CN107777660B - 一种铝水反应连续制氢装置及方法 - Google Patents

一种铝水反应连续制氢装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107777660B
CN107777660B CN201610773552.5A CN201610773552A CN107777660B CN 107777660 B CN107777660 B CN 107777660B CN 201610773552 A CN201610773552 A CN 201610773552A CN 107777660 B CN107777660 B CN 107777660B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tank
pipeline
methanol
reactor
aluminum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610773552.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107777660A (zh
Inventor
王昊辰
王海波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Original Assignee
China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Petroleum and Chemical Corp, Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals filed Critical China Petroleum and Chemical Corp
Priority to CN201610773552.5A priority Critical patent/CN107777660B/zh
Publication of CN107777660A publication Critical patent/CN107777660A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107777660B publication Critical patent/CN107777660B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/08—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents with metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

本发明提供了一种铝水反应连续制氢装置及方法，连续制氢装置包括：铝粉仓、反应器、废液罐、碱液罐、甲醇罐和蒸发罐；铝粉仓底部经铝粉进料管线和阀门连接反应器顶部，反应器顶部又分别与碱液进料管线和氢气排出管线连接，反应器底部经管线和阀门连接废液罐顶部，废液罐下部经管线和泵连接蒸发罐的中上部，蒸发罐顶部经管线连接甲醇罐顶部，甲醇罐顶部又与新甲醇进料管线连接，甲醇罐底部经管线和阀门连接废液罐顶部，蒸发罐底部经管线和泵连接碱液罐的中上部，碱液罐底部经管线和阀门连接反应器顶部，碱液罐顶部连接新碱液进料管线。本发明装置特点是结构简单、能够稳定产氢、工作液可循环且节能降耗。

