CN217051646U - 一种氢化镁水解制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种氢化镁水解制氢装置，其特征在于，包括：反应系统，其包括反应釜；充氮装置，所述充氮装置与所述反应釜的充氮口连接；加料系统，所述加料系统的出料口与所述反应釜的加料口连接；加液系统，所述加液系统的出液口与所述反应釜的进液口连接；冷却系统，所述冷却系统与所述反应釜连接；以及储氢装置，其与所述反应釜连接，并配置为储存反应釜反应所得的氢气。

Description

一种氢化镁水解制氢装置

技术领域

本实用新型涉及一种氢化镁水解制氢装置，属于氢气制备技术领域。

背景技术

目前人类使用的能源，如石油、天然气、煤均等为不可再生资源，而太阳能、风能、水能等可再生能源受环境及地理因素影响，暂时不具备为人类提供稳定可靠能源的能力。随着科技发展，化石燃料遭到了大规模开采利用，储量日益减少，寻找新能源这件事已经迫在眉睫。

氢气作为一种理想的可再生资源，具备高效率、高收益的特点，氢气可直接作为燃料用于发电、交通运输等，其反应产物是水，因而氢气是真正意义上的清洁能源和可持续能源。

氢气的应用需要解决制氢、贮存及运输等三方面的限制：(1)制备成本高；(2)制氢效率低；(3)氢气化学性质活泼，储存难度大。

现有技术中，氢化镁水解制氢技术是克服上述不足，实现制氢、存储、运输一体化的其中一种有效方案。电解水制氢技术是现在使用最广泛的将可再生资源转换为氢的技术，制氢工艺过程比较简单，也不会产生污染，但分解水的能量需由外界提供，需要消耗大量电能。

在众多活性金属及氢化物中，镁基材料具有很高的理论制氢量。Mg化合物的地球资源丰富，其中MgH₂化合物在室温下即可水解、放氢量大、密度小。镁基材料易储存、反应条件温和、副产物为对环境友好的Mg(OH)₂，极具发展潜力。其次，Mg H₂还具备防氧化性。

Mg H₂由于氢离子带负电，极其不稳定，遇水发生歧化反应生成H₂和水，参加反应的H₂0分子中一半的H原子以H₂的形式放出，放氢量增大1倍，在制氢技术领域中具有显著优势。

目前制约氢化镁水解制氢工程化应用的主要障碍是：(1)氢化镁室温水解生成氢氧化镁，附着在未反应的氢化镁表面，阻止水解过程的进一步进行，化学反应效率降低；(2)与传统化石能源相比较，利用氢化镁水解制氢，成本相对较高；(3)在低温环境时，水解反应效率较低，而高温环境时水解反应又太过激烈，易产生安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的氢化镁水解制氢装置。

本实用新型实施例解决上述问题所采用的技术方案是：一种氢化镁水解制氢装置，其特征在于，包括：

反应系统，其包括反应釜；

充氮装置，所述充氮装置与所述反应釜的充氮口连接；

加料系统，所述加料系统的出料口与所述反应釜的加料口连接；

加液系统，所述加液系统的出液口与所述反应釜的进液口连接；

冷却系统，所述冷却系统与所述反应釜连接；以及

储氢装置，其与所述反应釜连接，并配置为储存反应釜反应所得的氢气。

本实用新型实施例所述充氮装置包括氮气罐、氮气压力表和第一电磁阀，所述氮气罐与所述反应釜通过管路连接，氮气压力表及第一电磁阀均设置于所述氮气罐与所述反应釜连接的管路上。

本实用新型实施例所述加料系统包括加料斗及第二电磁阀，所述加料斗与所述反应釜通过管路连接，所述第二电磁阀设置于所述加料斗与所述反应釜的连接管路。

本实用新型实施例所述加液系统包括加液箱、第一抽水泵、流量计及第七电磁阀，所述加液系统与所述反应釜通过管路连接，所述第一抽水泵设置于所述加液系统与所述反应釜的连接管路上并配置为将物料抽至所述反应釜，所述流量计与所述第七电磁阀均设置于所述加液系统与所述反应釜的连接管路上。

本实用新型实施例所述冷却系统包括冷却水槽、第二抽水泵、第三电磁阀、第四电磁阀，所述冷却水槽通过第一管路和第二管路分别与所述反应釜的进水管及出水管连接，所述第三电磁阀设置于所述第一管路上，所述第四电磁阀设置于所述第二管路上，所述第二抽水泵设置于所述第一管路上。

本实用新型实施例所述进水管设置于所述反应釜的上部，而所述出水管设置于所述反应釜的底部。

本实用新型实施例还包括排污装置，所述排污装置包括废液收集箱、第五电磁阀及第三抽水泵，所述废液收集箱与所述反应釜通过管路连接，所述第五电磁阀及所述第三抽水泵分别设置于所述排污装置与所述反应釜的连接管路上。

