CN110627016A - 一种固体粉末制氢剂的制氢方法 - Google Patents

一种固体粉末制氢剂的制氢方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过精制矿粉粉末与清夜发生反应生成氢气的装置和方法，是一种利用工业废料太阳能切割压滤污泥及石英矿粉搅拌制成的固体粉末作为制氢剂与清夜反应的制氢方法，可以应用于车辆等设备上，对于用户来说，只需要定期补充精制矿粉和清夜就可以完成车辆等设备的能源补给，制氢方便、快捷、安全、清洁；并且本发明的制氢成本约为15~18元/kg（即1.3~1.6元/Nm3）；应用本发明的制氢方法几乎可以淘汰传统意义上的储氢罐；而其能量密度远远高于目前市面上性能较好的高压储氢技术；同时本发明制氢快捷、方便，可免去氢气的长距离运输、氢气加氢站储存和车辆加注等增加氢气使用成本的过程，同时可以杜绝因氢气的运输储存造成的诸多安全隐患。

Description

一种固体粉末制氢剂的制氢方法
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，尤其是涉及一种固体粉末制氢剂的制氢方法。
背景技术
目前，制备氢气的几种主要方式包括水煤气法制氢、石油和天然气蒸汽重整制氢、水电解法制氢等，其中水煤气法制氢成本最低，适用规模大，但是二氧化碳排放量最高，且所产生氢气含硫量高，如果用于燃料电池，会导致燃料电池催化剂中毒，如果应用脱硫装置对其产生氢气进行处理，不但增加了额外的成本，对技术标准的要求也很高；石油和天然气蒸汽重整制氢的成本次之，约为0.7~1.6元/Nm3，能量转化率高达72%以上，但环保性不强，未来可以考虑通过碳捕捉技术减少碳排放；水电解法制氢未来可能发展成为氢气来源的主流路线，但目前技术并不成熟。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种利用工业废料作为固体粉末制氢剂的制氢方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其包括以下步骤：
步骤一，将精制矿粉与添加剂及催化剂在搅拌釜内充分搅拌，得到固体物料；
步骤二，将固体物料放入制氢反应釜，按重量比，清液：固体物料＝(5～20):1，将固体物料进行制氢反应；
步骤三，步骤二的制氢反应结束后，接入浓缩过滤机将催化剂浓缩分离出来，按重量比，清洗水：催化剂粉＝1：(0.5～2.5％)进行清洗再生，清洗再生后的催化剂经处理后置回到制氢反应釜；
步骤四，步骤三种得到的浓缩液至中和釜中加酸调节PH值为6～7后，静置3h以上沉淀，再用压滤机进行固液分离得到白炭黑压滤物料；
步骤五，将白炭黑压滤物料烘干，得到白炭黑沉淀粉体，将白炭黑沉淀粉体检验、包装机称重打包；
步骤六，在制氢反应釜中产生的氢气经管道接入纯化缓冲罐后，再用管道接入储气罐，作为氢气源，这时氢气纯度可达到99%，如需进一步纯化或高压灌装则还将添加PSA吸附设备及高压气体压缩机，进行进一步的处理。
进一步地，所述的精制矿粉采用太阳能切割压滤污泥及石英矿粉搅拌制成。
作为优选，所述的精制矿粉的太阳能切割压滤污泥及石英矿粉的比例为2：3，精制矿粉的含水率≤10%。
进一步地，所述的添加剂为碳酸钠或氢氧化钠及氧化钙。
进一步地，所述的催化剂由铂金、镍及高纯碳粉经交联剂混练而成。
作为优选，所述的催化剂中铂金、镍、高纯碳粉、交联剂的重量份比为3%-5%:20%-40%：30%-60%：15%-30%，所述的交联剂为非极性高分子聚合材料；
所述催化剂的制备方法为：即将非极性高分子聚合材料加热为熔融态，将铂金、镍，高纯碳粉、非极性高分子聚合材料按照上述比例混合，混合均匀后冷却静止为固体后，再破碎为粉末既得。
进一步地，步骤二中所述的制氢反应的工艺条件为：控制反应时间3-5h，反应温度60-80℃，PH值10.5-11.5。
进一步地，所述的清液为清水或碱酸，所述碱液的重量浓度不超过10wt％。
进一步地，所述的浓缩过滤机为HNS高效浓缩过滤机。
