CN103979489A - 采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺，包括首先将储电池两个轮出电极与供电***供电连接，供电***经电压检测报警电路，电压检测合格后给智能控制单元及各泵、阀、传感器供电，电压检测不合格禁止供电；实现本工艺的专用设备包括反应器、碱液箱、金属镁或铝原料箱、氢燃料电池、尾料箱、热水***、蠕动泵、给水泵、氢气循环泵、排气电磁阀、压力传感器、上液位传感器、下液位传感器、尾料箱液位传感器、碱液箱液位传感器、原料箱液位传感器。本发明适用于金属水解制氢发电，具有设计科学、结构合理、控作方便、安全环保节能的特点，可以实现制氢、发电、供热的连续进行。

Description

采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺
技术领域
本发明属于一种发电供热的工艺及其专用设备，具体的一种采用金属镁与水反应或金属铝与碱液反应产生的氢气供氢燃料电池发电的工艺及其专用设备。 
背景技术
目前的制氢方法主要分为电解制氢、有机燃料重整制氢、金属水解制氢，我们的技术是属于金属水解制氢的范畴。采用金属镁或金属铝连续制氢的热电联供工艺中包含了铝或镁的连续水解制氢工艺，采用金属镁连续生产氢气和氢氧化镁的工艺中包含了镁的连续水解制氢工艺，两者的连续水解制氢工艺不同。 
专利CN200610043857.7、CN201180013857.1及CN201210111586.X都属于重整制氢，与我们的申请没有冲突。专利CN200710011042.5是金属水解制氢的铝合金反应材料，专利CN200910042939.3是铝锂合金的水解制氢材料，而我们的技术是铝或镁水解的热电联供工艺，以及金属镁生产氢气和氢氧化镁的工艺。专利CN201010288644.7是铝和水反应的连续制氢***，虽然其名称中有“连续制氢”，但是其水解制氢工艺与我们的两种连续水解制氢工艺都不相同，这个专利没有说明铝粉如何连续进入它的反应釜(0.1～0.2MPa)。我们的两种连续水解制氢工艺中，铝粉或镁粉由液态载体连续、安全地泵入反应器，再配合自动给水和自动收集尾料***，实现了真正意义上的连续水解制氢。另外，由于是连续水解制氢，工艺过程不必使用压力容器(0.1MPa以上)来储存氢气，所以我们的反应器压力较低(0.06～0.08MPa)，安全系数较高。 
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述问题，提出一种采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺，该采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺对于料液和水(或碱液)可以连续供给，而尾料的排放和收集又不会影响氢气和热能的产生，实现了连续制氢的热电联供。 
本发明的目的之二是为了解决上述问题，提出一种采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺的专用设备，该采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺的专用设备具有设计科学、结构合理、控作方便、安全环保节能的特点。 
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的： 
采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺，其特征在于：包括以下步骤： 
①、首先在将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成易于泵送的料液 是前提条件，将蓄电池两个输出电极与供电***供电连接，供电***检测各个报警传感器电路，无报警后给智能控制单元及各泵、阀供电，有报警禁止供电； 