Description

一种铝水反应连续制氢装置及方法
技术领域
本发明涉及一种连续制氢装置及方法。
背景技术
目前的制氢方法主要有电解水制氢、化石燃料制氢和生物制氢等方法。但这些方法都有不足，如成本高、环境污染严重等。电解水制氢的原料来源广泛，成本较低，但电解水制氢的动力来源是电能，其制氢效率只有75%~85%，能耗很高。化石燃料制氢是目前工业制氢的主要方法，其原理是利用石油、天然气或煤等化石燃料催化重整制氢。其中甲烷制氢运用最广泛，但会生成二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等有毒有害气体，而且能耗也较高，不符合可持续发展的理念。生物制氢的方式包括光解水制氢、光发酵制氢、暗发酵制氢等，但由于相关技术尚未完善，连续性和稳定性一直是困扰其工业应用的主要问题。
21世纪，随着石化资源的日益枯竭和环境的日益恶化，新能源的开发和利用已经越来越被人们所重视。氢能作为新能源的代表之一，具有可存储、可再生和热值高等特点。
铝是地壳中含量最高的金属元素，且密度较低（2.7kg/m3），具有能量密度大、成本低和易保存等特点。
CN104276541A开发了一种基于铝合金与水反应的可控制氢装置，该装置利用自身压力来进行氢气发生和产氢速率的调节，但无法实现工作液的循环使用，产生了大量废工作液，直接导致了产氢成本过高。
CN103482567A开发了一种连续制氢装置及运行方法，该方法保证了产氢进料过程的连续性，但无法保证整个装置的连续运转。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种铝水反应连续制氢装置及方法，本发明装置特点是结构简单、能够稳定产氢、工作液可循环且节能降耗。
本发明的铝水反应连续制氢装置，包括：铝粉仓、反应器、废液罐、碱液罐、甲醇罐和蒸发罐；
铝粉仓底部经铝粉进料管线和阀门连接反应器顶部，反应器顶部又分别与碱液进料管线和氢气排出管线连接，反应器底部经管线和阀门连接废液罐顶部，废液罐下部经管线和泵连接蒸发罐的中上部，蒸发罐顶部经管线连接甲醇罐顶部，甲醇罐顶部又与新甲醇进料管线连接，甲醇罐底部经管线和阀门连接废液罐顶部，蒸发罐底部经管线和泵连接碱液罐的中上部，碱液罐底部经管线和阀门连接反应器顶部，碱液罐顶部连接新碱液进料管线。
本发明的铝水反应连续制氢装置中，所述的铝粉仓用于储存铝粉或铝合金粉；反应器用于铝粉或铝合金粉与碱液发生反应；废液罐用于存储反应废液；碱液罐用于储存碱液；甲醇罐用于储存甲醇；蒸发罐用于加热废液。
本发明装置中，反应器内设有丝网，用于承载铝粉或铝合金，丝网在反应器内的液面上漂浮。
本发明同时提供一种铝水反应连续制氢方法，包括如下内容：来自铝粉仓的铝粉与来自碱液罐的碱液在反应器内反应，生成氢气和偏铝酸盐，氢气自反应器顶部排出进入氢气收集装置，偏铝酸盐溶液进入废液罐，同时将甲醇罐的甲醇引入废液罐，偏铝酸盐在甲醇水溶液中分解成相应的碱和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀形式沉降于废液罐底部，相应碱的甲醇水溶液进入蒸发罐，在蒸发罐中，甲醇以蒸汽形式排出，经冷凝后进入甲醇罐中循环使用，剩余的液相（碱液）进入碱液罐循环使用。
本发明方法中，所述的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙水溶液中的一种或几种，优选氢氧化钠水溶液，碱液的浓度为0.5~3mol/L。
本发明方法中，所述的铝粉为铝和/或铝合金粉末。
本发明方法中，所述的反应器内的反应温度为20~50℃，反应压力为常压。
本发明方法中，铝粉与碱液的摩尔比为1：1~1：3。
本发明方法中，甲醇溶液的浓度为30wt%~70wt%。
本发明方法中，废液罐中偏铝酸盐溶液与甲醇水溶液的体积比为1:1~1:3，反应时间为3~10分钟。
本发明方法中，蒸发罐中的温度为65~70℃，时间为5~20分钟。
本发明方法，所述的碱液通过碱液罐—反应器—废液罐—蒸发罐—碱液罐的路线循环；甲醇通过甲醇罐—废液罐—蒸发罐—甲醇罐的路线循环；本发明装置与现有技术相比，具有以下优点：结构简单、易于维护，实现了工作液的循环，降低了运行成本，有利于定期有效的回收反应产物，不会造成环境污染。
附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明装置及方法的应用效果。
本发明的铝水反应连续制氢过程通过如下方式实现：
来自铝粉仓10底部的铝粉经铝粉进料管线和阀门11进入反应器1，来自碱液罐7的碱液经碱液进料管线和阀门9进入反应器，铝粉与碱液在反应器内进行反应生成氢气和偏铝酸盐，氢气由反应器1顶部连接的氢气排出管线排出进入氢气收集装置，液相（主要为偏铝酸盐溶液）由反应器底部经管线和阀门2进入废液罐3，在废液罐3内偏铝酸盐溶液与来自甲醇罐15的甲醇反应，得到相应碱的甲醇水溶液和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀的形式沉降于废液罐底部，相应碱的甲醇水溶液经管线和泵4进入蒸发罐5，在蒸发罐5中蒸发甲醇，甲醇蒸汽由蒸发罐5顶部经管线进入甲醇罐15循环使用，剩余的液相（碱液）自蒸发罐5底部经管线和泵6进入碱液罐7循环使用；所述的碱液可以通过新碱液进料管线和阀门8进行补充，甲醇可以通过新甲醇进料管线和阀门13进行补充。
通过调节阀门11可以控制进入反应器1内的铝粉或铝合金总量；通过调节阀门12可以控制反应器1内的氢气排放速度；通过调节阀门2可以控制反应器1内的废液进入废液罐3内的速度；通过调节阀门14可以控制甲醇进入废液罐3内的速度；通过调节阀门9可以控制碱液进入反应器1内的速度。
实施例1
通过碱液罐7向反应器1内连续加入1mol/L的氢氧化钠溶液；通过铝粉仓10向反应器内加入铝粉，速率20g/min；反应器内产生氢气，通过阀门13控制氢气进入收集装置的速率；反应5min后，打开阀门2，反应废液进入废液罐3；5min后，通过甲醛罐15向废液罐3中连续加入60wt%的甲醇溶液，保证废液罐中偏铝酸盐溶液与甲醇水溶液的体积比为1:1~1:3，废液罐内生产碱的甲醇水溶液和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀的形式沉降于废液罐底部；废液罐内液位高于出口后，启动泵4，碱的甲醇水溶液进入蒸发罐5；控制蒸发罐反应温度在65~70℃；蒸发罐内产生甲醇蒸汽，进入甲醇罐15；蒸发罐内液位高于液相出口后，启动泵6，蒸发罐内碱液进入碱液罐7；产氢速率约20L/min。
实施例2
通过碱液罐7向反应器1内连续加入1.5mol/L的氢氧化钠溶液；通过铝粉仓10向反应器内加入铝粉，速率30g/min；反应器内产生氢气，通过阀门13控制氢气进入收集装置的速率；反应5min后，打开阀门2，反应废液进入废液罐3；5min后，通过甲醛罐15向废液罐3中连续加入70wt%的甲醇溶液，保证废液罐中偏铝酸盐溶液与甲醇水溶液的体积比为1:1~1:3，废液罐内生产碱的甲醇水溶液和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀的形式沉降于废液罐底部；废液罐内液位高于出口后，启动泵4，碱的甲醇水溶液进入蒸发罐5；控制蒸发罐反应温度在65~70℃；蒸发罐内产生甲醇蒸汽，进入甲醇罐15；蒸发罐内液位高于液相出口后，启动泵6，蒸发罐内碱液进入碱液罐7；产氢速率约30L/min。