进一步地，步骤五中所述的烘干的工艺条件为：烘干温度为50～200℃，烘干时间为2～12h，烘干后固形物含水≤ 5wt％。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：
(1)改变储能方式，在特定的时间将浪费的氢能源物质经物理反应方式释放动力转换电能，调整峰谷平衡，降低枢纽负荷，抵消成本过剩与亏欠；
(2)效率高，占地小，节约空间资源，运行成本低廉；
(3)运行使用寿命长，维修维护简单易操作；
(4)无任何环境污染，是一种清洁自然能源环保系统；
(5)抗自然灾害能力强，在任何恶劣环境条件下正常运行；
(6)原料主要采用工业用废料，节能减排，变废为宝。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地说明。
如图1所示的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其包括以下步骤：
步骤一，将精制矿粉与添加剂及催化剂在搅拌釜内充分搅拌，得到固体物料；
步骤二，将固体物料经配料进口置入制氢罐即制氢反应釜中，同时按重量比，清液：固体物料＝(5～20):1向制氢罐中加入清夜，进行制氢反应；
步骤三，步骤二的制氢反应结束后，接入浓缩过滤机将催化剂浓缩分离出来，按重量比，清洗水：催化剂粉＝1：(0.5～2.5％)进行清洗再生，清洗再生后的催化剂经处理后重新置入到制氢罐中；
步骤四，步骤三种得到的浓缩液至中和釜中加酸调节PH值为6～7后，静置3h以上沉淀，再用压滤机进行固液分离得到白炭黑压滤物料；
步骤五，将白炭黑压滤物料烘干，得到白炭黑沉淀粉体，将白炭黑沉淀粉体检验、包装机称重打包；
步骤六，在制氢反应釜中产生的氢气经管道接入纯化缓冲罐后，再用管道接入储气罐，作为氢气源，这时氢气纯度可达到99%，如需进一步纯化或高压灌装则还将添加PSA吸附设备及高压气体压缩机，进行进一步的处理。
进一步地，所述的精制矿粉采用太阳能切割压滤污泥及石英矿粉搅拌制成。
作为优选，所述的精制矿粉的太阳能切割压滤污泥及石英矿粉的比例为2：3，精制矿粉的含水率≤10%。
进一步地，所述的添加剂为碳酸钠或氢氧化钠。
进一步地，所述的催化剂由铂金、镍及高纯碳粉经交联剂混练而成。
作为优选，所述的催化剂中铂金、镍、高纯碳粉、交联剂的重量份比为3%-5%:20%-40%：30%-60%：15%-30%，所述的交联剂为非极性高分子聚合材料。
在一种实施例中，所述催化剂的制备方法为：即将非极性高分子聚合材料加热为熔融态，将铂金、镍，高纯碳粉、非极性高分子聚合材料按照5%:30%：45%：20%的重量份比混合，混合均匀后冷却静止为固体后，再破碎为粉末既得。
在又一种实施例中，所述催化剂的制备方法为：即将非极性高分子聚合材料加热为熔融态，将铂金、镍，高纯碳粉、非极性高分子聚合材料按照3%:40%：30%：27%的重量份比混合，混合均匀后冷却静止为固体后，再破碎为粉末既得。
在一种实施例中，所述催化剂的制备方法为：即将非极性高分子聚合材料加热为熔融态，将铂金、镍，高纯碳粉、非极性高分子聚合材料按照4%:25%：49%：22%的重量份比混合，混合均匀后冷却静止为固体后，再破碎为粉末既得。上述实施例制得的催化剂均具有良好的催化效果。
进一步地，步骤二中所述的制氢反应的工艺条件为：控制反应时间3-5h，反应温度60-80℃，PH值10.5-11.5。
进一步地，所述的清液为清水或碱酸，所述碱液的重量浓度不超过10wt％。
进一步地，所述的浓缩过滤机为HNS高效浓缩过滤机。
进一步地，步骤五中所述的烘干的工艺条件为：烘干温度为50～200℃，烘干时间为2～12h，烘干后固形物含水≤ 5wt％。
本发明的通过精制矿粉粉末与清夜发生反应生成氢气的装置和方法，可以应用于车辆等设备上，对于用户来说，只需要定期补充精制矿粉和清夜就可以完成车辆等设备的能源补给，制氢方便、快捷、安全、清洁；并且本发明的制氢成本约为15~18元/kg（即1.3~1.6元/Nm3）；应用本发明的制氢方法几乎可以淘汰传统意义上的储氢罐；而其能量密度远远高于目前市面上性能较好的高压储氢技术；同时本发明制氢快捷、方便，可免去氢气的长距离运输、氢气加氢站储存和车辆加注等增加氢气使用成本的过程，同时可以杜绝因氢气的运输储存造成的诸多安全隐患。

