[实用新型]一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置

说明书

本实用新型提供了一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，包括外壳体，所述外壳体内部从下往上依次设为废液区、反应区和分离净化区；所述反应区设有催化剂提篮，反应区对应的外壳体上设有原料液进口，原料液进口设有向下延伸至催化剂提篮底部的进料管；所述反应区与分离净化区之间设有环形挡板。该装置集成度高，可实现连续制氢，补给和排放过程无需停机；原料液与催化剂充分接触，反应转化率高；制备的氢气经过充分净化，可直接供给燃料电池使用。

技术领域

本实用新型属于氢气制备技术领域，尤其提供一种可连续运行的集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池是通过电化学反应将储存在燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置，其具有能量密度高、能量转化效率高、环境友好等诸多优点，是新能源汽车、可移动电子设备、无人机以及通讯基站等优选的动力来源。要实现燃料电池的规模化应用，高密度的储存和快速安全的提供纯净氢气是目前急需解决的一个重要问题。

目前氢燃料的供给主要有物理储氢和化学制氢两种方式。物理储氢方法主要包括高压气态储氢和低温液态储氢两种。其中，高压气态储氢使用方便，应用范围广，但是其体积能量密度低；低温液态储氢能量密度高，但系统复杂，成本较高。化学制氢主要包括烃类水蒸气转化制氢、甲醇重整制氢、电解水制氢和无机氢化物水解制氢。其中，烃类水蒸气转化法和甲醇重整法制氢在工业中应用广泛，但制备的氢气中含有一定量的CO杂质，必须经过净化后才能使用，而且这两种方法制氢设备复杂，难于小型化；电解水制氢得到的氢气纯度非常高，但该法制氢成本高、耗电量大，暂时无法大规模推广；无机氢化物水解制氢作为一种小型制氢方法，非常适合应用于便携式小功率燃料电池。

无机氢化物主要包括碱金属和碱土金属氢化物、硼氢化物和铝氢化物，其中，采用硼氢化钠水解制氢是目前比较热门的现场制氢技术，其优点主要有：（1）制氢效率高。硼氢化钠本身含氢量高达10.8 wt%，在催化剂的催化作用下放氢完全，可达90%以上。（2）氢气纯度较高。硼氢化钠水解产生的氢气中不含CO，无需经过复杂的净化处理。（3）反应条件温和，速率可控。硼氢化钠水解反应在室温即可进行，通过控制硼氢化钠溶液的浓度以及进料流量，就可以方便的控制产氢速率。（4）安全性高。硼氢化钠在干燥空气中性质稳定，储运方便，其碱性溶液非常稳定，不会发生自水解。

截止目前，硼氢化钠制氢反应装置的公开文件中（如CN103253631A、CN106744678B、CN203238030U、CN203402923U、CN203741035U等），部分装置中反应原料液是自上而下或自下而上通过涂覆在床层上的催化剂的，这使得原料液与催化剂接触时间短且不充分，容易造成反应不完全或者产氢速率低。部分制氢装置为间歇式进料，无法连续产氢。此外，硼氢化钠水解反应产生的氢气中会夹带NaOH和NaBO₂等碱性杂质，如果进入燃料电池会对电池的性能和寿命产生较大影响，因此硼氢化钠水解制取的氢气必须经过充分净化后才能供给燃料电池，现有技术中并未解决这一问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，该装置集成度高，可实现连续制氢，补给和排放过程无需停机；原料液与催化剂充分接触，反应转化率高；制备的氢气经过充分净化，可以直接供给燃料电池使用。

本实用新型是这样实现的：

一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，包括外壳体，所述外壳体内部从下往上依次设为废液区、反应区和分离净化区；所述反应区包括反应器，所述反应器内设有催化剂提篮，反应区对应的外壳体上设有原料液进口，原料液进口设有向下延伸至催化剂提篮底部的进料管；所述反应区与分离净化区之间设有环形挡板。

具体的说，所述反应区设有测反应温度的一号温度显示表；所述催化剂提篮用于盛装催化剂，包括实心底面，围绕实心底面设置的实心侧壁，设置在实心侧壁上方的网孔侧壁，及设置在网孔侧壁内侧的网孔盖子和上方的网孔挂耳；所述催化剂提篮即通过网孔挂耳固定在反应区的外壳体内。