本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置
本专利技术属于氢气制备
，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。
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汽转化制氢、甲醇重整制氢、电解水制氢和无机氢化物水解制氢。其中，烃类水蒸汽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
本专利技术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。本专利技术是这样实现的：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。进一步的，还包括原料液储罐，所述原料液储罐通过进料泵与进料管连通；所述原料液储罐上设有一号高/低液位指示表，所述进料管上设有单向阀。进一步的，本专利技术所述的催化剂可以是负载型贵金属催化剂、负载型非贵金属催化剂或负载型非金属催化剂中的一种或几种，优选的，催化剂为负载型非贵金属催化剂，更优选的，催化剂为海绵负载的非贵金属催化剂。进一步的，所述海绵负载的非贵金属催化剂由如下步骤制得：1）过渡金属盐浸渍负载将具有表面含氧基团的海绵浸渍到过渡金属盐的水溶液中，制得负载有过渡金属盐的海绵；2）海绵载体催化剂的制备将步骤1）制得的负载有过渡金属盐的海绵浸入NaBH4溶液中，将过渡金属盐还原成过渡金属或过渡金属的硼化物，即制得海绵载体催化剂，其中，NaBH4溶液的质量百分含量为0.5%～20%。所述的过渡金属盐溶液选自Co、Ni、Fe、Mn的硝酸盐或氯化物水溶液中的一种或几种。具体的说，所述原料液储罐顶部设有放空阀和原料液进口，所述原料液进口上设有与一号高/低液位指示表联锁的一号电磁阀。进一步的，所述分离净化区包括冷凝器和干燥除碱罐，所述冷凝器包括并列设置的多个换热管，反应区反应生成的氢气通过换热管实现冷却；所述换热管之间、换热管与外壳体之间为冷却水腔，所述冷凝器对应的外壳体上设有液体进口和液体出口；所述冷凝器与干燥除碱罐之间设有测冷却后气体温度的二号温度显示表。具体地说，所述干燥除碱罐上下均设有网孔挡板，两个网孔挡板之间装填干燥剂和除碱剂；干燥除碱剂上方的外壳体上设氢气出口。进一步的，所述废液区包括废液储罐，所述废液储罐底部设有换热盘管，所述换热盘管一端与冷凝器外壳体上的液体出口相连，另一端延伸出废液区对应的外壳体。具体地说，所述废液区底部设废液出口，废液区设有二号高低液位指示表，废液出口上设有与二号高低液位指示表连锁的二号电磁阀；废液区设有测冷却后废液温度的三号温度显示表；所述废液区设有压力显示表和泄压管，泄压管上设有与压力显示表联锁的安全阀。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术制氢装置集成度高。反应器、冷凝器、干燥除碱罐和废液储罐设计为一体式，大大缩小了装置体积和重量，从而显著提高了装置的储氢密度。（2）本专利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。（3）本专利技术的制氢装置制氢响应时间短，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底部逐渐上升，至网孔侧壁后排出催化剂提篮，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。（4）本专利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。（5）本专利技术的制氢装置制备的氢气纯度高。冷凝器同时起到冷凝和气液分离的作用，可以分离大部分氢气中携带的水蒸气和NaOH、NaBO2等碱性杂质，干燥除碱罐中的干燥剂和除碱剂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。（6）本专利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，防止系统超压发生意外。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于：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（7），所述反应器内设有催化剂提篮（8），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（9）；所述反应区与分离净化区之间设有环形挡板（10）。/n
【技术特征摘要】
1.一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于：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（7），所述反应器内设有催化剂提篮（8），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（9）；所述反应区与分离净化区之间设有环形挡板（10）。
2.根据权利要求1所述的一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于：所述反应区设有测反应温度的一号温度显示表（11）；所述催化剂提篮（8）用于盛装催化剂，包括实心底面（26），围绕实心底面设置的实心侧壁（27）、设置在实心侧壁上方的网孔侧壁（28），及设置在网孔侧壁内侧的网孔盖子（29）和上方的网孔挂耳（30）；所述催化剂提篮（8）即通过网孔挂耳固定在反应区的外壳体内。
3.根据权利要求1或2所述的一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于：还包括原料液储罐（1），所述原料液储罐通过进料泵（2）与进料管（9）连通；所述原料液储罐上设有一号高/低液位指示表（4），所述进料管上设有单向阀（3）。
4.根据权利要求2所述的一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于：所述的催化剂选自负载型贵金属催化剂、负载型非贵金属催化剂或负载型非金属催化剂中的一种或几种，优选的，催化剂为负载型非贵金属催化剂，更优选的，催化剂为海绵负载的非贵金属催化剂。
5.根据权利要求4所述的一种集成式千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置，其特征在于：所述海绵负载的非贵金属催化剂由如下步骤制得：
1）过渡金属盐浸渍负载
将具有表面含氧基团的海绵浸渍到过渡金属盐的水溶液中，制得负载有过渡金属盐的海绵；
2）海绵载体催化剂的制备
将步骤1）制得的负载有过渡金属盐的海绵浸入NaBH4溶液中，将过渡金属盐还原成过...
【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：发明
国别省市：江苏;32
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