CN219636905U - 一种酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，包括反应罐、冷凝器、气液分离器和废液罐，反应罐顶部设置有硼氢化钠进料口、酸催化剂进料口和第一氢气出口，第一氢气出口与冷凝器进料口连通，反应罐侧面设置有废液出口，废液出口与废液罐连通，冷凝器出料口与气液分离器连通，气液分离器底部与废液罐连通，气液分离器顶部设置有第二氢气出口。本实用的装置直接利用酸溶液作为催化剂催化硼氢化钠溶液发生水解反应制氢，可以做到随产随用、快速重复启停，反应启动速度快，产氢速率平稳，无瞬时过冲现象，反应转化率高，反应后的废液呈近中性，对装置没有腐蚀性，可以直接排放。
Description
技术领域
本实用新型属于制氢技术领域，具体涉及一种酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置。
背景技术
近年来氢能和燃料电池快速发展，但民用化普及进展相对缓慢，这主要是由于氢的贮存和输运难题限制了氢气在远离制造场所的应用。相对而言，现场制氢方式更适合给燃料电池提供氢气源或作为野外作业中的氢源使用。硼氢化钠水解制氢是一种较为简便的现场制氢技术，其优点主要有：储氢密度高、制氢速率方便调节、反应可以常温启动、对水质要求低。
现有硼氢化钠水解制氢反应装置采用负载型或粉状的贵金属或非贵金属催化剂来催化硼氢化钠水解，需要预先制备催化剂，并且现有催化剂难以实现反应的快速重复启停；其次硼氢化钠水解在启动阶段会有短时制氢速率过冲现象，有可能会使系统超压；此外硼氢化钠水解后的偏硼酸钠溶液呈较强碱性，对装置有一定的腐蚀性。
实用新型内容
针对上述现有技术，本实用新型提供一种酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，以解决现有硼氢化钠溶液水解产氢装置存在的需要预先制备催化剂、有短时制氢速率过冲现象、对装置有腐蚀性的问题。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，包括反应罐、冷凝器、气液分离器和废液罐，反应罐顶部设置有硼氢化钠进料口、酸催化剂进料口和第一氢气出口，第一氢气出口与冷凝器进料口连通，反应罐侧面设置有废液出口，废液出口与废液罐连通，冷凝器出料口与气液分离器连通，气液分离器底部与废液罐连通，气液分离器顶部设置有第二氢气出口。
本实用采取上述技术方案的有益效果是：使用时，硼氢化钠溶液从硼氢化钠进料口进入反应罐，酸催化剂溶液从酸催化剂进料口进入反应罐，硼氢化钠在酸催化剂的作用下在反应罐内发生反应产生氢气，氢气及其携带的水蒸气自反应罐顶部的第一氢气出口进入冷凝器，反应后的废液从废液出口排入废液罐中。经冷凝器冷却降温后的氢气进入气液分离器进行气液分离器，气液分离后液体存于气液分离器底部，氢气进入气液分离器上部，底部液体排入废液罐中，顶部氢气从第二氢气出口排出。该装置直接利用酸溶液作为催化剂催化硼氢化钠溶液发生水解反应制氢，可以做到随产随用，且可以实现快速重复启停；该反应为均相反应，反应物接触非常充分，可以快速达到稳定状态，不会出现瞬时过冲，反应转化率超过95%；由于酸催化剂的存在，反应后的产物中不含偏硼酸钠，且没有碱液腐蚀问题。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，硼氢化钠进料口与硼氢化钠溶解罐连通，硼氢化钠溶解罐顶部设置有硼氢化钠料仓，硼氢化钠溶解罐与水箱连通。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：硼氢化钠从硼氢化钠料仓进入硼氢化钠溶解罐，水从水箱中进入硼氢化钠溶解罐，使得硼氢化钠在硼氢化钠溶解罐中充分溶解形成溶液，从而获得硼氢化钠溶液。
进一步，酸催化剂进料口与酸催化剂溶解罐连通，酸催化剂溶解罐顶部设置有酸催化剂料仓，酸催化剂溶解罐与水箱连通。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：酸催化剂从酸催化剂料仓进入酸催化剂溶解罐，水从水箱中进入酸催化剂溶解罐，使得酸催化剂在酸催化剂溶解罐中充分溶解形成溶液，从而获得酸催化剂溶液。
进一步，硼氢化钠溶解罐底部设置有第一液位指示表和第一进料泵，酸催化剂溶解罐底部设置有第二液位指示表和第二进料泵。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：根据第一液位指示表和第一进料泵的数据控制硼氢化钠溶解罐中硼氢化钠的溶液浓度和出液量，根据第二液位指示表和第二进料泵的数据控制酸催化剂溶解罐中酸催化剂的溶液浓度和出液量，进而控制反应罐中硼氢化钠和酸催化剂的重量比。