本实用新型实施例所述储氢装置包括储气罐、排氢气管、第六电磁阀、氢气流量计及充气泵，所述储气罐通过所述排氢气管与所述反应釜连接，所述第六电磁阀、所述氢气流量计及所述充气泵均设置于所述排氢气管上。

本实用新型实施例所述反应釜具有上盖，所述排氢气管设置于所述上盖上。

本实用新型实施例所述反应釜上设置有温度计。

本实用新型与现有技术相比，具有以下一条或多条优点或效果：结构简单，设计合理；制氢材料采用氢化镁，放氢量大，密度小，还具有抗氧化性，无须再采取其它的抗氧化措施；反应系统和冷却系统，可保证反应的安全性，及反应的高效率，冷却系统使制氢装置能够及时降低反应温度，使其稳定工作，反应更加安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中的氢化镁水解制氢装置的结构框图。

图2是本实用新型实施例中的氢化镁水解制氢装置的局部的立体结构示意图。

图3是本实用新型实施例中的储氢装置的结构示意图。

图4是本实用新型实施例中的充氮装置的结构示意图。

图5是本实用新型实施例中的冷却系统的结构示意图。

图6是本实用新型实施例中的排污装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

参见图1至图6，本实施例的氢化镁水解制氢装置，包括反应系统、充氮装置、加料系统、加液系统、冷却系统、储氢装置和排污装置。反应前通过充氮装置排除反应釜内空气，加液系统中储存40℃的柠檬酸水溶液，加料系统中为反应物氢化镁，通过加料装置和加液装置将反应物输送到反应系统中，以制取氢气。冷却系统用于控制反应温度，反应结束废液流入排污装置进行收集。

本实施例中的反应系统，其包括反应釜1。

本实施例中的充氮装置，与所述反应釜1的充氮口连接。当反应釜中的氢气体积分数为百分之四到百分之七十五时，遇到火源，可引起爆炸。为避免类似事件的发生，通过充氮装置，在开始制氢工作前，对反应釜1进行充氮，氮气充入量等于或大致等于反应釜1体积，此时，视为反应釜1内无空气。

本实施例中的加料系统的出料口与所述反应釜1的加料口连接，以对反应釜1进行加料。具体的，将φ14的颗粒状氢化镁，通过加料系统而加入反应釜1。MgH₂为固体物料，氢化镁具有较高的理论储氢量，其理论氢含量可以达到15.2％(质量分数)。材料氢化镁成本低，在水解制氢领域具有广阔发展前景。

本实施例中的加液系统的出液口与所述反应釜1的进液口连接。具体的，加预先加热到40℃的柠檬酸水保存于加液系统，并可将柠檬酸水进入到反应釜1内。柠檬酸，C₆H₈O₇，是一种重要的有机酸，为无色晶体，无臭，酸性，易溶于水。溶于水中会生成游离的氢离子，氢离子可与氢化镁水解的反应物发生反应，破坏Mg(OH)₂的保护层。同时，又可与氢化镁中的-1价的氢反应，生成氢气，一定程度上加快反应进程。

本实施例中的冷却系统与所述反应釜1连接，以用于控制反应釜1内的温度。由于氢化镁水解是放热反应，会放出大量的热，使得反应温度升高。而在低温环境时，水解反应效率较低，在高温环境时水解反应又太过激烈，易产生安全隐患。故设置冷却系统，以控制反应釜1内的温度，防止温度过高而发生事故。

本实施例中储氢装置，其与所述反应釜1连接，并配置为储存反应釜1反应所得的氢气。

本实施例所述充氮装置包括氮气罐2、氮气压力表3和第一电磁阀4，所述氮气罐2与所述反应釜1通过管路连接，氮气压力表3及第一电磁阀4均设置于所述氮气罐2与所述反应釜1连接的管路上。开始制氢工作前，打开第一电磁阀4和氮气压力表3，通过氮气压力表3监测氮气充入量，当氮气充入量等于反应釜1体积时，关闭第一电磁阀4。本实施例中的第一电磁阀4为法兰控制电磁阀。

本实施例所述加料系统包括加料斗5及第二电磁阀6，所述加料斗5与所述反应釜1通过管路连接，所述第二电磁阀6设置于所述加料斗5与所述反应釜1的连接管路。进一步的，加料系统还可包括进料电机、流量阀，以完成进料及进料量的控制。第二电磁阀6可为法兰电磁阀。通过第二电磁阀6及流量阀，可精确控制加料的量。

本实施例所述加液系统包括加液箱7、第一抽水泵8、流量计9及第七电磁阀10，所述加液系统与所述反应釜1通过管路连接，所述第一抽水泵8设置于所述加液系统与所述反应釜1的连接管路上并配置为将物料(柠檬酸水)抽至所述反应釜1，所述流量计9与所述第七电磁阀10均设置于所述加液系统与所述反应釜1的连接管路上。本实施例中，可通过加热电机加热柠檬酸水，并存入加液箱7，而加液箱7可配置为具有保温功能。具体的，加液箱7上可设置保温层。流量计9用于测量流经的溶液的量。

