以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，包括氫氣發(fā)生器、渣液沉積罐和液體循環(huán)泵，渣液沉積罐內設有濾渣網(wǎng)，濾渣網(wǎng)將渣液沉積罐分成上下兩部，氫氣發(fā)生器的下方與渣液沉積罐的下部通過流渣管導通，渣液沉積罐的上部與氫氣發(fā)生器通過液體吹渣管導通，液體循環(huán)泵設置在液體吹渣管上。本實用新型提供的一種以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)制氫的成本與壓縮氫及液氫存貯的成本相當，并且比燃料重整技術的成本要低，水解反應唯一的副產(chǎn)物NaBO2對環(huán)境無害，回收后可直接用作防腐劑、顯影促進劑和阻燃劑等；更重要的是，NaBO2還可以用作合成NaBH4的原料，從而實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。
【專利說明】以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于能源領域，尤其涉及一種以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)?！颈尘凹夹g】
[0002]在利用硼氫化鈉的歷史中，其研究和發(fā)展深受軍事因素、經(jīng)濟因素、環(huán)境因素等條件的綜合影響，硼氫化鈉制氫技術的深入研究，將促使便攜式能源裝置如燃料電池的應用變得更加廣泛。
[0003]NaBH4是在1942年被諾貝爾獎獲得者布朗(Herbert C.rown)和他的導師發(fā)現(xiàn)的，最初被作為還原劑被使用。美國國防部因軍事需要推動著對硼氫化鈉的研究，隨后的試驗也證明利用NaBH4生產(chǎn)氫氣是可行的。在1962年前后，Davis, Bromels和Kibby, Mesmer和Jolly等對使用酸催化NaBH4水解的反應動力學機理作了研究。布朗教授等又探討了鉬、釕、銠等金屬鹽對NaBH4水解的催化性能，使人們認識到NaBH4不僅可作還原劑，還可以用來制取氫氣。因為第二次世界大戰(zhàn)的原因使硼氫化鈉制取氫氣帶有較濃的軍事色彩，它的應用研究因軍方的涉入而具有保密性。1966—1999年期間Holbrook和Twist利用氫的同位素分析法，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的氫氣中約一半源自水一半源自NaBH4。Kaufman和Sen承擔了一項新任務將NaBH4用作氫氧燃料電池的氫源，同時對含氧酸等酸催化劑和過渡金屬及其鹽催化劑作了研究?？梢哉J為正是這項研究啟迪著硼氫化鈉制氫技術與燃料電池結合的開發(fā)工作。進入新世紀，環(huán)境保護和綠色經(jīng)濟等因素推動著硼氫化鈉制氫技術快速發(fā)展，硼氫化鈉水解制氫技術逐漸受到各國研究者的重視，反應副產(chǎn)物偏硼酸鈉的循環(huán)應用等關鍵方面取得了大量成果，為硼氫化鈉水解制氫技術的應用準備了條件。
[0004]在我國，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，對能源品質的要求越來越高，其中工農(nóng)業(yè)、商業(yè)以及人民生活對氫能這種清潔能源的需求也越發(fā)增大。由于硼氫化鈉既是儲能體又是安全的儲氫體，人們對其的關注和研究越來越多。為了提高反應效率和獲得最大的氫氣量，需努力改進制氫反應器的設計和選擇最佳運行條件，降低反應副產(chǎn)物的結合水以及實現(xiàn)副產(chǎn)物偏硼酸鈉的循環(huán)利用，特別是硼氫化鈉的低成本制造問題。要真正達到實用化，尚有大量的難題需要攻克。
實用新型內容
[0005]針對現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種水解制氫系統(tǒng)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，包括氫氣發(fā)生器、渣液沉積罐和液體循環(huán)泵，所述渣液沉積罐內設有濾渣網(wǎng)，所述濾渣網(wǎng)將所述渣液沉積罐分成上下兩部，所述氫氣發(fā)生器的下方與所述渣液沉積罐的下部通過流渣管導通，所述渣液沉積罐的上部與所述氫氣發(fā)生器通過液體吹渣管導通，所述液體循環(huán)泵設置在所述液體吹渣管上。
[0007]優(yōu)選地，在所述氫氣發(fā)生器上部設有促進劑投料口。
[0008]優(yōu)選地，在所述液體吹渣管上設有催化劑水溶液加入口。[0009]優(yōu)選地，在所述氫氣發(fā)生器的頂部開設有氫氣供給口。
[0010]優(yōu)選地，在所述促進劑投料口處設置有投料閘門和與所述投料閘門通信連接的閘門控制器。
[0011]優(yōu)選地，在所述氫氣發(fā)生器下方與所述流渣管接口處設有排渣閘門和與所述排渣閘門通信連接的閘門控制器。
[0012]優(yōu)選地，在所述渣液沉積罐底部設置有排渣口。
[0013]本實用新型提供的一種以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)制氫的成本與壓縮氫及液氫存貯的成本相當，并且比燃料重整技術的成本要低，水解反應唯一的副產(chǎn)物NaBO2對環(huán)境無害，回收后可直接用作防腐劑、顯影促進劑和阻燃劑等；更重要的是，NaBO2還可以用作合成NaBH4的原料，從而實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)的結構示意圖。
[0015]圖中:1-氫氣發(fā)生器，2-渣液沉積罐，3-液體循環(huán)泵，4-促進劑投料口，5-投料閘門，6-閘門控制器，7-流渣管，8-濾渣網(wǎng)，9-液體吹渣管，10-排渣閘門，11-渣門控制器，12-氫氣供給口。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型做進一步的說明:
[0017]請參考圖1，圖1為本實用新型以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)的結構示意圖。
[0018]在一種【具體實施方式】中，本實用新型提供的一種以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，包括氫氣發(fā)生器1、渣液沉積罐2和液體循環(huán)泵3，所述渣液沉積罐2內設有濾渣網(wǎng)8，所述濾渣網(wǎng)8將所述渣液沉積罐2分成上下兩部，所述氫氣發(fā)生器I的下方與所述渣液沉積罐2的下部通過流渣管7導通，所述渣液沉積罐2的上部與所述氫氣發(fā)生器I通過液體吹渣管9導通，所述液體循環(huán)泵3設置在所述液體吹渣管9上。
[0019]在所述氫氣發(fā)生器I上部設有促進劑投料口 4。
[0020]在所述液體吹渣管9上設有催化劑水溶液加入口。
[0021]在所述氫氣發(fā)生器I的頂部開設有氫氣供給口 12。
[0022]在所述促進劑投料口 4處設置有投料閘門5和與所述投料閘門5通信連接的閘門控制器6。
[0023]在所述氫氣發(fā)生器I下方與所述流渣管7接口處設有排渣閘門10和與所述排渣閘門10通信連接的閘門控制器6。
[0024]在所述渣液沉積罐底部設置有排渣口。
[0025]以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)的工作原理:
[0026]開啟液體循環(huán)泵3，通過催化劑水溶液加入口內供給催化劑水溶液，液體循環(huán)泵3將催化劑水溶液泵入到氫氣發(fā)生器I內；通過促進劑投料口 4向氫氣發(fā)生器I內投入促進劑硼氫化鈉NaBH4,促進劑硼氫化鈉通過含有催化劑的水溶液催化發(fā)生化學反應，通過化學反應制取高純度99.99%氫氣，反應過程中通過閘門控制器6控制投料閘門5的開啟并借此控制硼氫化鈉促進劑的加入量和加入速度來控制產(chǎn)氫速度和產(chǎn)氫量，產(chǎn)生的氫氣通過氫氣供給口 12排出儲存或者供其他車間使用。在水解制氫系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的殘渣為偏硼酸鈉NaBO2,偏硼酸鈉殘渣及反應后的水溶液通過排渣閘門10的開啟從流渣管7流進渣液沉積罐2的下部，排渣閘門10的開啟和關閉由渣門控制器11控制，通過一些環(huán)保的技術可以將偏硼酸鈉回收，可以在本水解制氫系統(tǒng)中再利用和應用到其它化工行業(yè)當中，當應用其他化工行業(yè)當中時，只需將渣液沉積罐2內的液體從排渣口內排出收集后經(jīng)過一些處理后即可使用；當對其進行再利用時，隨著偏硼酸鈉從氫氣發(fā)生器I內的注入，渣液沉積罐2內的水溶液液位逐漸增高并超過濾渣網(wǎng)8，濾渣網(wǎng)8將水溶液內的殘渣濾過，僅留不含殘渣的水溶液進入渣液沉積罐2的上部，這部分溶液通過液體循環(huán)泵3的泵吸從新注入到氫氣發(fā)生器I內再次進行化學反應，且這部分溶液在進入到液體循環(huán)泵3之前與催化劑水溶液加入口內加入的催化劑水溶液按照一定配比進行混合，并在再次進入到氫氣發(fā)生器I時，使這部分水溶液內殘余的硼氫化鈉再次利用。
[0027]NaBH4質量分數(shù)最大值可達34.4% (25 °C )左右，即I升30%的NaBH4溶液能釋放67g氫氣。一般，NaBH4理論最大儲氫率10.8%(質量分數(shù))是按如下計算的:
[0028]NaBH4+2H20 — NaB02+4H2+300kJ, t=260°C
[0029]在實際的反應中更多見的產(chǎn)物除了氫氣之外主要是下列含水的物質，如=NaBO2 ? 4H20、NaBO2 ? 2H20 和 NaBO2 ? H20。
[0030]它們的生成反應方程式為:
[0031](l)NaBH4+6H20 — NaBO2 ? 4H20+4H2, t<65°C，
[0032]AH 0=-272.4kJ/mol-lNaBH4 [0033](2) NaBH4+4H20 — NaBO2 ? 2H20+4H2, t=65°C，
[0034]AH o=-250.lkJ/mol_lNaBH4
[0035](3) NaBH4+3H20 — NaBO2 ? H20+4H2, t=l 10 °C
[0036]它們的儲氫率分別達5.5%、7.3%、8.7%。
[0037]在20min內的平均制氫速率分別為119L/min和213L/min，可分別給功率為308W或373W的燃料電池(PEMFC)持續(xù)供氫。
[0038]上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型創(chuàng)造所作的舉例，而并非對本實用新型創(chuàng)造【具體實施方式】的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內所引伸出的任何顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型創(chuàng)造權利要求的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括氫氣發(fā)生器、渣液沉積罐和液體循環(huán)泵，所述渣液沉積罐內設有濾渣網(wǎng)，所述濾渣網(wǎng)將所述渣液沉積罐分成上下兩部，所述氫氣發(fā)生器的下方與所述渣液沉積罐的下部通過流渣管導通，所述渣液沉積罐的上部與所述氫氣發(fā)生器通過液體吹渣管導通，所述液體循環(huán)泵設置在所述液體吹渣管上。
2.根據(jù)權利要求1所述的以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，其特征在于，在所述氫氣發(fā)生器上部設有促進劑投料口。
3.根據(jù)權利要求1所述的以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，其特征在于，在所述液體吹渣管上設有催化劑水溶液加入口。
4.根據(jù)權利要求1所述的以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，其特征在于，在所述氫氣發(fā)生器的頂部開設有氫氣供給口。
5.根據(jù)權利要求1所述的以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，其特征在于，在所述促進劑投料口處設置有投料閘門和與所述投料閘門通信連接的閘門控制器。
6.根據(jù)權利要求1所述的以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，其特征在于，在所述氫氣發(fā)生器下方與所述流渣管接口處設有排渣閘門和與所述排渣閘門通信連接的閘門控制器。
7.根據(jù)權利要求1-6任一所述的以硼氫化鈉為促進劑的水解制氫系統(tǒng)，其特征在于，在所述渣液沉積罐底部設置有排渣口。
【文檔編號】C01B3/06GK203402923SQ201320411864
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權日:2013年7月11日
【發(fā)明者】李增民, 李寶成 申請人:佳昊新能源投資有限公司