路通过所述充氮口向所述水解反应箱19内充入氮气，以使所述水解反应箱19内的残余氢气通过所述废气排放口排出。

所述废气处理单元还包括点火器6，所述点火器6设置在所述废气排放口附近，用于点燃自所述废气排放口排出的残余氢气。更为具体地，本实施例中，如图1所示，所述装置还包括与所述废气排放口连通的废气排放管路7，所述废气排放管路7上设置有废气排放阀8，当需要排出残余氢气时，所述废气排放阀8打开，通过向所述水解反应箱19内充入氮气，以使残余氢气自所述废气排放口和废气排放管路7排出，排出的氢气经所述点火器6点燃，以实现残余氢气的燃烧，避免残余氢气直接排放产生安全隐患。

为使所述装置的便于运输，所述装置还具有外壳1，所述水解反应箱19、送料单元、反应促进溶液输送单元、溶液循环单元、稳压储气罐14均可置于所述外壳1内。

利用本申请可解决随时制氢、可控制氢、稳定供氢、尾气清理、溶液循环及温度控制等技术问题，尤其适用于向氢燃料电池进行在线可持续供氢。

本申请还公开了一种使用上述装置制氢的方法，该方法包括步骤：

通过所述反应促进溶液输送单元将MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液作为反应促进溶液送入水解反应箱19；通过所述送料单元向水解反应箱19内送入氢化镁原料，氢化镁原料与水解反应箱19内的水发生反应生成氢气；在所述氢化镁原料与水反应的过程中，通过所述反应促进溶液输送单元不断向所述水解反应箱19内注入所述反应促进溶液，以加快水解反应的制氢效率，加大制氢量。

实施例2：

在本实施例中，先向所述水解反应箱内输入0.5mol/L的MgCl₂溶液，其中，Mg²⁺离子的浓度为0.5mol/L，Cl^-离子的浓度为1.0mol/L，之后再向水解反应箱内加入氢化镁，如图2所示，在上述离子浓度的MgCl₂溶液下，水解产氢的效率接近100％，首次加料平均出氢速率为4.7mL/min，溶液可循环使用8次，为保证水解速率的稳定性，优选溶液循环次数为3次。

所述MgCl₂溶液能够促进反应制氢的原理为：

MgCl₂+2H₂O→Mg(OH)_2aq↓+2HCl (1)

MgH₂+2HCl→MgCl₂+2H₂↑ (2)

Mg(OH)_2su↓+2HCl→MgCl₂+2H₂O (3)

即氯化镁和水反应在溶液中形成氢氧化镁和盐酸，这部分盐酸和氢化镁反应生成氯化镁和氢气，保持了氯化镁浓度，氢化镁表面的氢氧化镁被第一步反应生成的盐酸中和变为氯化镁和水，因此氯化镁溶液可以作为催化剂循环使用，以延缓氢氧化镁的产生。

实施例3：

在本实施例中，先向所述水解反应箱内输入0.5mol/L的MgCl₂溶液和0.05mol/L的MgSO₄溶液，其中，Mg²⁺离子的浓度为0.55mol/L，Cl^-离子的浓度为1.0mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度为0.05mol/L，之后再向水解反应箱内加入氢化镁，如图3所示，在上述离子浓度的MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液下，水解产氢的效率接近98％，首次加料平均出氢速率为9.4mL/min，且氢化镁的加料量达到0.5mol/L的MgCl₂溶液的2倍，溶液可循环使用8次，为保证水解速率的稳定性，优选溶液循环次数为3次。

在本实施例中，少量硫酸镁的存在可以改善氢化镁在水解过程中生成氢氧化镁的体积膨胀状况，因此可以大大提高可参与反应的氢化镁的总量。

实施例4：

在本实施例中，先向所述水解反应箱内输入1.0mol/L的MgCl₂溶液和0.05mol/L的MgSO₄溶液，其中，Mg²⁺离子的浓度为1.05mol/L，Cl^-离子的浓度为2.0mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度为0.05mol/L，之后再向水解反应箱内加入氢化镁，在上述离子浓度的MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液下，水解产氢的效率接近98％，首次加料平均出氢速率为12mL/min，且氢化镁的加料量达到0.5mol/L的MgCl₂溶液的2倍，溶液可循环使用8次，为保证水解速率的稳定性，优选溶液循环次数为3次。

实施例5：

在本实施例中，先向所述水解反应箱内输入1.0mol/L的MgCl₂溶液和0.1mol/L的MgSO₄溶液，其中，Mg²⁺离子的浓度为1.10mol/L，Cl^-离子的浓度为2.0mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度为0.1mol/L，之后再向水解反应箱内加入氢化镁，在上述离子浓度的MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液下，水解产氢的效率接近95％，首次加料平均出氢速率为12mL/min，且氢化镁的加料量达到0.5mol/L的MgCl₂溶液的3倍，溶液可循环使用5次，为保证水解速率的稳定性，优选溶液循环次数为3次。

