CN114906804A - 氢化镁可控持续水解制氢系统 - Google Patents

氢化镁可控持续水解制氢系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢化镁可控持续水解制氢系统。本发明的氢化镁可控持续水解制氢系统包括制氢反应器以及原料罐，制氢反应器包括制氢反应罐以及若干个支撑件，支撑件呈多孔状结构，支撑件设置于制氢反应罐内，相邻的支撑件之间具有间隔且该间隔用于放置氯化镁复合材料，制氢反应罐具有进料口、进液口、出气口以及出料口，原料罐用于存储水解液，原料罐与进液口相通。本发明的氢化镁可控持续水解制氢系统能够实现氢化镁水解制氢过程可控，有效调控氢化镁复合材料在水解制氢系统中产氢稳定性，使氢化镁在常温下就能与水发生反应并且通过水解液流速控制了反应速率，提高了反应速率和产氢率，满足了在常规条件下应用的需要。

Description

氢化镁可控持续水解制氢系统
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，特别是涉及一种氢化镁可控持续水解制氢系统。
背景技术
氢气为替代石油产品的关键替代品之一，作为运输和固定应用的清洁能源载体。尽管氢气是未来一种很有吸引力的燃料替代品，但与石油、天然气或天然气不同，它只是一种能源载体，而不是一种能源。必须开发出有吸引力的氢气生产和储存方法，以利用这种清洁能源载体。氢源和存储系统应具有高能量密度、方便、高效的能源转换、安全、低成本等特点。
氢化镁作为一种固体储氢材料，具有Mg来源广泛、储氢密度大等优点，是一种具有发展潜力的固态储氢材料，可有效的储存氢气，实现氢气的安全运输。然而氢化镁在水解制氢过程中生成的氢氧化镁钝化层会包覆在氢化镁表面，阻止氢化镁与水进一步发生反应，这就导致氢化镁水解制氢过程不可控，在初始阶段放氢速率较快，中后期产氢速率明显较慢。水解制氢过程中生成的难溶于水的产物Mg(OH)2会形成钝化层包覆住未反应的MgH2颗粒，会严重破坏水解反应的持续性，致使反应速率和产氢率偏低，需要消耗大量的水来促进反应，造成了氢化镁制氢技术应用的潜在不持续性问题。
发明内容
基于此，有必要针对传统的氢化镁水解制氢过程不可控，在初始阶段放氢速率较快，中后期产氢速率明显较慢的问题，提供一种氢化镁可控持续水解制氢系统。本发明的氢化镁可控持续水解制氢系统能够实现氢化镁水解制氢过程可控，有效调控氢化镁复合材料在水解制氢系统中产氢稳定性，使氢化镁在常温下就能与水发生反应并且通过水解液流速控制了反应速率，提高了反应速率和产氢率，满足了在常规条件下应用的需要。
一种氢化镁可控持续水解制氢系统，包括制氢反应器以及原料罐，所述制氢反应器包括制氢反应罐以及若干个支撑件，所述支撑件呈多孔状结构，所述支撑件设置于所述制氢反应罐内，相邻的支撑件之间具有间隔且该间隔用于放置氯化镁复合材料，所述制氢反应罐具有进料口、进液口、出气口以及出料口，所述原料罐用于存储水解液，所述原料罐与所述进液口相通。
在其中一些实施例中，所述支撑件的边缘密封连接于所述制氢反应罐，多个所述支撑件将所述制氢反应罐的内腔分隔成多个子腔体。
在其中一些实施例中，多个所述支撑件在所述制氢反应罐内沿着竖直方向顺序分布。
在其中一些实施例中，所述支撑件内设置有砂型滤芯。
在其中一些实施例中，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括进料机构，所述进料机构与所述进料口相通。
在其中一些实施例中，所述进料机构为螺旋推进器。
在其中一些实施例中，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐通过管道与所述出气口连通。
在其中一些实施例中，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括氢气干燥器，所述氢气干燥器与所述氢气缓冲罐连接以用于干燥来自所述氢气缓冲罐的氢气。
在其中一些实施例中，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括流量检测部件，所述流量检测部件通过管道与所述出气口连通。
在其中一些实施例中，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括渣料收集罐，所述渣料收集罐通过管道连通于所述出料口。
在其中一些实施例中，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括水解液输送泵，所述水解液输送泵连接在所述原料罐与所述制氢反应器之间。