本实施例所述冷却系统包括冷却水槽11、第二抽水泵12、第三电磁阀13、第四电磁阀14，所述冷却水槽11通过第一管路111和第二管路112分别与所述反应釜1的进水管及出水管连接，所述第三电磁阀13设置于所述第一管路111上，所述第四电磁阀14设置于所述第二管路112上，所述第二抽水泵12设置于所述第一管路111上。

本实施例中的反应釜1设有温度传感器102(温度计)，以监测温度。当温度传感器102检测到反应釜1内的温度高于40℃时，启动循环冷却，控制反应温度维持在制氢效率最高处。当反应釜1内温度高于40℃，温度传感器102反馈信号，打开第三电磁阀13和第四电磁阀14后，第二抽水泵12抽取冷却水槽11中的水，以进行冷却。

本实施例所述进水管设置于所述反应釜1的上部，而所述出水管设置于所述反应釜1的底部。

本实施例还包括排污装置，所述排污装置包括废液收集箱15、第五电磁阀16及第三抽水泵17，所述废液收集箱15与所述反应釜1通过管路连接，所述第五电磁阀16及所述第三抽水泵17分别设置于所述废液收集箱15与所述反应釜1的连接管路上。收集的氢气量达到设定的要求后，需对反应物进行清理，那么先打开第五电磁阀16，并加液装置也打开，用柠檬酸水溶液将反应物清理干净，并通过排污装置排除。上述动作全自动运行，保证排污的高效，专门的废料收集箱15让废料的存储更方便。

本实施例所述储氢装置包括储气罐18、排氢气管19、第六电磁阀20、氢气流量计21及充气泵22，所述储气罐18通过所述排氢气管19与所述反应釜1连接，所述第六电磁阀20、所述氢气流量计21及所述充气泵22均设置于所述排氢气管19上。

本实用新型实施例所述反应釜1具有上盖101，所述排氢气管19设置于所述上盖101上。

本实施例中的反应釜1内可设置搅拌装置，而搅拌装置可包括电机及搅拌桨。搅拌装置的设置可加速反应，且可助于排污。

本实施例中的反应釜1内可置有安全阀，当反应釜1内气压大于安全气压时，该安全阀自动打开，将反应釜内氢气排出，并关闭其它法兰电磁阀，反应停止。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种氢化镁水解制氢装置，其特征在于，包括：

反应系统，其包括反应釜；

充氮装置，所述充氮装置与所述反应釜的充氮口连接；

加料系统，所述加料系统的出料口与所述反应釜的加料口连接；

加液系统，所述加液系统的出液口与所述反应釜的进液口连接；

冷却系统，所述冷却系统与所述反应釜连接；以及

储氢装置，其与所述反应釜连接，并配置为储存反应釜反应所得的氢气。

2.根据权利要求1所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：所述充氮装置包括氮气罐、氮气压力表和第一电磁阀，所述氮气罐与所述反应釜通过管路连接，氮气压力表及第一电磁阀均设置于所述氮气罐与所述反应釜连接的管路上。

3.根据权利要求1所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：所述加料系统包括加料斗及第二电磁阀，所述加料斗与所述反应釜通过管路连接，所述第二电磁阀设置于所述加料斗与所述反应釜的连接管路。

4.根据权利要求1所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：所述加液系统包括加液箱、第一抽水泵、流量计及第七电磁阀，所述加液系统与所述反应釜通过管路连接，所述第一抽水泵设置于所述加液系统与所述反应釜的连接管路上并配置为将物料抽至所述反应釜，所述流量计与所述第七电磁阀均设置于所述加液系统与所述反应釜的连接管路上。

5.根据权利要求1所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：所述冷却系统包括冷却水槽、第二抽水泵、第三电磁阀、第四电磁阀，所述冷却水槽通过第一管路和第二管路分别与所述反应釜的进水管及出水管连接，所述第三电磁阀设置于所述第一管路上，所述第四电磁阀设置于所述第二管路上，所述第二抽水泵设置于所述第一管路上。

6.根据权利要求5所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：所述进水管设置于所述反应釜的上部，而所述出水管设置于所述反应釜的底部。

7.根据权利要求1至5任一所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：还包括排污装置，所述排污装置包括废液收集箱、第五电磁阀及第三抽水泵，所述废液收集箱与所述反应釜通过管路连接，所述第五电磁阀及所述第三抽水泵分别设置于所述排污装置与所述反应釜的连接管路上。

8.根据权利要求1所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：所述储氢装置包括储气罐、排氢气管、第六电磁阀、氢气流量计及充气泵，所述储气罐通过所述排氢气管与所述反应釜连接，所述第六电磁阀、所述氢气流量计及所述充气泵均设置于所述排氢气管上。

9.根据权利要求8所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：所述反应釜具有上盖，所述排氢气管设置于所述上盖上。

10.根据权利要求1所述的氢化镁水解制氢装置，其特征在于：所述反应釜上设置有温度计。

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