进一步，反应罐上设置有第一温度显示表和第一温压力显示表，反应罐侧面设置有第三液位指示表，废液出口与废液罐间的管路上设置有第一电磁阀，第三液位指示表与第一电磁阀通信连接。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：第一温度显示表和第一温压力显示表分别用于检测反应罐内的温度和压力。反应结束后，手动开启第一电磁阀进行排液，当反应罐中废液液位降至液第三液位指示表的液位时，第一电磁阀自动关闭。
进一步，冷凝器的冷凝水进口和冷凝水出口分别与水箱连通，冷凝器的冷凝水进口和水箱间的管路上设置有第一水泵，第一水泵与第一温度显示表通信连接。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：水箱中的水作为冷却水通过第一水泵输送至冷凝器，与进入冷凝器的氢气及水蒸气进行换热后流出冷凝器回流至水箱。第一水泵与第一温度显示表通信连接，从而可根据第一温度显示表的数据控制第一水泵的开启与关闭，从而控制冷凝效果。
当1号温度表显示的温度超过40℃时，水泵3自动开启，当1号温度表显示的温度低于40℃时，水泵3自动关闭。
进一步，气液分离器上端设置丝网除沫器，第二氢气出口与过滤器连通，气液分离器侧面设置有第四液位指示表和第五液位指示表，气液分离器与废液罐间的管路上设置有第二电磁阀，第四液位指示表和第五液位指示表分别与第二电磁阀通信连接。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：丝网除沫器用于消除雾沫夹带。第二电磁阀能够根据第四液位指示表和第五液位指示表的液位显示自动控制将气液分离器底部的废液排至废液罐。
进一步，废液罐顶部设置有呼吸口，废液罐侧面设置第六液位指示表和第七液位指示表，废液罐侧面底部的废液出口管路上设置有第三电磁阀，第六液位指示表和第七液位指示表分别与第三电磁阀通信连接。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：第三电磁阀能够根据第六液位指示表和第七液位指示表的液位显示自动控制将废液罐中的废液从废液出口管路排出。
进一步，反应罐顶部设置有安全阀，反应罐与N2气瓶连通。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：当反应器内压力达到高限时，安全阀自动打开泄放系统压力。可通过N2气瓶中的N2吹扫气路与反应罐，用于在反应前后分别排空系统内的空气和氢气。
进一步，冷凝器和气液分离器间的管路上设置有第二温度显示表。
本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：第二温度显示表用于显示冷凝后的气体温度。
本实用新型的有益效果是：
本实用的装置直接利用酸溶液作为催化剂催化硼氢化钠溶液发生水解反应制氢，无需提前制备催化剂，使用方便，可以做到随产随用，且可以实现快速重复启停，非常适合应用于不定时长的间歇制氢场景；该反应为均相反应，反应物接触非常充分，制氢反应启动速度快，可以快速达到稳定状态，不会出现瞬时过冲，反应转化率超过95%；制氢反应后的废液呈近中性，对装置没有腐蚀性，可以直接排放；由于酸催化剂的存在，反应后的产物中不含偏硼酸钠，没有碱液腐蚀问题 。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
其中，1、水箱，2、硼氢化钠料仓，3、酸催化剂料仓，4、硼氢化钠溶解罐，5、酸催化剂溶解罐，6、第二水泵，7、第三水泵，8、第一水泵，9、第一进料泵，10、第二进料泵，11、第一液位指示表，12、第二液位指示表，13、第一排液阀，14、第二排液阀，15、反应罐，16、第一温度显示表，17、第一压力显示表，18、第三液位指示表，19、安全阀，20、第一电磁阀，21、冷凝器，22、第二温度显示表，23、气液分离器，24、第四液位指示表，25、第五液位指示表，26、第二电磁阀，27、过滤器，28、废液罐，29、第六液位指示表，30、第七液位指示表，31、第三电磁阀，32、N2气瓶。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
本实用新型的实施例中，如图1所示，提供了一种酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，包括水箱1、反应罐15、冷凝器21、气液分离器23和废液罐28。
反应罐15顶部设置有硼氢化钠进料口、酸催化剂进料口和第一氢气出口，第一氢气出口与冷凝器21进料口连通。反应罐15侧面设置有废液出口，废液出口与废液罐28连通。反应罐15顶部设置有安全阀19。反应罐15与N2气瓶32连通，从而可通过N2排空系统内的空气和氢气。
