基于活性金属水解制氢的氢-热-电联供集成系统技术方案

本申请涉及一种基于活性金属水解制氢的氢

【技术实现步骤摘要】
基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统


[0001]本申请涉及活性金属水解制氢、利用蒸汽轮机回收热量并发电以及氢燃料电池领域，尤其是涉及一种基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统。

技术介绍

[0002]当今全球能源消耗主要以化石燃料为主，为了推动能源结构转型以及减少碳排放推进“碳中和”进程,发展氢能源是实现能源转型的重要方向。通过活性金属水解制氢是一种绿色、高效的制氢技术，可为氢能产业发展中高效绿色经济的制氢技术提供行之有效的解决方案。
[0003]就目前而言，关于利用活性金属作为原料水解制氢，但大量研究工作都是基于常温常压条件下，此条件下活性金属水解产氢的动力学与反应效率低，而提高水解制氢反应的温度条件，使用水蒸气作为氧化剂参与制氢反应，更高温度的水蒸气能显著提升制氢效率。而为了能够获得更高温度的水蒸气，通常会对饱和水蒸汽进行二次加热产生过热水蒸气，活性金属与高温过热水蒸气进行反应，制取氢气。
[0004]Mg+H2O=MgO+H2∆
Hr=
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359.8KJ/mol2Al+3H2O=Al2O3+3H2∆
Hr=
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804KJ/mol高温条件下活性金属与水蒸气反应制氢过程会释放出大量热量，可通过对参与制氢反应的水蒸气温度、压力、流量等参数及制氢反应温度条件进行精准控制，保证安全高效的控制制氢过程，利用蒸汽轮机对制氢反应产生的大量热量进行回收利用，同时采用氢燃料电池设备利用所制取的氢气发电实现氢能向电能高效率转化，提高对活性金属的能量利用效率以提升基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统整机系统的热效率。