Claims (10)

1.一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将精制矿粉与添加剂及催化剂在搅拌釜内充分搅拌，得到固体物料；
步骤二，将固体物料放入制氢反应釜，按重量比，清液：固体物料＝(5～20):1，将固体物料进行制氢反应；
步骤三，步骤二的制氢反应结束后，接入浓缩过滤机将催化剂浓缩分离出来，按重量比，清洗水：催化剂粉＝1：(0.5～2.5％)进行清洗再生，清洗再生后的催化剂经处理后置回到制氢反应釜；
步骤四，步骤三种得到的浓缩液至中和釜中加酸调节PH值为6～7后，静置3h以上沉淀，再用压滤机进行固液分离得到白炭黑压滤物料；
步骤五，将白炭黑压滤物料烘干，得到白炭黑沉淀粉体，将白炭黑沉淀粉体检验、包装机称重打包；
步骤六，在制氢反应釜中产生的氢气经管道接入纯化缓冲罐后，再用管道接入储气罐，作为氢气源。
2.根据权利要求1所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：所述的精制矿粉采用太阳能切割压滤污泥及石英矿粉搅拌制成。
3. 根据权利要求1或 2所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：所述的精制矿粉的太阳能切割压滤污泥及石英矿粉的比例为2：3，精制矿粉的含水率≤10%。
4.根据权利要求1所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：所述的添加剂为碳酸钠或氢氧化钠。
5.根据权利要求1所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：所述的催化剂由铂金、镍及高纯碳粉经交联剂混练而成。
6.根据权利要求1或5所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：所述的催化剂中铂金、镍、高纯碳粉、交联剂的重量份比为3%-5%:20%-40%：30%-60%：15%-30%，所述的交联剂为非极性高分子聚合材料；
所述催化剂的制备方法为：即将非极性高分子聚合材料加热为熔融态，将铂金、镍，高纯碳粉、非极性高分子聚合材料按照上述比例混合，混合均匀后冷却静止为固体后，再破碎为粉末既得。
7.根据权利要求1所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：步骤二中所述的制氢反应的工艺条件为：控制反应时间3-5h，反应温度60-80℃，PH值10.5-11.5。
8.根据权利要求1所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：所述的清液为清水或碱酸，所述碱液的重量浓度不超过10wt％。
9.根据权利要求1所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：所述的浓缩过滤机为HNS高效浓缩过滤机。
10. 根据权利要求1所述的一种固体粉末制氢剂的制氢方法，其特征在于：步骤五中所述的烘干的工艺条件为：烘干温度为50～200℃，烘干时间为2～12h，烘干后固形物含水≤5wt％。
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