②、通过智能控制单元启动给水泵给反应器中注入水(或碱液)，同时启动蠕动泵将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成的悬浮状料液料注入到反应器中，同时启动氢气循环泵，同时启动冷却水循环泵给反应器外的换热器、热水***注水，准备给反应器降温； 
③当反应器排气电磁阀延时关闭后，通过压力传感器检测反应器内压力值，当反应器内压力上升到规定值之上时，反应器开始给氢燃料电池供氢气，氢燃料电池发电一部分给蓄电池充电，另一部分给供电***供电，还有一部分经过DC-AC逆变***给市电供电，同时检查金属镁或铝原料箱内的原料箱液位传感器是否达下限值，检查水(或碱液)箱内的水(或碱液)箱液位传感器是否达下限值，检查尾料箱内的尾料箱液位传感器是否达上限值，达到时报警，并延时关闭给水泵、蠕动泵；当反应器内压力上升超过安全值时，强制打开反应器排气电磁阀；当反应器内压力下降到规定值之下时，启动蠕动泵将金属镁或铝原料箱中预先将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成的悬浮状料液料注入到反应器中，反应器内压力回到规定值之上时，关闭蠕动泵；通过计时器给蠕动泵上料时间计时，上料超时开启反应器下的电动球型阀向尾料箱排料，首次开启时，与尾料箱相连的氢气循环泵和抽气阀及排气阀向大气抽排空气并且延时关闭，再次开启时，与尾料箱相连的氢气循环泵和抽气阀，通过延伸到反应器底的管道向反应器内注入氢气；当反应器内液面下降到下液位传感器之下时，关闭反应器下面的电动球型阀，同时检查尾料箱上的压力传感器，当压力大于上限值时，开启与尾料箱相连的抽气阀，氢气循环泵通过延伸到反应器底的管道向反应器内注入氢气；当压力小于下限值时，关闭与尾料箱相连的抽气阀； 
④、当通过检查反应器内液面没有到达上液位传感器之上时，启动给水泵，给反应器内注入水(或碱液)；当通过检查反应器内液面到达上液位传感器之上时，关闭给水泵，停止给反应器内注入水(或碱液)； 
⑤、当通过热水***发现反应器内温度超过规定值时，启动报警电路，并停止给水泵、蠕动泵的运行，同时启动冷却水循环泵。 
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的： 
采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺的专用设备，其特征在于：包括反应器、水(或碱液)箱、金属镁或铝原料箱、氢燃料电池、尾料箱、热水***、蠕动泵、给水泵、氢气循环泵、排气电磁阀、电动球型阀、电磁阀、电磁阀、电磁阀、水气分离排水阀、压力传感器、压力传感器、上液位传感 器、下液位传感器、尾料箱液位传感器、水(或碱液)箱液位传感器、原料箱液位传感器、智能控制单元，所述反应器为一密闭容器，所述反应器内设有上液位传感器和下液位传感器，所述反应器顶部通过管道、给水泵与水(或碱液)箱供液连接，所述反应器顶部通过管道、蠕动泵与金属镁或铝原料箱供料连接，所述反应器顶部通过管道、水气分离排水阀、压力传感器、排气电磁阀、电磁阀与氢燃料电池供气连接，所述反应器顶部有一延伸到反应器底的管道，所述反应器底部通过管道、电动球型阀与尾料箱排料连接，所述尾料箱为一密封容器，所述尾料箱通过管道、压力传感器、电磁阀、氢气循环泵、电磁阀与反应器顶部的一延伸到反应器底的管道相连接，所述反应器外有一换热器，所述换热器通过管道与热水***供热连接，所述金属镁或铝原料箱内设有原料箱液位传感器，所述水(或碱液)箱内设有水(或碱液)箱液位传感器，所述尾料箱内设有尾料箱液位传感器，所述排气电磁阀、电动球型阀、电磁阀、电磁阀、电磁阀、水气分离排水阀、压力传感器、压力传感器、上液位传感器、下液位传感器、尾料箱液位传感器、碱液箱液位传感器、原料箱液位传感器与智能控制单元控制连接。 
本发明专用设备进一步完善和补充的实施方式： 
所述蠕动泵还可采用螺杆泵。 
所述智能控制单元可采用单片机、计算机、热电联供控制板中的一种。 