Claims (9)

1.一种铝水反应连续制氢装置，其特征在于包括：铝粉仓、反应器、废液罐、碱液罐、甲醇罐和蒸发罐；铝粉仓底部经铝粉进料管线和阀门连接反应器顶部，反应器顶部又分别与碱液进料管线和氢气排出管线连接，反应器底部经管线和阀门连接废液罐顶部，废液罐下部经管线和泵连接蒸发罐的中上部，蒸发罐顶部经管线连接甲醇罐顶部，甲醇罐顶部又与新甲醇进料管线连接，甲醇罐底部经管线和阀门连接废液罐顶部，蒸发罐底部经管线和泵连接碱液罐的中上部，碱液罐底部经管线和阀门连接反应器顶部，碱液罐顶部连接新碱液进料管线；反应器内设有丝网，用于承载铝粉或铝合金，丝网在反应器内的液面上漂浮。
2.一种铝水反应连续制氢方法，其特征在于包括如下内容：来自铝粉仓的铝粉与来自碱液罐的碱液在反应器内反应，生成氢气和偏铝酸盐，氢气自反应器顶部排出进入氢气收集装置，偏铝酸盐溶液进入废液罐，同时将甲醇罐的甲醇引入废液罐，偏铝酸盐在甲醇水溶液中分解成相应的碱和氢氧化铝，氢氧化铝以沉淀形式沉降于废液罐底部，相应碱的甲醇水溶液进入蒸发罐，在蒸发罐中，甲醇以蒸汽形式排出，经冷凝后进入甲醇罐中循环使用，剩余的液相碱液进入碱液罐循环使用。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙水溶液中的一种或几种，碱液的浓度为0.5~3mol/L。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的铝粉为铝和/或铝合金粉末。
5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的反应器内的反应温度为20~50℃，反应压力为常压。
6.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：铝粉与碱液的摩尔比为1：1~1：3。
7.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：甲醇溶液的浓度为30wt%~70wt%。
8.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：废液罐中偏铝酸盐溶液与甲醇水溶液的体积比例1:1~1:3，反应时间为3~10分钟。
9.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：蒸发罐中的温度为65~70℃，时间为5~20分钟。
CN201610773552.5A 2016-08-31 2016-08-31 一种铝水反应连续制氢装置及方法 Active CN107777660B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610773552.5A CN107777660B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种铝水反应连续制氢装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610773552.5A CN107777660B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种铝水反应连续制氢装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107777660A CN107777660A (zh) 2018-03-09
CN107777660B true CN107777660B (zh) 2020-10-23

