CN101186275A - 移动式制氢储氢一体化装置及其供氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种移动式制氢储氢一体化装置及其供氢方法。本发明属于氢气制备技术领域。移动式制氢储氢一体化装置，包括氢气发生器和氢气储罐，其特点是：氢气发生器经管路连接气水分离器，气水分离器经管路连接氢气净化器，氢气净化器经管路连接氢气储罐，氢气储罐设有温度调控装置。供氢方法是：氢气发生器内发生化学反应制取氢气，氢气通过气水分离器进行气水分离，然后经氢气净化器进行净化，通过调控温度使净化后的氢气贮存于氢气储罐，使用氢气时，通过调控温度使氢气储罐供氢。本发明具有结构简单、造价低廉，工艺可靠、安全，制氢速率高，氢气纯度高，耗能少，无污染等优点，特别适合于移动式场合应用。
Description
技术领域
本发明属于氢气制备技术领域，特别是涉及一种移动式制氢储氢一体化装置及其供氢方法。
背景技术
氢作为一种重要的化学物质在化学、石油、食品、冶金等工业领域中有广泛的应用。同时氢还是一种清洁的能源材料。要实现氢能的大规模应用，低成本的制氢技术和安全高效的储氢技术是关键。
许多金属或化合物，如铝、锌、硼氢化钠、氢化钠、氢化锂、氢化钙等，可以与水反应产生氢气。利用这些反应可以制取氢气：
2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2NaBH4+2H2O2NaAlO2+4H2↑
2CaH2+2H2O2Ca(OH)2+2H2↑
NaH+H2ONaOH+H2↑
但众多的试验表明：这些反应虽然能实现氢气的现制现用，但反应过程很难控制，尤其是用于移动式场合时，无法为氢气用户提供稳定的氢气流量。
目前氢气的储存方式大致有：①高压氢气瓶法；②低温液化氢法；③金属氢化物固态储氢法；④碳材料吸附储氢法。高压氢气瓶法和低温液化氢法都存在使用和运输过程中成本高、安全性差等缺点；碳材料吸附储氢目前尚处在研究阶段。金属氢化物固态储氢法是简便、廉价、安全的储氢方法，但在实际操作时，金属氢化物储氢罐需要有足够压力的氢气源补充才能反复使用，应用于移动式场合，极为不便。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，而提供了一种移动式制氢储氢一体化装置及其供氢方法。
本发明的目的之一是提供一种移动式、体积小、重量轻、便于携带，结构简单、成本低，运行安全稳定的移动式制氢储氢一体化装置。
本发明移动式制氢储氢一体化装置采取如下技术方案：
移动式制氢储氢一体化装置，包括氢气发生器和氢气储罐，其特点是：氢气发生器经管路连接气水分离器，气水分离器经管路连接氢气净化器，氢气净化器经管路连接氢气储罐，氢气储罐设有温度调控装置。
本发明移动式制氢储氢一体化装置还可以采取如下技术措施进一步实现：
所述的移动式制氢储氢一体化装置，其特点是：氢气发生器为罐状结构，设有氢气出口、进料口、排液口，经管道连接有液槽。
所述的移动式制氢储氢一体化装置，其特点是：气水分离器为罐状结构，设有氢气进口、氢气出口、排液口，氢气发生器与气水分离器间设有冷却器。
所述的移动式制氢储氢一体化装置，其特点是：氢气净化器为罐状结构，设有氢气进口、氢气出口、干燥剂进口、干燥剂出口。
所述的移动式制氢储氢一体化装置，其特点是：氢气储罐为金属氢化物储罐，氢气储罐设有的温度调控装置为温度调节水浴槽。
本发明的目的之二是提供一种工艺可靠、运行安全，操作简单、使用方便，制氢速率高，耗能少，无污染的移动式制氢储氢一体化装置供氢方法。
本发明移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法采取如下技术方案：
移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，氢气发生器制氢后，进入氢气储罐贮存，其特点是：氢气发生器内发生化学反应制取氢气，氢气通过气水分离器进行气水分离，然后经氢气净化器进行净化，通过调控温度使净化后的氢气贮存于氢气储罐，使用氢气时，通过调控温度使氢气储罐供氢。
