CN110877894B - 一种基于镁基储氢材料的储放氢方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于镁基储氢材料的储放氢方法及系统，该方法包括以下步骤：(1)氯化镁经熔融电解产生液态的金属镁和氯气；(2)液态的金属镁经过气体雾化形成金属镁粉末；(3)金属镁粉末通过氢化反应生成氢化镁。该系统包括熔融器、电解槽和氢化镁制备器；熔融器被设置为可将氯化镁熔融；电解槽被设置为可将熔融态的氯化镁电解生成液态的金属镁和氯气；氢化镁制备器被设置为可将液态的金属镁经氩气雾化形成金属镁粉末，并且将金属镁粉末与氢气反应生成氢化镁。
Description
技术领域
本发明涉及储放氢领域，具体地涉及一种基于镁基储氢材料的储放氢方法及系统。
背景技术
氢气作为一种可再生的清洁二次能源，具有许多优点。氢能高效、无污染且可再生，因此开发以氢能为代表的新能源势在必行。然而现阶段交通工具中的氢燃料系统通常都有着储放氢气困难、安全性差、储氢密度低等问题，另外，氢的运输过程能耗大，压缩氢气或液化氢气的成本高，造成资源浪费的现象，因此难以实现规模化商业应用。相比于高压氢气瓶和低温液氢，固态储氢材料具有能量密度大且安全性高等优势，被公认为最具发展前景的储氢方式。
氢化镁由于其较高的储氢容量(7.6wt％)和常温常压下良好的稳定性，被认为是最具应用前景的金属储氢材料之一。目前制备氢化镁的方法主要以镁粉为原料，在加压、加热下直接与氢反应而得。但是市售的镁粉价格昂贵，而且镁粉本身活泼易燃，因此在储存或者使用的时候，存在安全性的问题。在工业领域，如果能以氯化镁为原料，实现氢化镁的制备不仅可以降低成本而且方便安全，能够达到更大的经济效益。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是以氯化镁为原料制备氢化镁，安全、低成本地实现氢气存储、运输和使用。
本发明公开了一种基于镁基储氢材料的储放氢方法，包括以下步骤：
(1)氯化镁经熔融电解产生液态的金属镁和氯气；
(2)液态的金属镁经过气体雾化形成金属镁粉末；
(3)金属镁粉末经氢化反应生成氢化镁。
进一步地，还包括以下步骤：
(4)氢化镁通过加热分解反应生成氢气和镁；
(5)氯气与氢气生成氯化氢；
(6)镁与氯化氢反应得到氯化镁。
进一步地，还包括以下步骤：
(4)氢化镁通过水解反应生成氢气和氢氧化镁或者氢气和氧化镁；
(5)氯气与氢气生成氯化氢；
(6)氢氧化镁或者氧化镁与氯化氢反应得到氯化镁。
进一步地，熔融反应的温度大于660℃。
进一步地，气体雾化中的气体为氩气，氩气的压力为1-15MPa。
进一步地，氢化反应中氢气的压力为0.5-5MPa，氢化反应的温度为200-450℃，氢化反应的时间为1-40h。
进一步地，加热分解反应的温度大于280℃。
本发明还公开了一种基于镁基储氢材料的储放氢装置，包括熔融器、电解槽和氢化镁制备器；熔融器被设置为可将氯化镁熔融；电解槽被设置为可将熔融态的氯化镁电解生成液态的金属镁和氯气；氢化镁制备器被设置为可将液态的金属镁经氩气雾化形成金属镁粉末，并且将金属镁粉末与氢气反应生成氢化镁。
进一步地，还包括氢气制备器、氯化氢反应器和氯化镁再生器；氢气制备器被设置为可通过加热分解将氢化镁中的氢释放，同时生成镁；氯化氢反应器被设置为可收集电解槽中生成的氯气，并使之与氢气反应得到氯化氢；氯化镁再生器被设置为可收集氢气制备器中所生成的镁并使之与氯化氢反应生成氯化镁。
进一步地，还包括氢气制备器、氯化氢反应器和氯化镁再生器；氢气制备器被设置为可通过水解将氢化镁中的氢释放，同时生成氧化镁或者氢氧化镁；氯化氢反应器被设置为收集电解槽中生成的氯气，并使之与氢气反应得到氯化氢；氯化镁再生器被设置为可收集氢气制备器中所生成的氧化镁或者氢氧化镁，并使之与氯化氢反应生成氯化镁。