在其中一些实施例中，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括第一管道、第二管道、第三管道、第四管道以及第五管道，所述水解液输送泵通过所述第一管道与所述制氢反应器的所述进液口连通，所述水解液输送泵通过所述第二管道与所述原料罐的出口连通，所述制氢反应器的所述出料口通过所述第三管道与所述水解液输送泵连通，所述原料罐的顶部还通过所述第四管道与所述第一管道连通，所述第五管道还连接于所述第二管道。
在其中一些实施例中，所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道、所述第四管道以及所述第五管道上均设置有控制阀。
本发明的氢化镁可控持续水解制氢系统能够实现氢化镁水解制氢过程可控，有效调控氢化镁复合材料在水解制氢系统中产氢稳定性，使氢化镁在常温下就能与水发生反应并且通过水解液流速控制了反应速率，提高了反应速率和产氢率，满足了在常规条件下应用的需要。本发明通过优化水解制氢反应器，使得氢化镁在制氢反应器中产生的氢氧化镁可以通过支撑件上的多孔结构过滤，防止产物氢氧化镁包覆在氢化镁颗粒表面阻碍反应，从而达到提高反应速率和产氢率的效果，实现持续性制氢。本发明的制氢反应器利用多孔结构独特设计的产氢结构可以有效去除氢氧化镁，防止氢氧化镁在氢化镁颗粒表面的覆盖阻碍反应的进行，可实现氢气的可控与持续制备，特别适用于长时间独立的持续用氢场所。
上述的氢化镁可控持续水解制氢系统通过设置多个支撑件将制氢反应罐的内腔分隔成多个子腔体，多个子腔室内的多个氯化镁复合材料能够同时进行反应，提高反应速率和产氢率的效果。
上述的氢化镁可控持续水解制氢系统，通过设置进料机构实现对制氢反应罐的进料，例如进料机构为螺旋推进器，可以实现横向挤出进料，提高进料效率。
上述的氢化镁可控持续水解制氢系统，通过设置渣料收集罐用于储存反应后的渣液也就是氢氧化镁，通过设置氢气干燥器主要用于对氢气进行干燥，设置氢气流量控制器主要用于控制氢气流量的控制。
上述的氢化镁可控持续水解制氢系统，通过设置水解液输送泵，可以实现水解液在所述原料罐与所述制氢反应器之间流动速度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，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。
为了更完整地理解本申请及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
图1为本发明一实施例所述的氢化镁可控持续水解制氢系统示意图；
图2为本发明一实施例所述的氢化镁可控持续水解制氢系统的制氢反应器示意图；
图3为本发明一实施例所述的氢化镁可控持续水解制氢系统与传统的水解制氢反应器的产氢率对比图。
附图标记说明
10、氢化镁可控持续水解制氢系统；100、制氢反应器；110、制氢反应罐；120、支撑件；200、原料罐；300、氢气缓冲罐；400、氢气干燥器；500、流量检测部件；600、渣料收集罐；700、水解液输送泵；810、第一管道；820、第二管道；830、第三管道；840、第四管道；850、第五管道；860、第六管道；900、控制阀；20、氯化镁复合材料。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“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发明和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，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；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，除非另有明确的限定。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。
在本发明中，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。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请实施例提供一种氢化镁可控持续水解制氢系统10，以解决传统的氢化镁水解制氢过程不可控，在初始阶段放氢速率较快，中后期产氢速率明显较慢的问题。以下将结合附图对进行说明。
本申请实施例提供的氢化镁可控持续水解制氢系统10，示例性的，请参阅图1所示，图1为本申请实施例提供的氢化镁可控持续水解制氢系统10的结构示意图。本申请的氢化镁可控持续水解制氢系统10能够用于制备制氢用途。
为了更清楚的说明氢化镁可控持续水解制氢系统10的结构，以下将结合附图对氢化镁可控持续水解制氢系统10进行介绍。