本发明工艺利用金属铝与碱液发生反应，产生氢气和大量的热能。氢气提供给质子膜氢燃料电池发电，热能由冷却循环水导出，提供采暖和热水。在催化剂作用下，金属镁与常温水发生反应，产生氢气和氢氧化镁，并且放出大量的热能。氢气供给质子膜氢燃料电池发电，氢氧化镁回收利用，热能由冷却循环水导出，提供采暖和热水。把铝粉与丙三醇(甘油)按比例混合，制成粘稠的悬浮状料液，这种料液可由蠕动泵或螺杆泵连续、安全地输送至反应器中，与碱液泵送来的碱液连续发生反应。把镁粉与丙三醇按比例混合，制成粘稠的悬浮状料液，这种料液可由蠕动泵或螺杆泵连续、安全地输送至反应器中，与水泵送来的常温水连续发生反应。另外，丙三醇具有消泡作用，抑制反应过程中泡沫的产生。 
本发明专用设备通过延伸到反应底部的管道把氢气吹入反应器底部，用以促进反应和防止沉淀，并且具有抽排尾料箱空气和收集尾料箱氢气的功能；利用与反应器相连的压力传感器控制反应器中压力，同时这个与反应器相连的压力传感器具备监测反应器中含水(或碱液)量的作用，当含水(或碱液)量较低时，反应器的压力长时间处于下限值，促使反应器尾料阀开启，由于料液和水(或碱液)可以连续供给，而尾料的排放和收集又不会影响氢气和热能的产生，实现了连续制氢的热电联供。 
附图说明
图1是本发明的原理图； 
图2是本发明智能控制***的控制流程图； 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明： 
实施例：参见附图1、2， 
采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺， 
包括以下步骤： 
①、首先在将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成易于泵送的料液是前提条件，将蓄电池两个输出电极与供电***供电连接，供电***检测各个报警传感器电路，无报警后给智能控制单元及各泵、阀供电，有报警禁止供电； 
②、通过智能控制单元启动给水泵B2给反应器1中注入水(或碱液)，同时启动蠕动泵B1将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成的悬浮状料液料注入到反应器中，同时启动氢气循环泵B3，同时启动冷却水循环泵给反应器外的换热器、热水***6注水，准备给反应器降温； 
③当反应器排气电磁阀F1延时关闭后，通过压力传感器Y1检测反应器内压力值，当反应器内压力上升到规定值之上时，反应器开始给氢燃料电池4供氢气，氢燃料电池发电一部分给蓄电池充电，另一部分给供电***供电，还有一部分经过DC-AC逆变***给市电供电，同时检查金属镁(或铝)原料箱3内的原料箱液位传感器S5是否达下限值，检查水(或碱液)箱2内的水(或碱液)箱液位传感器S4是否达下限值，检查尾料箱5内的尾料箱液位传感器S3是否达上限值，达到时报警，并延时关闭给水泵B2、蠕动泵B1；当反应器内压力上升超过安全值时，强制打开反应器排气电磁阀F1；当反应器内压力下降到规定值之下时，启动蠕动泵B1将金属镁或铝原料箱3中预先将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成的悬浮状料液料注入到反应器中，反应器内压力回到规定值之上时，关闭蠕动泵B1；通过计时器给蠕动泵上料时间计时，上料超时开启反应器下的电动球型阀F2向尾料箱5排料，首次开启时，与尾料箱相连的氢气循环泵B3和抽气阀F3及排气阀F4向大气抽排空气并且延时关闭，再次开启时，与尾料箱相连的氢气循环泵B3和抽气阀F3，通过延伸到反应器底的管道向反应器内注入氢气；当反应器内液面下降到下液位传感器S2之下时，关闭反应器下面的电动球型阀F2，同时检查尾料箱上的压力传感器Y2，当压力大于上限值时，开启与尾料箱相连的抽气阀F3，氢气循环泵B3通过延伸到反应器底的管道向反应器内注入氢气；当压力小于下限值时，关闭与尾料箱相连的抽气阀F3； 
