[发明专利]一种大规模铝水反应制氢设备

说明书

本发明涉及一种大规模铝水反应制氢设备，储水罐上有进、出水管，进水管上装进水单向阀。数个反应釜按层有序布置；输水管连储水罐和反应釜；输水管装小水泵与反应层进水电动阀；反应釜内装铝合金粉末；接大水泵的冷凝管分接储水罐，反应层上的冷凝水进水电动阀、单向阀。储水罐通过冷凝出水管依次连反应釜，冷凝出水管上装冷凝出水单向阀。冷凝管环绕所有反应釜。反应釜依次接干燥罐、储氢罐；储氢罐上装电子压力表、氢气输出管和泄压阀等。控制组件接OP液晶操作系统、PLC控制电路。点击开始使用，选定反应釜层，该层反应釜发生反应，一层反应完毕，自动切换到下一反应层。本发明可大规模制氢，可控制反应热的产生，加速反应速率和转换效率。

技术领域

本发明属于氢气制造以及储存技术，具体涉及一种大规模铝水反应制氢设备。

背景技术

化石燃料的大规模使用给环境造成了严重污染，开发清洁、价廉的新能源，以逐步取代现有的化石燃料，达到减少污染与温室气体排放、最终实现零排放是人类追求的目标。氢能以其储量丰富、热值高、清洁、高效、便于运输等特点引起人们越来越多的关注。目前常用的制氢方法主要包括化石燃料制氢、电水解制氢、热分解碳氢化合物制氢、氨分解制氢、生物制氢等技术，但都存在着需要使用化石燃料、能耗高、转化率低以及高污染等缺点。

铝是地壳中含量最多的金属元素，其资源丰富、价格低廉，且能与水反应生成氢气，水解产氢量高(1245mL/g)、反应可在温和条件进行、产物可循环利用、无有毒气体等优点，副产物可再次应用于水处理、造纸、阻火剂的生产。

铝水反应制氢被认为是一种最有潜力的制氢技术。铝水反应制氢技术可用如下化学方程式描述：2Al+4H₂O→2AlO(OH)+3H₂↑，该反应放热，在反应过程中铝水反应制氢速率及其转换效率是人们关注的重点。

要实现铝水制氢工业化，必须设计适当的氢气发生装置。现阶段的制氢装置主要用于小规模制氢，对于如何实现大规模制氢尚无解决方案。CN107703868A公开了本申请人的《分体式高容量全自动控制的可调控制氢系统》，储水罐上有进水单向阀，出水口；反应釜内有铝合金粉末；储水罐依次连通4个反应釜的输水管上有水泵；储氢罐有泄压阀，电子压力表，依次连通储氢罐和反应釜的输氢管上有氢气输出电磁阀、质量流量阀；每个反应釜均装有反应进出控制组件，反应进出控制组件依次接OP液晶操作系统、PLC控制电路。该装置虽实现了铝水反应的自动控制，但在实际应用中发现，由于铝水反应剧烈，同时铝水反应热为15.1KJ/g Al，因此反应釜内铝合金粉末质量不宜过多，否则可能由于铝水反应热过大，会造成反应釜内温度过高，带来安全隐患，因此该装置但仍属于小规模制氢。

铝水制氢的工业化，需要有大规模铝水制氢装置，产氢的质量需要在公斤级别以上，设计大规模铝水制氢装置一方面需要着重考虑铝水反应热的问题，另一方面需要考虑环境温度。这是因为铝水反应速率及转换效率主要取决于铝合金粉末的活性及反应水的温度。随着反应水温度的提高，铝水反应速率及转换效率都能相应提高。因此，在减少液态水蒸发的情况下，提高反应水的温度有利于提高铝水反应速率及转换效率。如何利用好铝水反应热来提高反应水的温度，从而提高铝水反应制氢速率和转换效率是大规模制氢装置需要考虑的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种结构简单、安全稳定，能有效控制铝水反应热，并同时提高铝水反应速率和转换效率的制氢量大的铝水反应制氢设备。