示例性的，请参阅图1所示，一种氢化镁可控持续水解制氢系统10，包括制氢反应器100以及原料罐200。制氢反应器100包括制氢反应罐110以及若干个支撑件120。支撑件120呈多孔状结构。支撑件120设置于制氢反应罐110内，相邻的支撑件120之间具有间隔且该间隔用于放置氯化镁复合材料20。制氢反应罐110具有进料口、进液口、出气口以及出料口。原料罐200用于存储水解液。原料罐200与进液口相通。
在其中一些实施例中，支撑件120的边缘密封连接于制氢反应罐110，多个支撑件120将制氢反应罐110的内腔分隔成多个子腔体。上述的氢化镁可控持续水解制氢系统10通过设置多个支撑件120将制氢反应罐110的内腔分隔成多个子腔体，多个子腔室内的多个氯化镁复合材料20能够同时进行反应，提高反应速率和产氢率的效果。
在其中一些实施例中，制氢反应器100内的温度可以设置为25℃。
在其中一些实施例中，原料罐200、制氢反应器100可采用耐腐蚀材料制备而成，例如不锈钢材料制备而成的不锈钢罐。
在其中一些实施例中，参见图2所示角度，多个支撑件120在制氢反应罐110内沿着竖直方向顺序分布。
在其中一些实施例中，支撑件120内设置有砂型滤芯。
在其中一些实施例中，氢化镁可控持续水解制氢系统10还包括进料机构。进料机构与进料口相通。上述的氢化镁可控持续水解制氢系统10，通过设置进料机构实现对制氢反应罐110的进料，例如进料机构为螺旋推进器，可以实现横向挤出进料，提高进料效率。在设置时，进料口设置于制氢反应罐110的侧面，进料机构水平设置。进料机构在图1与图2中均未示出。
在其中一些实施例中，进料机构为螺旋推进器。
在其中一些实施例中，氢化镁可控持续水解制氢系统10还包括氢气缓冲罐300，氢气缓冲罐300通过管道与出气口连通。
在其中一些实施例中，氢化镁可控持续水解制氢系统10还包括氢气干燥器400。氢气干燥器400与氢气缓冲罐300连接以用于干燥来自氢气缓冲罐300的氢气。氢化镁可控持续水解制氢系统10通过设置氢气干燥器400主要用于对氢气进行干燥。
在其中一些实施例中，氢化镁可控持续水解制氢系统10还包括流量检测部件500。流量检测部件500通过管道与出气口连通。氢化镁可控持续水解制氢系统10设置氢气流量控制器主要用于控制氢气流量的控制。流量检测部件500可以是气体流量计。
在其中一些实施例中，氢化镁可控持续水解制氢系统10还包括渣料收集罐600。渣料收集罐600通过管道连通于出料口。上述的氢化镁可控持续水解制氢系统10通过设置渣料收集罐600用于储存反应后的渣液也就是氢氧化镁，
在其中一个具体示例中，氢化镁可控持续水解制氢系统10同时包括氢气缓冲罐300、氢气干燥器400以及流量检测部件500时，参见图1所示，氢气缓冲罐300、氢气干燥器400以及流量检测部件500依次顺序连接。
在其中一些实施例中，参见图1所示，氢化镁可控持续水解制氢系统10还包括水解液输送泵700。水解液输送泵700连接在原料罐200与制氢反应器100之间。上述的氢化镁可控持续水解制氢系统10，通过设置水解液输送泵700，可以实现水解液在原料罐200与制氢反应器100之间流动速度。
在其中一些实施例中，水解液输送泵700的输送速度可以是2ml/min-6ml/min。例如，在其中一个具体示例中，水解液输送泵700的输送速度为2ml/min。在另一个具体示例中，水解液输送泵700的输送速度为6ml/min。
在其中一些实施例中，参见图1所示，氢化镁可控持续水解制氢系统10还包括第一管道810、第二管道820、第三管道830、第四管道840以及第五管道850。水解液输送泵700通过第一管道810与制氢反应器100的进液口连通，水解液输送泵700通过第二管道820与原料罐200的出口连通，制氢反应器100的出料口通过第三管道830与水解液输送泵700连通，原料罐200的顶部还通过第四管道840与第一管道810连通，第五管道850还连接于第二管道820。
在其中一些实施例中，第一管道810、第二管道820、第三管道830、第四管道840以及第五管道850上均设置有控制阀900。另外，在制氢反应器100与氢气缓冲罐300之间的管道上设置有控制阀900。在氢气缓冲罐300与氢气干燥器400之间的管道上设置有控制阀900。在渣料收集罐600的出口管道上设置有控制阀900。
在其中一些实施例中，参见图1所示，氢化镁可控持续水解制氢系统10还包括第六管道。第六管道的两端分别连接水解液输送泵700、氢气缓冲罐300与氢气干燥器400之间的管道上的控制阀900。
上述的氢化镁可控持续水解制氢系统10在使用时，利用水解液输送泵700将水解液以6ml/min的速度输送进水解制氢反应器100。水解制氢反应器100用于提供氢化镁复合材料水解产生氢气的反应场所，反应温度控制在25℃，且水解制氢反应器100侧部设置有固定进料口，进料采用螺旋推进器从原料罐200运送物料，反应过程中生成的氢氧化镁会通过管路进入渣料罐，氢气经过缓冲罐后通过气体干燥器进行干燥，最后气体通过气体流量计进行监测，记录产生气体的流量和流速。水解制氢系统放氢速率见表1所示，与传统的水解制氢反应器(不使用本申请的水解制氢反应器100)的产氢率对比见图3所示，可见，本发明含有水解制氢反应器100氢化镁可控持续水解制氢系统10的产氢率明显高于传统技术13个百分点。