④、当通过检查反应器内液面没有到达上液位传感器S1之上时，启动给水泵B2，给反应器内注入水(或碱液)；当通过检查反应器内液面到达上液位传感器S1之上时，关闭给水泵B2，停止给反应器内注入水(或碱液)； 
⑤、当通过热水***6发现反应器内温度超过规定值时，启动报警电路，并停止给水泵B2、蠕动泵B1的运行，同时启动冷却水循环泵。 
采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺的专用设备，包括反应器1、水(或碱液)箱2、金属镁或铝原料箱3、氢燃料电池4、尾料箱5、热水***6、蠕动泵B1、给水泵B2、氢气循环泵B3、排气电磁阀F1、电动球型阀F2、电磁阀F3、电磁阀F4、电磁阀F5、水气分离排水阀F6、压力传感器Y1、压力传感器Y2、上液位传感器S1、下液位传感器S2、尾料箱液位传感器S3、水(或碱液)箱液位传感器S4、原料箱液位传感器S5、智能控制单元，所述反应器为一密闭容器，所述反应器内设有上液位传感器S1和下液位传感器S2，所述反应器顶部通过管道、给水泵B2与水(或碱液)箱2供液连接，所述反应器顶部通过管道、蠕动泵B1与金属镁或铝原料箱3供料连接，所述反应器顶部通过管道、水气分离排水阀F6、压力传感器Y1、排气电磁阀F1、电磁阀F5与氢燃料电池4供气连接，所述反应器顶部有一延伸到反应器底的管道，所述反应器底部通过管道、电动球型阀F2与尾料箱5排料连接，所述尾料箱为一密封容器，所述尾料箱通过管道、压力传感器Y2、电磁阀F3、氢气循环泵B3、电磁阀F4与反应器顶部的一延伸到反应器底的管道相连接，所述反应器外有一换热器，所述换热器通过管道与热水***供热连接，所述金属镁或铝原料箱3内设有原料箱液位传感器S5，所述水(或碱液)箱2内设有水(或碱液)箱液位传感器S4，所述尾料箱5内设有尾料箱液位传感器S3，所述排气电磁阀F1、电动球型阀F2、电磁阀F3、电磁阀F4、电磁阀F5、水气分离排水阀F6、压力传感器Y1、压力传感器Y2、上液位传感器S1、下液位传感器S2、尾料箱液位传感器S3、碱液箱液位传感器S4、原料箱液位传感器S5与智能控制单元控制连接。所述智能控制单元可采用热电联供控制板。 
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。 

Claims (4)

1.一种采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺，其特征在于：包括以下步骤：
①、首先在将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成易于泵送的料液是前提条件，将蓄电池两个输出电极与供电***供电连接，供电***检测各个报警传感器电路，无报警后给智能控制单元及各泵、阀供电，有报警禁止供电；
②、通过智能控制单元启动给水泵(B2)给反应器(1)中注入碱液，同时启动蠕动泵(B1)将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成的悬浮状料液料注入到反应器中，同时启动氢气循环泵(B3)，同时启动冷却水循环泵给反应器外的换热器、热水***(6)注水，准备给反应器降温；
③当反应器排气电磁阀(F1)延时关闭后，通过压力传感器(Y1)检测反应器内压力值，当反应器内压力上升到规定值之上时，反应器开始给氢燃料电池(4)供氢气，氢燃料电池发电一部分给蓄电池充电，另一部分给供电***供电，还有一部分经过DC-AC逆变***给市电供电，同时检查金属镁原料箱(3)内的原料箱液位传感器(S5)是否达下限值，检查碱液箱(2)内的碱液箱液位传感器(S4)是否达下限值，检查尾料箱(5)内的尾料箱液位传感器(S3)是否达上限值，达到时报警，并延时停止给水泵(B2)、蠕动泵(B1)运进；当反应器内压力上升超过安全值时，强制打开反应器排气电磁阀(F1)；当反应器内压力下降到规定值之下时，再通过上液位传感器(S1)、下液位传感器(S2)检查反应器内液面是否下降，是