CN111807321B - 一种海水制氢反应器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海水制氢反应器及方法，所述海水制氢反应器包括硼氢化钠制氢罐、设置在所述硼氢化钠制氢罐内的用于盛放溴化锂溶液的海水淡化罐和用于输送水蒸气并降低所述海水淡化罐内气压的负压装置；所述海水淡化罐设有加热器和进液管；所述负压装置的进口与海水淡化罐连通，所述负压装置的出口与硼氢化钠制氢罐连通；所述硼氢化钠制氢罐设有排气管。本发明将海水淡化罐设置在硼氢化钠制氢罐内，制氢过程中释放的热量可以使海水淡化罐内的温度升高，提高水蒸气的生成速率，制氢过程产生的热量被有效回收，减少加热器能量消耗，因此，本发明的海水制氢反应器能够利用海水制备氢气，能够达到余热利用并节能制氢的目的。

Description

一种海水制氢反应器及方法
技术领域
本发明涉及制氢装置技术领域，更具体地，涉及一种海水制氢反应器及方法。
背景技术
在化石能源即将消耗殆尽的情况下，对新型可再生能源的研究迫在眉睫。氢能是公认的清洁能源，它的燃烧只消耗氧气并且只生成唯一的产物——水。氢能的热值高，环境友好，可再生，被视为未来最有潜力的能量载体。与此同时，制氢工艺也得到了广泛的研究。制氢技术通常分为两大类:一类是电解水制氢，需要消耗电能；另一类是从其它一次能源转化制氢，伴随有能量损失。
海水制氢时，一般采用电解制氢，电解海水制氢会消耗大量电能，能源消耗较大。例如，中国专利申请CN110904464A公开了一种海水电解制氢系统，该制氢系统采用电对水蒸气进行电解，生成氢气和氧气，需要消耗大量的电能。因此，需要开发出新的海水制氢反应器。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述电解海水制氢能源消耗较大的缺陷，提供一种海水制氢反应器，提供的海水制氢反应器能够利用海水制备氢气，制氢过程产生的热量被有效回收，减少能量消耗，实现余热利用并节能制氢的目的。
本发明的另一目的是提供一种海水制氢方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种海水制氢反应器，包括硼氢化钠制氢罐、设置在所述硼氢化钠制氢罐内的用于盛放溴化锂溶液的海水淡化罐和用于输送水蒸气并降低所述海水淡化罐内气压的负压装置；
所述海水淡化罐设有加热器和进液管；
所述负压装置的进口与海水淡化罐连通，所述负压装置的出口与硼氢化钠制氢罐连通；
所述硼氢化钠制氢罐设有排气管。
氢的储运对于氢能利用十分重要。硼氢化钠是很有前途的储氢材料，因为NaBH4本身无毒、不可燃，其水解产物偏硼酸钠也对环境无害，并且从理论上可以回收重新制备硼氢化钠。NaBH4与水反应可生成氢气，可用于制备氢气，使用催化剂可以加快反应速率，反应式具体为NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑
溴化锂溶液的比热容比水小的多，更少的热量即可使其沸腾，同时溴化锂和海水中的盐类不易挥发，使得蒸发的水蒸气不含溴化锂及海水的盐，水蒸气较为纯净。
工作原理：
海水与海水淡化罐的溴化锂溶液混合后，加热器用于提高溴化锂溶液的温度，负压装置维持海水淡化罐内的低压环境，促进其中溶液的水的蒸发，水蒸气通过负压装置输送至硼氢化钠制氢罐；海水淡化罐产生的水蒸气进入硼氢化钠制氢罐内与NaBH4发生制氢反应，制氢过程放出热量，该热量使得海水淡化罐内温度升高，进一步促进海水淡化罐中水的蒸发，使得制氢过程产生的热量被有效回收利用。加热器用于对溴化锂溶液加热，以调节海水淡化罐中的蒸发量，从而调节制氢速率；制氢余热的利用能够有效减少加热器的能量消耗。
综上，本发明将海水淡化罐设置在硼氢化钠制氢罐内，制氢过程中释放的热量可以使海水淡化罐内的温度升高，提高水蒸气的生成速率，制氢过程产生的热量被有效回收，减少加热器能量消耗，因此，本发明的海水制氢反应器能够利用海水制备氢气，能够达到余热利用并节能制氢的目的。
优选地，所述硼氢化钠制氢罐的外壁设有保温层。保温层能够减少硼氢化钠制氢罐的能量流失。
优选地，所述加热器为电加热器。
优选地，所述加热器位于所述海水淡化罐内底部。
优选地，所述进液管的出液口靠近所述硼氢化钠制氢罐内底部。
优选地，所述负压装置为真空泵。
优选地，所述真空泵为机械式真空泵。
优选地，所述负压装置的进口与海水淡化罐的顶部连通。
优选地，所述负压装置的出口与硼氢化钠制氢罐的一端连通，所述硼氢化钠制氢罐的另一端与排气管连通。
优选地，所述排气管与硼氢化钠制氢罐的顶部连通。
本发明还保护一种海水制氢方法，所述海水制氢方法采用上述海水制氢反应器，所述海水制氢方法包括如下步骤：
S1. 所述海水淡化罐内盛放溴化锂溶液，向所述海水淡化罐内加入海水，开启加热器和负压装置，所述海水淡化罐产生水蒸气；