本发明移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法还可以采取如下技术措施进一步实现：
所述的移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，其特点是：氢气发生器制氢采用金属或化合物与水反应进行制取的工艺方法。
所述的移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，其特点是：气水分离是将制得的氢气经冷却器冷却后，或直接进入气水分离器，然后进行排水，实现气水分离过程的。
所述的移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，其特点是：氢气净化是将氢气通过装有干燥剂净化器，由干燥剂吸收氢气中的水分，实现氢气净化过程的。
所述的移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，其特点是：调控温度装置为调节水浴槽温度，使氢气储罐贮存氢气或提供氢气。
本发明利用金属或化合物，如铝、锌、硼氢化钠、氢化钠、氢化锂、氢化钙等，与水反应来制取氢气，调节氢气储罐水浴槽温度，产生氢气经纯化后直接充入金属氢化物储罐中，使整个反应***始终处于安全的低压状态；需要使用氢气时，调节氢气储罐水浴槽温度，可以获得所需的压力和流量，直接为用氢设备提供氢气或为其它储氢罐提供氢源，或用作加氢站。
本发明具有的优点和积极效果：
移动式制氢储氢一体化装置及其供氢方法，由于采用了本发明全新的技术方案，因此***具有了以下主要特点：
1)原料来源广泛，既可以使用化学纯原料，也可使用废液；既可以使用铝粉、铝颗粒，也可使用废铝屑、废铝片等。
2)将制氢和储氢融为一体，结构简单、造价低廉、使用方便，体积小、重量轻，便于携带，装置安全、可靠，性能好。
3)氢气纯度高，杂质少。
4)氢气制备过程中耗能低，副产品均可回收再利用。
综上所述，本发明具有结构简单、造价低廉、工艺可靠、制氢速率高、耗能少，无污染等优点，特别适合于移动式场合应用。
附图说明
图1是本发明移动式制氢储氢一体化装置结构示意图；
图2是氢气发生器结构示意图；
图3是图2的俯视结构示意图；
图4是气水分离器结构示意图；
图5是图4的俯视结构示意图；
图6是氢气净化器结构示意图；
图7是图6的俯视结构示意图。
图中，1-氢气发生器，1.1-排液口，1.2-阀门，1.3-氢气出口，1.4-进料口，1.5-温度计，1.6-压力计，1.7-高位水槽，1.8-放空阀，1.9-安全阀，2-蛇形管，3-气水分离器，4-氢气净化器，5-氢气储罐，6-供氢出口，7-水浴槽。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实例并结合附图进行详细说明如下：
实施例1
参照附图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7。
移动式制氢储氢一体化装置，由氢气发生器1、气水分离器3、氢气净化器4和氢气储罐5及相关管道、阀门、仪表组成，氢气发生器1为罐状结构，设有氢气出口1.3、进料口1.4、排液口1.1，装有温度计1.5，经管道阀门1.2连接有高位水槽1.7，氢气出口管道连接氢气放空阀1.8、氢气安全阀1.9、压力计1.6。气水分离器3为罐状结构，设有氢气进口3.1、氢气出口3.3和排水口3.2，氢气发生器1与气水分离器3间装有蛇形管2。氢气净化器4为罐状结构，设有氢气进口、氢气出口、干燥剂4.1进口4.2和干燥剂出口4.3。氢气储罐5为金属氢化物储罐，氢气储罐设有的温度调节水浴槽7。其构造和连接方式为液体储料容器通过管道与氢气发生器相连接，氢气发生器通过管道依次与蛇形管、气水分离器、氢气净化器、氢气储罐相连接，氢气发生器、气水分离器与排液管道相连，氢气净化器连接有干燥剂进出口，氢气储罐设有供氢出口6，由阀门控制。
实施例2
实施例1移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法：氢气发生器采用金属或化合物与水反应制取氢气，将制得的氢气经蛇形管冷却后进入气水分离器，气水分离器进行排水，实现气水分离器的气水分离过程。气水分离后的氢气通过装有干燥剂氢气净化器，由干燥剂吸收氢气中的水分，实现氢气净化器对氢气的净化过程。通过调低水浴槽温度，使氢气储罐存储氢气。使用氢气时，通过调高水浴槽温度，使氢气储罐供氢。