下降，启动给水泵(B2)给反应器(1)中注入常温水，同时启动蠕动泵(B1)将金属镁或铝原料箱(3)中预先将镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成的悬浮状料液料注入到反应器中，通过计时器给蠕动泵上料时间计时，上料超时启动反应器下的电动球型阀(F2)向尾料箱(5)排料，首次开启与尾料箱相连的氢气循环泵(B3)和抽气阀(F4)向大气抽排空气并且延时关闭，再次开启与尾料箱相连的氢气循环泵(B3)，通过延伸到反应器底的管道向反应器内注入氢气；当反应器内液面下降到下液位传感器(S2)下限时，关闭反应器下面的电动球型阀(F2)，同时检查尾料箱上的压力传感器(Y2)，当压力大于上限值时，开启与尾料箱相连的氢气循环泵(B3)，通过延伸到反应器底的管道向反应器内注入氢气；当压力小于下限值时，关闭与尾料箱相连的氢气循环泵(B3)；
④、当通过检查反应器内液面下降到下液位传感器(S2)上限时，通过计时器启动蠕动泵(B1)向反应器内注入镁粉(或铝粉)与丙三醇按比例混合制成的悬浮状料液料，同时关闭给水泵(B2)，停止给反应器内注入碱液；当通过检查反应器内液面没有下降到下液位传感器(S2)上限时，启动给水泵(B2)，给反应器内注入碱液；
⑤、当通过热水***(6)发现反应器内温度超过规定值时，启动报警电路，并停止给水泵(B2)、蠕动泵(B1)的运行，同时启动冷却水循环泵。
2.根据权利要求1所述的采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺的专用设备，其特征在于：包括反应器(1)、碱液箱(2)、金属镁或铝原料箱(3)、氢燃料电池(4)、尾料箱(5)、热水***(6)、蠕动泵(B1)、给水泵(B2)、氢气循环泵(B3)、排气电磁阀(F1)、电动球型阀(F2)、电磁阀(F3)、电磁阀(F4)、电磁阀(F5)、水气分离排水阀(F6)、压力传感器(Y1)、压力传感器(Y2)、上液位传感器(S1)、下液位传感器(S2)、尾料箱液位传感器(S3)、碱液箱液位传感器(S4)、原料箱液位传感器(S5)、智能控制单元，所述反应器为一密闭容器，所述反应器内设有上液位传感器(S1)和下液位传感器(S2)，所述反应器顶部通过管道、给水泵(B2)与碱液箱(2)供液连接，所述反应器顶部通过管道、蠕动泵(B1)与金属镁或铝原料箱(3)供料连接，所述反应器顶部通过管道、水气分离排水阀(F6)、压力传感器(Y1)、排气电磁阀(F1)、电磁阀(F5)与氢燃料电池(4)供气连接，所述反应器顶部有一延伸到反应器底的管道，所述反应器底部通过管道、电动球型阀(F2)与尾料箱(5)排料连接，所述尾料箱为一密封容器，所述尾料箱通过管道、压力传感器(Y2)、电磁阀(F3)、氢气循环泵(B3)、电磁阀(F4)与反应器顶部的一延伸到反应器底的管道相连接，所述反应器外有一换热器，所述换热器通过管道与热水***供热连接，所述金属镁或铝原料箱(3)内设有原料箱液位传感器(S5)，所述碱液箱(2)内设有碱液箱液位传感器(S4)，所述尾料箱(5)内设有尾料箱液位传感器(S3)，所述排气电磁阀(F1)、电动球型阀(F2)、电磁阀(F3)、电磁阀(F4)、电磁阀(F5)、水气分离排水阀(F6)、压力传感器(Y1)、压力传感器(Y2)、上液位传感器(S1)、下液位传感器(S2)、尾料箱液位传感器(S3)、碱液箱液位传感器(S4)、原料箱液位传感器(S5)与智能控制单元控制连接。
3.根据权利要求2所述的采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺的专用设备，其特征在于：所述蠕动泵(B1)还可采用螺杆泵。
4.根据权利要求2所述的采用金属镁或铝连续制氢的热电联供工艺的专用设备，其特征在于：所述智能控制单元可采用单片机、计算机、热电连供控制板中的一种。
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