硼氢化钠进料口与硼氢化钠溶解罐4连通，硼氢化钠进料口与硼氢化钠溶解罐4间的管路上设置有控制进料的第一进料泵9。硼氢化钠溶解罐4顶部设置有硼氢化钠料仓2，硼氢化钠溶解罐4顶部设置有加料口与硼氢化钠料仓2出料口连通，硼氢化钠溶解罐4与水箱1连通，硼氢化钠溶解罐4与水箱1间的管路中设置有用于向硼氢化钠溶解罐4输送水的第二水泵6，从而可在硼氢化钠溶解罐4中完成硼氢化钠溶液的制备。硼氢化钠溶解罐4底部设置有第一液位指示表11、第一排液阀13和第一进料泵9。
酸催化剂进料口与酸催化剂溶解罐5连通，酸催化剂进料口与酸催化剂溶解罐5间的管路上设置有控制进料的第二进料泵10。酸催化剂溶解罐5顶部设置有酸催化剂料仓3，酸催化剂溶解罐5顶部设置有加料口与酸催化剂料仓3出料口连通，酸催化剂溶解罐5与水箱1连通，酸催化剂溶解罐5与水箱1间的管路中设置有用于向酸催化剂溶解罐5输送水的第三水泵7，从而可在酸催化剂溶解罐5中完成酸催化剂溶液的制备。酸催化剂溶解罐5底部设置有第二液位指示表12、第二排液阀14和第二进料泵10。
反应罐15上设置有第一温度显示表16和第一压力显示表17，用于监控反应的温度和压力。反应罐15侧面设置有第三液位指示表18，废液出口与废液罐28间的管路上设置有第一电磁阀20，第三液位指示表18与第一电磁阀20通信连接，从而可根据液位自动停止排液。
冷凝器21出料口与气液分离器23连通，冷凝器21和气液分离器23间的管路上设置有用于监控冷凝效果的第二温度显示表22。冷凝器21的冷凝水进口和冷凝水出口分别与水箱1连通，冷凝器21的冷凝水进口和水箱1间的管路上设置有用于向冷凝器21输送水的第一水泵8，第一水泵8与第一温度显示表16通信连接，从而控制冷凝效果。当第一温度显示表16显示的温度超过40℃时，第一水泵8自动开启，当第一温度显示表16显示的温度低于40℃时，第一水泵8自动关闭。
气液分离器23底部与废液罐28连通，气液分离器23顶部设置有第二氢气出口，第二氢气出口与过滤器27连通。气液分离器23内部上端设置丝网除沫器。气液分离器23侧面设置有第四液位指示表24和第五液位指示表25，气液分离器23与废液罐28间的管路上设置有第二电磁阀26，第四液位指示表24和第五液位指示25表分别与第二电磁阀26通信连接，从而可根据液位进行排废液。
废液罐28顶部设置有呼吸口，废液罐28侧面设置第六液位指示表29和第七液位指示表30，废液罐28侧面底部的废液出口管路上设置有第三电磁阀31，第六液位指示表29和第七液位指示表30分别与第三电磁阀31通信连接，从而可根据液位进行排废液。
制氢前，首先向硼氢化钠料仓2、酸催化剂料仓3中分别加入硼氢化钠和酸催化剂，开启N2气瓶32向系统内通入一定时间的N2，排出反应器15、冷凝器21、气液分离器23、过滤器27以及管路中的空气，然后关闭N2气瓶32。制氢时，硼氢化钠料仓2和酸催化剂料仓3分别自动控制特定重量的硼氢化钠和酸催化剂出料，使硼氢化钠和酸催化剂的重量比符合反应配比，然后启动第二水泵6和第三水泵7按照设定的流速将水箱1中的水分别输送到硼氢化钠溶解罐4和酸催化剂溶解罐5，分别溶解硼氢化钠和酸催化剂，第二水泵6和第三水泵7在达到设定的时间后自动关闭，使得硼氢化钠溶解罐和酸催化剂溶解罐中的硼氢化钠溶液和酸催化剂溶液恰好达到特定浓度。溶解完成后，开启第一进料泵9和第二进料泵10按照设定的流速分别将硼氢化钠溶液和酸催化剂溶液输送入反反应罐15，两种溶液在反反应罐15中接触后发生反应产生氢气，氢气及其携带的水蒸气自反应罐15顶部的第一氢气出口进入冷凝器21。第一温度显示表16和第一压力显示表17分别检测反应罐15内的温度和压力，当第一温度显示表16显示的温度超过40℃时，第一水泵8自动开启，第一水泵8按照设定的流速将水箱1中的水输送至冷凝器21，与进入冷凝器21的氢气及水蒸气进行换热后流出冷凝器21回流至水箱1。氢气冷却降温后进入气液分离器23进行气液分离，第二温度显示表22显示冷凝后的气体温度，气液分离后液体存于气液分离器23底部，氢气进入气液分离器23上部，通过丝网除沫器消除雾沫夹带，然后自第二氢气出口进入过滤器27进一步进行过滤净化处理，经过过滤器27净化后的氢气对外输出。当气液分离器23中液体的液位达到第四液位指示表24的液位时，气液分离器23底部废液出口管路上的第二电磁阀26自动开启，液体自废液出口管路排放至废液罐28；当液位降至第五液位指示表25的液位时，第二电磁阀26自动关闭。在反应过程中，若反应罐15内压力达到高限时，安全阀19自动打开泄放系统压力。当硼氢化钠溶解罐4和酸催化剂溶解罐5内液位分别降至第一液位指示表11和第二液位指示表12的液位时，第一进料泵和第二进料泵分别自动关闭，第一进料泵和第二进料泵也可以随时手动进行关闭，反应随后停止，反应罐15内的废液开始降温，当第一温度显示表16显示的温度低于40℃时，第一水泵8自动关闭。手动开启第一电磁阀20，反应罐15中的废液自废液出口排入废液罐28，当反应罐15中废液液位降至第三液位指示表18的液位时，第一电磁阀20自动关闭。开启N2气瓶32向系统内通入一定时间的N2，排出反应罐15、冷凝器21、气液分离器23、过滤器27以及管路中的氢气，然后关闭N2气瓶32。经过多次反应后，当废液罐28中的废液液位达到第六液位指示表29的液位时，第三电磁阀31自动开启，自动将废液罐28中的废液排出；当废液罐28中的废液液位降至第七液位指示表30的液位时，第三电磁阀31自动关闭。
虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：包括反应罐（15）、冷凝器（21）、气液分离器（23）和废液罐（28），所述反应罐（15）顶部设置有硼氢化钠进料口、酸催化剂进料口和第一氢气出口，所述第一氢气出口与所述冷凝器（21）进料口连通，所述反应罐（15）侧面设置有废液出口，所述废液出口与所述废液罐（28）连通，所述冷凝器（21）出料口与所述气液分离器（23）连通，所述气液分离器（23）底部与所述废液罐（28）连通，所述气液分离器（23）顶部设置有第二氢气出口。
2.根据权利要求1所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述硼氢化钠进料口与硼氢化钠溶解罐（4）连通，所述硼氢化钠溶解罐（4）顶部设置有硼氢化钠料仓（2），所述硼氢化钠溶解罐（4）与水箱（1）连通。
3.根据权利要求2所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述酸催化剂进料口与酸催化剂溶解罐（5）连通，所述酸催化剂溶解罐（5）顶部设置有酸催化剂料仓（3），所述酸催化剂溶解罐（5）与所述水箱（1）连通。
4.根据权利要求3所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述硼氢化钠溶解罐（4）底部设置有第一液位指示表（11）和第一进料泵（9），所述酸催化剂溶解罐（5）底部设置有第二液位指示表（12）和第二进料泵（10）。
5.根据权利要求2所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述反应罐（15）上设置有第一温度显示表（16）和第一压力显示表（17），所述反应罐（15）侧面设置有第三液位指示表（18），所述废液出口与所述废液罐（28）间的管路上设置有第一电磁阀（20），所述第三液位指示表（18）与所述第一电磁阀（20）通信连接。
6.根据权利要求5所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述冷凝器（21）的冷凝水进口和冷凝水出口分别与所述水箱（1）连通，所述冷凝器（21）的冷凝水进口和所述水箱（1）间的管路上设置有第一水泵（8），所述第一水泵（8）与所述第一温度显示表（16）通信连接。
7.根据权利要求1所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述气液分离器（23）上端设置丝网除沫器，所述第二氢气出口与过滤器（27）连通，所述气液分离器（23）侧面设置有第四液位指示表（24）和第五液位指示表（25），所述气液分离器（23）与所述废液罐（28）间的管路上设置有第二电磁阀（26），所述第四液位指示表（24）和所述第五液位指示表（25）分别与所述第二电磁阀（26）通信连接。
8.根据权利要求1所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述废液罐（28）顶部设置有呼吸口，所述废液罐（28）侧面设置第六液位指示表（29）和第七液位指示表（30），所述废液罐（28）侧面底部的废液出口管路上设置有第三电磁阀（31），所述第六液位指示表（29）和第七液位指示表（30）分别与所述第三电磁阀（31）通信连接。
9.根据权利要求1所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述反应罐（15）顶部设置有安全阀（19），所述反应罐（15）与N2气瓶（32）连通。
10.根据权利要求1所述的酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置，其特征在于：所述冷凝器（21）和所述气液分离器（23）间的管路上设置有第二温度显示表（22）。
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| CN202320974811.6U CN219636905U (zh) | 2023-04-26 | 2023-04-26 | 一种酸催化硼氢化钠溶液水解制氢装置 |
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2023
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