实施例6：

在本实施例中，先向所述水解反应箱内输入2.0mol/L的MgCl₂溶液和0.1mol/L的MgSO₄溶液，其中，Mg²⁺离子的浓度为2.1mol/L，Cl^-离子的浓度为4.0mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度为0.1mol/L，之后再向水解反应箱内加入氢化镁，在上述离子浓度的MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液下，水解产氢的效率接近98％，首次加料平均出氢速率为15mL/min，且氢化镁的加料量达到0.5mol/L的MgCl₂溶液的3倍，溶液可循环使用5次，为保证水解速率的稳定性，优选溶液循环次数为3次。

对比例：

在该对比例中，未向所述水解反应箱内添加反应促进溶液，所述水解反应箱内为纯水溶液，结果如图4所示，在不加反应促进溶液的情况下，将所述氢化镁送入所述水解反应箱后，水解产氢的效率仅有8.93％，其供氢效率极低，无法满足氢燃料电池的在先氢源要求。而且，本实施例中，水解反应后，水解反应箱内的溶液浑浊，无法循环使用，造成了能源的浪费。

通过上述各实施例和对比例，可以明显地看出，当在氢化镁水解反应前及水解反应过程中加入MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液时，其能够延缓氢氧化镁的产生，并可溶解氢化镁表面的氢氧化镁，从而大幅降低氢氧化镁在氢化镁表面的附着量，大大加快水解反应制氢的效率，加大制氢量，为氢燃料电池实现在线稳定供氢，且本申请能够形成有效的溶液循环模式，延长溶液的使用时间，降低生产成本。

本申请中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种以氢化镁为原料的制氢装置，其特征在于，包括：

水解反应箱，所述水解反应箱具有进料口和进液口；

送料单元，所述送料单元通过所述进料口向所述水解反应箱内输送氢化镁，所述氢化镁与所述水解反应箱内的水发生水解反应生成氢气；以及

反应促进溶液输送单元，所述反应促进溶液输送单元通过所述进液口向所述水解反应箱内输送反应促进溶液,所述反应促进溶液为MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液；所述反应促进溶液先于所述氢化镁被送入所述水解反应箱。

2.根据权利要求1所述的一种以氢化镁为原料的制氢装置，其特征在于，

所述反应促进溶液中，Cl^-离子的浓度为1.0～10mol/L，Mg²⁺离子的浓度为0.5～6mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度小于或者等于0.5mol/L。

3.根据权利要求1所述的一种以氢化镁为原料的制氢装置，其特征在于，

所述反应促进溶液输送单元包括溶液箱、加液管路以及设置在所述加液管路上的加液泵，所述溶液箱内盛有反应促进溶液，所述溶液箱通过所述加液管路与所述水解反应箱相连。

4.根据权利要求3所述的一种以氢化镁为原料的制氢装置，其特征在于，

所述水解反应箱还具有出液口和循环液入口；

所述装置还包括溶液循环单元，所述溶液循环单元包括循环管路以及设置在所述循环管路上的循环水泵，所述循环管路的一端与所述出液口连通，另一端与所述循环液入口连通；

所述循环管路上还设置有过滤器，所述过滤器用于过滤水解反应产生的残留物。

5.根据权利要求1所述的一种以氢化镁为原料的制氢装置，其特征在于，

所述送料单元包括送料通道，所述送料通道具有出料口，所述出料口或所述进料口处设置有活动挡板，以打开或关闭所述出料口或进料口。

6.根据权利要求5所述的一种以氢化镁为原料的制氢装置，其特征在于，

所述活动挡板面向所述送料通道的一侧设置有密封圈；和/或

所述送料通道外侧具有用于放置干燥剂的容腔，所述容腔具有与所述送料通道的内部空间连通的通孔，所述容腔还具有用于取放所述干燥剂的取放口。

7.根据权利要求5所述的一种以氢化镁为原料的制氢装置，其特征在于，

所述送料通道包括送料段和落料段，所述出料口设置在所述落料段的一端；

所述送料段的出口与所述落料段的入口之间设置有活动阀板；所述活动阀板打开，所述氢化镁自所述送料段落入所述落料段暂存；所述活动阀板关闭，所述送料段与所述落料段的连通被切断。

8.根据权利要求1所述的一种以氢化镁为原料的制氢装置，其特征在于，

所述水解反应箱具有排气口，所述装置还包括稳压储气罐，所述稳压储气罐用于收集自所述排气口排出的氢气。

9.一种以氢化镁为原料的制氢方法，其特征在于，包括步骤：

将MgCl₂溶液和MgSO₄溶液的混合溶液作为反应促进溶液送入水解反应箱；

向水解反应箱内送入氢化镁原料，氢化镁原料与水解反应箱内的水发生反应生成氢气；

在所述氢化镁原料与水反应的过程中，不断向所述水解反应箱内注入所述反应促进溶液。

10.根据权利要求9所述的一种以氢化镁为原料的制氢方法，其特征在于，

所述反应促进溶液中，Cl^-离子的浓度为1.0～10mol/L，Mg²⁺离子的浓度为0.5～6mol/L，SO₄ ^2-离子的浓度小于或者等于0.5mol/L。