表1
水解液流速(ml/min) 放氢速率(ml/min)
1 156
2 208
3 261
4 332
5 384
6 432
7 471
综上所示，本发明的氢化镁可控持续水解制氢系统10能够实现氢化镁水解制氢过程可控，有效调控氢化镁复合材料在水解制氢系统中产氢稳定性，使氢化镁在常温下就能与水发生反应并且通过水解液流速控制了反应速率，提高了反应速率和产氢率，满足了在常规条件下应用的需要。本发明通过优化水解制氢反应器100，使得氢化镁在制氢反应器100中产生的氢氧化镁可以通过支撑件120上的多孔结构过滤，防止产物氢氧化镁包覆在氢化镁颗粒表面阻碍反应，从而达到提高反应速率和产氢率的效果，实现持续性制氢。本发明的制氢反应器100利用多孔结构独特设计的产氢结构可以有效去除氢氧化镁，防止氢氧化镁在氢化镁颗粒表面的覆盖阻碍反应的进行，可实现氢气的可控与持续制备，特别适用于长时间独立的持续用氢场所。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，包括制氢反应器以及原料罐，所述制氢反应器包括制氢反应罐以及若干个支撑件，所述支撑件呈多孔状结构，所述支撑件设置于所述制氢反应罐内，相邻的支撑件之间具有间隔且该间隔用于放置氯化镁复合材料，所述制氢反应罐具有进料口、进液口、出气口以及出料口，所述原料罐用于存储水解液，所述原料罐与所述进液口相通。
2.根据权利要求1所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述支撑件的边缘密封连接于所述制氢反应罐，多个所述支撑件将所述制氢反应罐的内腔分隔成多个子腔体。
3.根据权利要求2所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，多个所述支撑件在所述制氢反应罐内沿着竖直方向顺序分布。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述支撑件内设置有砂型滤芯。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括进料机构，所述进料机构与所述进料口相通。
6.根据权利要求5所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述进料机构为螺旋推进器。
7.根据权利要求1-3、6任意一项所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐通过管道与所述出气口连通。
8.根据权利要求7所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括氢气干燥器，所述氢气干燥器与所述氢气缓冲罐连接以用于干燥来自所述氢气缓冲罐的氢气。
9.根据权利要求1-3、6、8任意一项所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括流量检测部件，所述流量检测部件通过管道与所述出气口连通。
10.根据权利要求1-3、6、8任意一项所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括渣料收集罐，所述渣料收集罐通过管道连通于所述出料口。
11.根据权利要求1-3、6、8任意一项所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括水解液输送泵，所述水解液输送泵连接在所述原料罐与所述制氢反应器之间。
12.根据权利要求11所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述氢化镁可控持续水解制氢系统还包括第一管道、第二管道、第三管道、第四管道以及第五管道，所述水解液输送泵通过所述第一管道与所述制氢反应器的所述进液口连通，所述水解液输送泵通过所述第二管道与所述原料罐的出口连通，所述制氢反应器的所述出料口通过所述第三管道与所述水解液输送泵连通，所述原料罐的顶部还通过所述第四管道与所述第一管道连通，所述第五管道还连接于所述第二管道。
13.根据权利要求12所述的氢化镁可控持续水解制氢系统，其特征在于，所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道、所述第四管道以及所述第五管道上均设置有控制阀。
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