实施例3
实施例1的移动式制氢储氢一体化装置。铝粉90g，氢氧化钠160g，加入氢气反应器，加水165g，铝粉与氢氧化钠发生反应产生氢气，经气水分离器和氢气净化器进入氢气储罐，氢气储罐设计容量120NL，置于0℃冰水混合物中，产生的氢气全部被氢气储罐吸收，反应结束后，调节氢气储罐水浴槽温度至40℃，产生0.5MPa压力，以1NL/min的速度开始稳定供氢；调节氢气储罐水浴槽温度至80℃，产生1.0MPa压力，以1NL/min的速度开始稳定供氢。
实施例4
实施例1的移动式制氢储氢一体化装置。铝粉480g，加入氢气反应器，注入1mol/L氢氧化钠溶液18L，铝粉与氢氧化钠发生反应产生氢气，经气水分离器和氢气净化器进入氢气储罐，氢气罐设计容量650NL，置于20℃水浴中，产生的氢气全部被氢气储罐吸收，反应结束后，调节氢气储罐水浴槽温度至60℃，产生0.7MPa压力，以5NL/min的速度开始稳定供氢；调节氢气储罐水浴槽温度至80°℃，产生1.2MPa压力，以5NL/min的速度开始稳定供氢。
实施例5
实施例1的移动式制氢储氢一体化装置。硼氢化钠450g，加入氢气反应器，注入1000g含2％(wt)氯化钴的水溶液，硼氢化钠在氯化钴的催化作用下与水发生反应产生氢气，经气水分离器和氢气净化器进入氢气储罐，氢气储罐设计容量1200NL，置于20℃水浴中，产生的氢气全部被氢气储罐吸收，反应结束后，调节氢气储罐水浴槽温度至60℃，产生0.6MPa压力，以10NL/min的速度开始稳定供氢；调节氢气储罐水浴槽温度至80℃，产生0.8MPa压力，以15NL/min的速度开始稳定供氢。
Claims (10)
1.一种移动式制氢储氢一体化装置，包括氢气发生器和氢气储罐，其特征是：氢气发生器经管路连接气水分离器，气水分离器经管路连接氢气净化器，氢气净化器经管路连接氢气储罐，氢气储罐设有温度调控装置。
2.根据权利要求1所述的移动式制氢储氢一体化装置，其特征是：氢气发生器为罐状结构，设有氢气出口、进料口、排液口，经管道连接有液槽。
3.根据权利要求1所述的移动式制氢储氢一体化装置，其特征是：气水分离器为罐状结构，设有氢气进口、氢气出口、排液口，氢气发生器与气水分离器间设有冷却器。
4.根据权利要求1所述的移动式制氢储氢一体化装置，其特征是：氢气净化器为罐状结构，设有氢气进口、氢气出口、干燥剂进口、干燥剂出口。
5.根据权利要求1所述的移动式制氢储氢一体化装置，其特征是：氢气储罐为金属氢化物储罐，氢气储罐设有的温度调控装置为水浴槽。
6.根据权利要求1所述移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，氢气发生器制氢后，进行储氢，其特征是：氢气发生器内发生化学反应制取氢气，氢气通过气水分离器进行气水分离，然后经氢气净化器进行净化，通过调控温度使净化后的氢气贮存于氢气储罐，使用氢气时，通过调控温度使氢气储罐供氢。
7.根据权利要求6所述移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，其特征是：氢气发生器制氢采用金属或化合物与水反应进行制取的工艺方法。
8.根据权利要求6所述移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，其特征是：气水分离是将制得的氢气经冷却器冷却后，或直接进入气水分离器，然后进行排水，实现气水分离过程的。
9.根据权利要求6所述移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，其特征是：氢气净化是将氢气通过装有干燥剂净化器，由干燥剂吸收氢气中的水分，实现氢气净化过程的。
10.根据权利要求6所述移动式制氢储氢一体化装置的供氢方法，其特征是：氢气储罐温度调控装置为水浴槽，通过调节温度，使氢气储罐吸氢或供氢。
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