Family

ID=61450145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610773552.5A Active CN107777660B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种铝水反应连续制氢装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107777660B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110028040A (zh) * 2019-04-24 2019-07-19 杭州氢源科技有限公司 一种铝-氢氧化钠反应制氢的生产工艺及其装置
CN111533087B (zh) * 2020-05-25 2021-08-31 北京动力京工科技有限公司 无催化剂速率可控水解制氢装置及其控制方法
CN112209337B (zh) * 2020-09-28 2021-05-14 清华大学 氢气制储***及方法
CN113788455B (zh) * 2020-11-06 2023-01-13 江苏清联光电技术研究院有限公司 一种卧式氢气发生器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1384044A (zh) * 2002-03-04 2002-12-11 孙元明 一种氢气制备方法及其装置
CN101234773A (zh) * 2007-02-02 2008-08-06 中国科学院过程工程研究所 一种利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法
CN101962171A (zh) * 2010-09-19 2011-02-02 清华大学 一种铝水连续制氢***
CN203728569U (zh) * 2013-12-31 2014-07-23 浙江吉利控股集团有限公司 铝水制氢反应器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2720533C (en) * 2008-04-02 2016-02-16 Cedar Ridge Research, Llc Aluminum-alkali hydroxide recyclable hydrogen generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1384044A (zh) * 2002-03-04 2002-12-11 孙元明 一种氢气制备方法及其装置
CN101234773A (zh) * 2007-02-02 2008-08-06 中国科学院过程工程研究所 一种利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法
CN101962171A (zh) * 2010-09-19 2011-02-02 清华大学 一种铝水连续制氢***
CN203728569U (zh) * 2013-12-31 2014-07-23 浙江吉利控股集团有限公司 铝水制氢反应器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107777660A (zh) 2018-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Roode‐Gutzmer et al. Renewable methanol synthesis
Rambhujun et al. Renewable hydrogen for the chemical industry
CN107777660B (zh) 一种铝水反应连续制氢装置及方法
Huang et al. A review: CO2 utilization
US10106404B2 (en) Residual gas heat exchange combustion-supporting system based on methanol-water mixture reforming hydrogen production system, and method thereof
CN113562692B (zh) 燃煤电厂深度调峰耦合热化学硫碘开路循环制氢的方法
CN102660340B (zh) 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺及设备
US9631287B2 (en) Method and facility system for providing an energy carrier by application of carbon dioxide as a carbon supplier of electric energy
CN102428029A (zh) 复合设备
CN103756741A (zh) 一种利用可再生电力的固体氧化物电解池制天然气的方法
CN114229879A (zh) 一种工业化负碳排放生物质能源利用技术beccu方法
CN116161675A (zh) 一种生活垃圾焚烧发电厂与氢氨醇制备的耦合***及方法
Sharma et al. A comprehensive study on production of methanol from wind energy
CN213936267U (zh) 一种甲醇为原料的发电***
CN110950303B (zh) 一种钛合金甲醇水重整器及制氢设备
CN219429725U (zh) 一种生活垃圾焚烧发电厂与氢氨醇制备的耦合***
CN108793190B (zh) 一种无co2排放的氨气制备装置及制备方法
CN202538625U (zh) 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的设备
CN113594525A (zh) 储能、碳封存及新能源循环
CN114893156B (zh) 一种海上风电制氢耦合可燃冰开采与储运***及方法
CN104030321B (zh) 一种以氯化钾、天然气为原料实现资源综合利用的生产***及其方法
CN216712257U (zh) 燃煤电厂碳捕集耦合电解水制氢联产化工品***
CN111807321B (zh) 一种海水制氢反应器及方法
CN101648125B (zh) 一种co2与h2反应的方法及装置
Ugli THE METHOD OF PURIFICATION OF GASES FROM ACIDIC COMPONENTS USING SOLUTIONS OF ALKALINE HYDROXIDES

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant