本实用新型专利技术提供了一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，该装置由进料单元、反应单元、换热单元、分离净化单元和废液排放单元组成。进料单元包括原料液储罐和进料泵；反应单元包括反应器和催化剂提篮；换热单元包括冷凝器和换热盘管；分离净化单元包括气液分离器和干燥除碱罐；废液排放单元包括废液储罐；所述催化剂提篮设置在反应器内，包括桶形底部，设置在桶形底部上方的网状筒体，及设置在网状筒体上方用于与反应器相接的挂耳。该装置可实现连续制氢，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。
【技术实现步骤摘要】
一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置
本技术属于氢气制备
，尤其提供一种可连续运行的千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置。
技术介绍
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10.8wt%，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，硼氢化钠溶液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。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，该装置可以实现连续制氢，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。本技术是这样实现的：一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，包括反应单元，所述反应单元包括反应器和催化剂提篮，所述反应器顶端设有进料管、底部设有第一废液管、顶部侧面设有氢气出气管，所述反应器上设有测反应温度的一号温度显示器，所述催化剂提篮设置在反应器内，包括桶形底部，设置在桶形底部上方的网状筒体，及设置在网状筒体上方用于与反应器相接的挂耳；所述进料管向下延伸至催化剂提篮底部。详细的说，所述反应器上设有二号高/低液位指示表，所述第一废液管上设有与二号高/低液位指示表联锁的二号电磁阀。进一步的，还包括进料单元，所述进料单元包括原料液储罐，所述原料液储罐顶端设有补液管，所述进料管活动端置于原料液储罐中，进料管上设有进料泵和单向阀。进一步的，还包括废液排放单元，所述废液排放单元包括废液储罐，所述废液储罐与反应器底部的第一废液管相连，废液储罐底部设有第三废液管。进一步的，还包括换热单元，所述换热单元包括冷凝器和换热盘管，所述冷凝器设液体的进口和出口、气体的进口和出口；所述换热盘管设置在废液储罐内，并与冷凝器上液体的出口相连；冷凝器上液体的进口连接冷却水源、气体的进口连接氢气出气管，冷凝器的气体出口管道上设有测冷却后气体温度的二号温度显示表（13）。进一步的，还包括分离净化单元，所述分离净化单元包括气液分离器和干燥除碱罐，所述气液分离器与冷凝器的气体出口管道连接，气液分离器底部设有第二废液管，顶部设有气体出口，气体出口通过管道与干燥除碱罐连接。详细的说，还包括与气液分离器相连的干燥除碱罐，二者的连接管道上设有压力显示表。详细的说，所述气液分离器上与干燥除碱罐连接的管道上设有泄压管，泄压管上设有与压力显示表联锁的安全阀。作为一种优选方案，所述原料液储罐上设有一号高/低液位指示表，原料液储罐的补液管上设有与一号高/低液位指示表联锁的一号电磁阀；所述废液储罐上设有四号高/低液位指示表，废液储罐底部的第三废液管设有与四号高/低液位指示表联锁的四号电磁阀，废液储罐上设有测冷却后废液温度的三号温度显示器。本技术的有益效果是：（1）本技术的制氢装置产氢速率稳定，反应充分。原料液在进入反应器后自催化剂提篮筒形底部逐渐上升，至网状筒体后排出提篮，原料液停留时间充足，可以与催化剂充分接触并反应，反应转化率可达85%以上。（2）本技术的制氢装置自动化程度高。通过高低液位指示表与电磁阀的联锁，可以自动控制原料液的补液和废液的排放，补给和排放过程无需停机，制氢可以连续进行，大大提高了制氢效率。（3）本技术的制氢装置制氢速率可调。制氢速率可以通过改变原料液中硼氢化钠的浓度以及进料泵的进料速率非常方便的进行控制，适用于几十瓦至几千瓦不同功率的燃料电池。（4）本技术的制氢装置制备的氢气纯度高。通过冷凝器和气液分离器可以分离大部分氢气中携带的水蒸汽和NaOH、NaBO2等碱性杂质，通过干燥除碱罐可以进一步对氢气进行干燥和除碱净化，净化后的氢气可以直接供给燃料电池使用。（5）本技术的制氢装置使用安全。通过温度显示表可以对反应区温度、冷却后氢气温度和冷却后废液温度实时监测，随时掌握反应情况，装置中设置了安全阀，当系统压力达到高限时，安全阀自动打开泄放压力，防止系统超压造成危险。附图说明为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本技术-千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置的示意图；图2是本技术催化剂提篮的结构示意图。图标：1-原料液储罐，2-进料泵，3-单向阀，4-一号高/低液位指示表，5-一号电磁阀，6-放空阀，7-反应器，8-催化剂提篮，9-二号高/低液位指示表，10-二号电磁阀，11-一号温度显示表，12-冷凝器，13-二号温度显示表，14-气液分离器，15-三号高/低液位指示表，16-三号电磁阀，17-压力显示表，18-安全阀，19-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，包括反应单元，其特征在于，所述反应单元包括反应器（7）和催化剂提篮（8），所述反应器顶端设有进料管、底部设有第一废液管、顶部侧面设有氢气出气管，所述反应器上设有测反应温度的一号温度显示器（11）；所述催化剂提篮（8）设置在反应器内，包括桶形底部，设置在桶形底部上方的网状筒体，及设置在网状筒体上方用于与反应器相接的挂耳（31）；所述进料管向下延伸至催化剂提篮底部。/n
【技术特征摘要】
1.一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，包括反应单元，其特征在于，所述反应单元包括反应器（7）和催化剂提篮（8），所述反应器顶端设有进料管、底部设有第一废液管、顶部侧面设有氢气出气管，所述反应器上设有测反应温度的一号温度显示器（11）；所述催化剂提篮（8）设置在反应器内，包括桶形底部，设置在桶形底部上方的网状筒体，及设置在网状筒体上方用于与反应器相接的挂耳（31）；所述进料管向下延伸至催化剂提篮底部。
2.根据权利要求1所述的一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于，所述反应器（7）上设有二号高/低液位指示表（9），所述第一废液管上设有与二号高/低液位指示表联锁的二号电磁阀（10）。
3.根据权利要求1或2所述的一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于，还包括进料单元，所述进料单元包括原料液储罐（1），所述原料液储罐顶端设有补液管，所述进料管活动端置于原料液储罐中，进料管上设有进料泵（2）和单向阀（3）。
4.根据权利要求3所述的一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于，还包括废液排放单元，所述废液排放单元包括废液储罐（20），所述废液储罐与反应器底部的第一废液管相连，废液储罐底部设有第三废液管。
5.根据权利要求4所述的一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于，还包括换热单元，所述换热单元包括冷凝器（12）和换热盘管（21），所述冷凝器设液体的进口和出口、气体的进口和出口；所述换热盘管设置在废液储罐内，并与冷...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘啸，谢镭，郑捷，李星国，时雨，臧翔，
申请(专利权)人：江苏集萃分子工程研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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