本发明具有如下优势：氯化镁经济实惠并且可以大量获得，以氯化镁为原料生产氢化镁，能够降低生产成本；在氯化镁熔融电解过程中产生的氯气，可以被氯化氢反应器收集并且与氢气反应生成氯化氢，能够避免大量的氯气因排入大气而造成大气污染；氢化镁通过热解或者水解释放氢气，而在热解中氢化镁还产生镁，在水解中氢化镁还产生氢氧化镁或者氧化镁，镁、氢氧化镁或者氧化镁被氯化镁再生器收集，并且与氯化氢反应生成氯化镁，有利于实现氯化镁的循环使用，到达经济环保的效果。
附图说明
图1是根据本发明的一种基于镁基储氢材料的储放氢工艺流程示意图；
图2是根据本发明的一种不同氢化时间下氢化镁的XRD图谱；
图3是根据本发明的一种不同温度下氢化镁的水解产氢曲线图；
图4是根据本发明的一种氢化镁的加热分解产氢DSC曲线图；
图5是根据本发明的一种不同氢化时间下氢化镁的XRD图谱；
图6是根据本发明的一种不同氢化时间下氢化镁的水解产氢曲线图；
图7是根据本发明的一种氢化镁的加热分解产氢DSC曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
图1示出了根据本发明的一种基于镁基储氢材料的储放氢方法及系统的具体实施例。
从图中可见，氯化镁在熔融器1中经过熔融形成液态的氯化镁；液态的氯化镁流入电解槽2，经过电解得到液态的金属镁和氯气；液态的金属镁流入氢化镁制备器3中，依次经过氩气雾化和氢化得到氢化镁；氯气被氯化氢反应器6收集后与氢气在催化剂的作用下生成氯化氢；氢化镁在氢气制备器4中通过加热分解或者水解放出氢气；氢化镁在加热分解过程中还生成镁，氢化镁经水解还生成氢氧化镁或者氧化镁；镁、氢氧化镁或者氧化镁在氯化镁再生器5中分别与氯化氢反应生成氯化镁，氯化镁进入熔融器1，经熔融形成液态的氯化镁，液态的氯化镁进入下一次循环中。
在一具体实施例中，氯化镁熔融的温度为750℃，氩气雾化中氩气的压力为5MPa，氩气雾化中冷却过程采用循环水，循环水的温度为20℃、压力为2MPa。
在另一具体实施例中，氢化时，通入4MPa氢气，温度维持在400℃，氢化反应时间分别为5h、10h和24h，完成后，收集产物氢化镁。将上述不同氢化时间下所制得的氢化镁分别进行XRD测试，如图2所示，XRD测试结果出现明显且完整的氢化镁晶面特征峰，以及少量的镁特征峰，随着氢化时间的增加，镁特征峰消失，所制得的氢化镁纯度提高。在本实施例中，对氢化24h后的氢化镁进行水解反应实验，水解温度分别为25℃、40℃、55℃、70℃和78.7℃，反应方程式为MgH2+2H2O＝Mg(OH)2+2H2。如图3所示，氢化镁水解产氢量随水解温度的升高而增大。在另一实施例中，对氢化24h后的氢化镁进行加热分解产氢实验，反应方程式为
如图4所示，热失重曲线和DSC曲线均表示氢化镁在420℃时开始分解并产生氢气。氢化镁经水解或者热解产生氢氧化镁或镁，氢氧化镁或镁分别与氯化氢在氯化镁再生器5中反应生成氯化镁，反应方程式为(1)Mg(OH)2+2HCl＝MgCl2+2H2O；(2)Mg+2HCl＝MgCl2+H2。生成的氯化镁进入熔融器，经熔融形成液态的氯化镁，液态的氯化镁进入下一次循环中。
在另一具体实施例中，氢化时，通入3.8MPa氢气，温度维持在415℃，氢化时间分别1h、3h、5h、10h、20h和24h，完成后，收集产物氢化镁。将上述不同氢化时间下所制得的氢化镁分别进行XRD测试。如图5所示，XRD测试结果出现明显且完整的氢化镁晶面特征峰，以及少量的镁特征峰，随着氢化时间的增加，镁特征峰消失，所制得的氢化镁纯度提高。在本实施例中，对不同氢化时间下所制得的氢化镁进行水解反应实验，水解温度为70℃，反应方程式为MgH2+2H2O＝Mg(OH)2+2H2。如图6所示，不同氢化时间的氢化镁在相同水解温度下，不同氢化时间的氢化镁水解产氢量差别不大。在另一实施例中，对氢化24h后的氢化镁进行加热分解产氢实验，反应方程式为
