[发明专利]一种连续制氢装置及运行方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种连续制氢装置及运行方法。

背景技术：氢具有环境友好、单位质量热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高的优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢氧燃料电池是氢能源利用的最好方式。氢氧燃料电池是利用氢气和氧气发生化学反应产生电能的发电装置，其特征是清洁、无污染、噪音低、转化率高以及适应不同功率需求，可作为汽车、飞机等的动力源，也可作为分布能源为电网供电。但氢氧燃料电池对氢气纯度要求很高，尤其对CO很敏感，微量的CO就能使燃料电池中毒失效。氢气来源是决定燃料电池应用的关键因素之一，但至今未得到有效的解决。其原因在于：（1）廉价、高纯度氢气制备很困难。水电解可得到纯净的氢气，但高昂的制氢成本限制了该方法的发展和应用。通过烃类（醇）重整可得到廉价的氢气，但重整产物无法避免CO、CO2的产生；（2）大规模的氢气储存未得到有效解决。高压钢瓶储氢和低温液化储氢都存在使用和运输过程中成本过大、安全性差的缺点。金属材料储氢的含氢值、分解温度、循环寿命等性能还有待于提高，离商业化应用还有很大的距离。利用硼氢化钠等无机氢化物水解制氢、储氢虽然产氢速度快，可低温产氢，但缺点是原材料成本过于高昂，且回收利用困难，很难广泛应用。

金属铝具有资源丰富、能量密度大、价格低廉、易保存等特点，是一种很有应用前景的载能体。铝水反应释放出大量的热量和氢气，其制氢成本仅为硼氢化钠水解制氢的1/20～1/10,不需要昂贵的催化剂，而且制取的氢气不含CO等有害成分。但普通金属铝难以实现上述应用，原因在于金属铝的活性中等，表面易生成致密的氧化膜Al2O3，牢固地附着在铝表面上，致使铝水反应难以持续。为了解决这一问题，专利号为ZL02104279.9和专利公开号为CN102807292 A提供了铝粉和氢氧化钠溶液反应制氢方法和相应的反应器，但利用氢氧化钠溶液破除铝表面的氧化膜的方式显然成本较高，而且物料储存成本也相应增高。

实用新型专利公开号为CN2823239Y提供了一种铝粉、CaO和MgO配混的矿物袋，该矿物袋在水中可产生局部高碱性浓度区，在水解过程中，CaO与水解产物Al(OH)₃结合生成微溶的Ca₂Al(OH)₇·2H₂O和Ca₃Al₂(OH)₁₂，阻止了Al(OH)₃在铝表面的沉积，增大铝与水的接触。但该矿物袋制氢方式易混进空气，并且不利于向压力反应器内送料。对于千瓦级燃料电池进口氢气压力须满足至少0.04MPa的中低压，因此铝水制氢反应器应为压力反应器。

在工程实践中证实，高钙粉煤灰提供碱性环境，另一方面粉煤灰中的有效组分对反应过程也起到了催化的作用，铝在空气和水中形成的致密氧化膜在粉煤灰颗粒的联合作用下被溶解破坏，并与水直接反应而产生大量的氢气，完全可以实现现场制氢和即时供氢，不仅原料成本低廉，还解决了氢气制备和储运的难题。

通常铝水反应常压下制氢，需配备加压泵以满足燃料电池进气要求；铝水压力反应器制氢，加料方式需要压力泵输入。无论何种方式都需消耗一部分能源。

发明内容：本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种铝水反应生成氢气的反应器及运行方法。所述的氢发生装置可在有压力的情况下连续进料、即时产氢、稳定供氢，且节能降耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种连续制氢装置，包括干物料斗（1）、物料推送机构（3）、稳压联动机构（17）以及铝水反应器（7）。干物料斗（1）与物料推送机构（3）通过蝶阀（2）相连通，物料推送机构（3）与铝水反应器（7）通过第一空气蝶阀（6）连通，稳压联动机构（17）与铝水反应器（7）通过第二空气蝶阀（18）连通。

优选的，所述的物料推送机构（3）为贯通的直管，一端与第一空气蝶阀（6）相连，另一端与动密封件（5）连接，内部设推送杆（4），所述的推送杆（4）可在物料推送机构（3）内水平移动，所述的动密封件（5）为填料式接触密封，用于对推送杆（4）的密封。

优选的，所述的稳压联动机构（17）为贯通的直管，一端与第二空气蝶阀（18）相连，另一端与动密封部件（19）连接，内部设联动杆（20），所述的联动杆（20）在稳压联动机构（17）内与推送杆（4）同向联动，所述的动密封部件（19）为填料式接触密封，用于对联动杆（20）的密封。