S2. 水蒸气通过负压装置进入硼氢化钠制氢罐，水蒸气与硼氢化钠反应生成氢气，氢气通过排气管排出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将海水淡化罐设置在硼氢化钠制氢罐内，制氢过程中释放的热量可以使海水淡化罐内的温度升高，提高水蒸气的生成速率，制氢过程产生的热量被有效回收，减少加热器能量消耗，因此，本发明的海水制氢反应器能够利用海水制备氢气，能够达到余热利用并节能制氢的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1的海水制氢反应器的结构示意图。
其中，101、排气管，102、保温层，103、硼氢化钠制氢罐，104、进液管，105、电加热器，106、负压装置，107、海水淡化罐。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例中的原料均可通过市售得到；
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
本实施例提供一种海水制氢反应器，如图1所示，包括硼氢化钠制氢罐103、设置在硼氢化钠制氢罐103内的用于盛放溴化锂溶液的海水淡化罐107和用于输送水蒸气并降低海水淡化罐107内气压的负压装置106。
海水淡化罐107设有加热器和进液管104。具体的，加热器为电加热器105。加热器位于海水淡化罐107内底部。进液管104的出液口靠近硼氢化钠制氢罐103内底部。
负压装置106的进口与海水淡化罐107连通，负压装置106的出口与硼氢化钠制氢罐103连通。具体地，负压装置106的进口与海水淡化罐107的顶部连通；负压装置106的出口与硼氢化钠制氢罐103的一端连通，硼氢化钠制氢罐103的另一端与排气管101连通。具体地，负压装置106为真空泵，该真空泵为机械式真空泵。
硼氢化钠制氢罐103设有排气管101。具体地，排气管101与硼氢化钠制氢罐103的顶部连通
另外，本实施例的硼氢化钠制氢罐103的外壁设有保温层102。保温层102能够减少硼氢化钠制氢罐103的能量流失。保温层102采用聚苯乙烯工业保温材料。
工作原理：
海水与海水淡化罐107的溴化锂溶液混合后，加热器用于提高溴化锂溶液的温度，负压装置106维持海水淡化罐107内的低压环境，促进其中溶液的水的蒸发，水蒸气通过负压装置106输送至硼氢化钠制氢罐103；海水淡化罐107产生的水蒸气进入硼氢化钠制氢罐103内与NaBH4发生制氢反应，制氢过程放出热量，该热量使得海水淡化罐107内温度升高，进一步促进海水淡化罐107中水的蒸发，使得制氢过程产生的热量被有效回收利用。加热器用于对溴化锂溶液加热，以调节海水淡化罐107中的蒸发量，从而调节制氢速率；制氢余热的利用能够有效减少加热器的能量消耗。
实施例2
本实施例提供一种海水制氢方法，采用实施例1的海水制氢反应器，方法包括如下步骤：
S1. 海水淡化罐107内盛放溴化锂溶液，向海水淡化罐107内加入海水，开启加热器和负压装置106，海水淡化罐107产生水蒸气；
S2. 水蒸气通过负压装置106进入硼氢化钠制氢罐103，水蒸气与硼氢化钠反应生成氢气，氢气通过排气管101排出。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海水制氢反应器，其特征在于，包括硼氢化钠制氢罐（103）、设置在所述硼氢化钠制氢罐（103）内的用于盛放溴化锂溶液的海水淡化罐（107）和用于输送水蒸气并降低所述海水淡化罐（107）内气压的负压装置（106）；
所述海水淡化罐（107）设有加热器和进液管（104）；
所述负压装置（106）的进口与海水淡化罐（107）连通，所述负压装置（106）的出口与硼氢化钠制氢罐（103）连通；所述硼氢化钠制氢罐（103）的外壁设有保温层（102）；
所述硼氢化钠制氢罐（103）设有排气管（101）。
2.根据权利要求1所述的海水制氢反应器，其特征在于，所述加热器为电加热器（105）。
3.根据权利要求1所述的海水制氢反应器，其特征在于，所述加热器位于所述海水淡化罐（107）内底部。
4.根据权利要求1所述的海水制氢反应器，其特征在于，所述进液管（104）的出液口靠近所述硼氢化钠制氢罐（103）内底部。
5.根据权利要求1所述的海水制氢反应器，其特征在于，所述负压装置（106）为真空泵。
6.根据权利要求5所述的海水制氢反应器，其特征在于，所述真空泵为机械式真空泵。
7.根据权利要求1所述的海水制氢反应器，其特征在于，所述负压装置（106）的进口与海水淡化罐（107）的顶部连通。
8.根据权利要求1所述的海水制氢反应器，其特征在于，所述负压装置（106）的出口与硼氢化钠制氢罐（103）的一端连通，所述硼氢化钠制氢罐（103）的另一端与排气管（101）连通。
9.一种海水制氢方法，其特征在于，采用权利要求1~8任一项所述海水制氢反应器，所述海水制氢方法包括如下步骤：
S1. 所述海水淡化罐（107）内盛放溴化锂溶液，向所述海水淡化罐（107）内加入海水，开启加热器和负压装置（106），所述海水淡化罐（107）产生水蒸气；
S2. 水蒸气通过负压装置（106）进入硼氢化钠制氢罐（103），水蒸气与硼氢化钠反应生成氢气，氢气通过排气管（101）排出。
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