如图7所示，质量百分数曲线和DSC曲线均表示氢化镁在421℃时开始分解并产生氢。氢化镁经水解或者热解产生氢氧化镁或镁，氢氧化镁或镁分别与氯化氢在氯化镁再生器5中反应生成氯化镁，反应方程式为(1)Mg(OH)2+2HCl＝MgCl2+2H2O；(2)Mg+2HCl＝MgCl2+H2。生成的氯化镁进入熔融器，经熔融形成液态的氯化镁，液态的氯化镁进入下一次循环中。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于镁基储氢材料的储放氢方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）氯化镁经熔融电解产生液态的金属镁和氯气；
（2）所述液态的金属镁经过气体雾化形成金属镁粉末；
（3）所述金属镁粉末通过氢化反应生成氢化镁；
还包括以下步骤：
（4）所述氢化镁通过加热分解反应生成氢气和镁；
（5）所述氯气与氢气生成氯化氢；
（6）所述镁与所述氯化氢反应得到氯化镁；
或者还包括以下步骤：
（4）所述氢化镁通过水解反应生成氢气和氢氧化镁或者氢气和氧化镁；
（5）所述氯气与氢气生成氯化氢；
（6）所述氢氧化镁或者氧化镁与所述氯化氢反应得到氯化镁。
2.如权利要求1所述的基于镁基储氢材料的储放氢方法，其中，熔融反应的温度大于660℃。
3.如权利要求1所述的基于镁基储氢材料的储放氢方法，其中，所述气体雾化中的气体为氩气，所述氩气的压力为1-15MPa。
4.如权利要求1所述的基于镁基储氢材料的储放氢方法，其中，所述氢化反应中氢气的压力为0.5-5MPa，所述氢化反应的温度为200-450℃，所述氢化反应的时间为1-40h。
5.如权利要求1所述的基于镁基储氢材料的储放氢方法，其中，所述加热分解反应的温度大于280℃。
6.一种基于镁基储氢材料的储放氢系统，其特征在于，包括熔融器、电解槽和氢化镁制备器；所述熔融器被设置为可将氯化镁熔融；所述电解槽被设置为可将熔融态的氯化镁电解生成液态的金属镁和氯气；所述氢化镁制备器被设置为可将液态的金属镁经氩气雾化形成金属镁粉末，并且将所述金属镁粉末与氢气反应生成氢化镁；
还包括氢气制备器、氯化氢反应器和氯化镁再生器；
所述氢气制备器被设置为可通过加热分解将氢化镁中的氢释放，同时生成镁；所述氯化氢反应器被设置为可收集所述电解槽中生成的氯气，并使之与氢气反应得到氯化氢；以及所述氯化镁再生器被设置为可收集所述氢气制备器中所生成的镁，并使之与所述氯化氢反应生成氯化镁；或者
所述氢气制备器被设置为可通过水解将氢化镁中的氢释放，同时生成氧化镁或者氢氧化镁；所述氯化氢反应器被设置为收集所述电解槽中生成的氯气，并使之与氢气反应得到氯化氢；以及所述氯化镁再生器被设置为可收集所述氢气制备器中所生成的氧化镁或者氢氧化镁，并使之与所述氯化氢反应生成氯化镁。
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2018
- 2018-09-06 CN CN201811036548.6A patent/CN110877894B/zh active Active
Patent Citations (4)
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| 氯化盐溶液中氢化燃烧合成MgH2的水解制氢性能;刘虎等;《电源技术》;20150331;第139卷(第3期);第488页1.1，第489页1.2，第489页右栏和第490页左栏 * |
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