技术实现思路

[0005]为了更好的控制氢气的制取过程，且能够给氢燃料电池提供连续、稳定的氢气气源，本申请提供了一种基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统，其利用蒸汽发生器制取饱和水蒸气，并通过调节控制模块对饱和水蒸气的压力与流量进行控制，然后利用蒸汽加热器对饱和蒸汽加热变成过热水蒸气参与水解制氢反应，提高活性金属水解制氢效率，反应产物氢气与水蒸气的混合气体携带制氢反应释放出的大量热量利用蒸汽轮机发电回收利用，减少能源的浪费，提高基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统整机系统的热效率，使能源的利用率最大化，制取的氢气经冷凝、干燥后，在经过氢气暂存模块对氢气的压力、流量及温度进行控制，使整个制氢过程中能够给氢燃料电池提供连续且稳定的氢气气源，同时实现氢能向电能高效率转化。
[0006]本申请提供的基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统，采用如下的技术方案：基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统，包括蒸汽发生器，其进水管路的前端设有第一球阀，用于生成饱和水蒸气；
蒸汽加热器，其进气端通过导气管路与蒸汽发生器的出气端相连，导气管路上设有用于控制进入到蒸汽加热器内的饱和水蒸气流量与压力大小的调节控制模块，用于对蒸汽发生器生成的饱和水蒸气进行二次加热以生成过热水蒸气；反应釜，其内部设有活性金属，其进气端通过第一管路与蒸汽加热器的出气端相连，用于过热水蒸气与活性金属反应制取氢气；蒸汽轮机，其进气端通过第二管路与反应釜的出气端相连，用于回收反应釜内制氢化学反应释放的大量热量进行发电；冷凝罐，其进气端通过第三管路与蒸汽轮机的出气端相连，用于对水蒸气与氢气混合气体中的水蒸气进行冷凝液化；干燥罐，其进气端通过第四管路与冷凝罐的出气端相连，用于对水蒸气与氢气混合气体中的水蒸气进行干燥净化；氢燃料电池，其进气端通过送气管路与干燥罐的出气端相连，送气管路的末端设有第二球阀，通气管路上设有用于调节与控制送气管路内氢气流量与压力大小的氢气暂存模块；真空泵，其进气端通过第五管路与送气管路相连，第五管路上设有第三球阀，第一球阀与第二球阀关闭、第三球阀开启后真空泵以对蒸汽发生器、蒸汽加热器、导气管路、调节控制模块、反应釜、第一管路、蒸汽轮机、第二管路、冷凝罐、第三管路、干燥罐、第四管路、送气管路、氢气暂存模块以及第五管路的内部进行抽真空处理，真空泵完成抽真空处理后关闭第三球阀；以及控制站，与蒸汽发生器、蒸汽加热器、调节控制模块、反应釜、蒸汽轮机、冷凝罐、干燥罐以及氢气暂存模块电连接，用于调节控制蒸汽发生器、蒸汽加热器、调节控制模块、反应釜、蒸汽轮机、冷凝罐、干燥罐以及氢气暂存模块的情况。
[0007]优选的，所述蒸汽发生器包括内部设有纯净水的第一炉体，所述第一炉体的外壁上缠绕有第一加热线圈，所述第一加热线圈的前端与后端分别连接有第一电磁加热器与第一变频器，所述第一炉体的底部安装排污管与进水部分，所述排污管上安装有高压排污阀，所述第一炉体上设有第一减压阀、第一温度变送器、第一压力变送器、第一安全阀、第一压力表、液位计与温度计，所述第一温度变送器连接于第一减压阀的尾端；所述第一电磁加热器、第一变频器、第一减压阀、第一温度变送器、第一压力变送器、第一安全阀、第一压力表、液位计与温度计均与控制站电连接。
[0008]优选的，所述蒸汽加热器包括与导气管路尾端连通的第二炉体，所述第二炉体的进气端与导气管路尾端连接，所述第二炉体的外壁上缠绕有第二加热线圈，所述第二加热线圈的前端与后端分别连接有第二电磁加热器与第二变频器，所述第二炉体上设有第二减压阀、第二温度变送器、第二压力变送器、第二安全阀、第二压力表与第三温度变送器，所述第二温度变送器连接于第二减压阀的尾端，所述第三温度变送器安装于第二炉体的外壁上；所述第二电磁加热器、第二变频器、第二减压阀、第二温度变送器、第二压力变送器、第二安全阀、第二压力表与第三温度变送器均与控制站电连接。
[0009]优选的，所述调节控制模块使导气管路分为第一导气管与第二导气管，所述第一导气管的进气端与蒸汽加热器的出气端连接，所述第一导气管的出气端上设有第一取压法
兰，所述第一导气管的前端设有第四球阀，所述第二导气管的进气端上设有第二取压法兰，所述第二导气管的出气端与蒸汽加热器的进气端连接，所述第二取压法兰与第一取压法兰通过螺栓固定连接，所述第一取压法兰与第二取压法兰之间设有孔板，所述孔板上设有出气孔，所述出气孔的直径从第一取压法兰向第二取压法兰逐渐地变大；所述第一取压法兰上连接有第一导压管，所述第一导压管上设有第一截止阀，所述第一导压管的尾端连接有第一冷凝管，所述第二取压法兰上连接有第二导压管，所述第二导压管上设有第二截止阀，所述第二导压管的尾端连接有第二冷凝管；所述调节控制模块包括电动调节阀、第三压力变送器、第四温度变送器、三阀组和差压变送器，所述电动调节阀与第三压力变送器依次安装在第一导气管上，所述第四温度变送器安装在第二导气管上，所述三阀组的高压阀与第一冷凝管及差压变送器的高压端连接，所述三阀组的低压端与第二冷凝管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统，其特征在于，包括蒸汽发生器，其进水管路的前端设有第一球阀，用于生成饱和水蒸气；蒸汽加热器，其进气端通过导气管路与蒸汽发生器的出气端相连，导气管路上设有用于控制进入到蒸汽加热器内的饱和水蒸气流量与压力大小的调节控制模块，用于对蒸汽发生器生成的饱和水蒸气进行二次加热以生成过热水蒸气；反应釜，其内部设有活性金属，其进气端通过第一管路与蒸汽加热器的出气端相连，用于过热水蒸气与活性金属反应制取氢气；蒸汽轮机，其进气端通过第二管路与反应釜的出气端相连，用于回收反应釜内制氢化学反应过程释放的大量热量进行发电；冷凝罐，其进气端通过第三管路与蒸汽轮机的出气端相连，用于对水蒸气与氢气混合气体中的水蒸气进行冷凝液化；干燥罐，其进气端通过第四管路与冷凝罐的出气端相连，用于对水蒸气与氢气混合气体中的水蒸气进行干燥净化；氢燃料电池，其进气端通过送气管路与干燥罐的出气端相连，送气管路的末端设有第二球阀，通气管路上设有用于调节与控制送气管路内氢气流量与压力大小的氢气暂存模块；真空泵，其进气端通过第五管路与送气管路相连，第五管路上设有第三球阀，第一球阀与第二球阀关闭、第三球阀开启后真空泵以对蒸汽发生器、蒸汽加热器、导气管路、调节控制模块、反应釜、第一管路、蒸汽轮机、第二管路、冷凝罐、第三管路、干燥罐、第四管路、送气管路、氢气暂存模块以及第五管路的内部进行抽真空处理，真空泵完成抽真空处理后关闭第三球阀；以及控制站，与蒸汽发生器、蒸汽加热器、调节控制模块、反应釜、蒸汽轮机、冷凝罐、干燥罐以及氢气暂存模块电连接，用于调节控制蒸汽发生器、蒸汽加热器、调节控制模块、反应釜、蒸汽轮机、冷凝罐、干燥罐以及氢气暂存模块的工作情况。2.根据权利要求1所述的基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统，其特征在于，所述蒸汽发生器包括内部设有纯净水的第一炉体，所述第一炉体的外壁上缠绕有第一加热线圈，所述第一加热线圈的前端与后端分别连接有第一电磁加热器与第一变频器，所述第一炉体的底部安装排污管与进水部分，所述排污管上安装有高压排污阀，所述第一炉体上设有第一减压阀、第一温度变送器、第一压力变送器、第一安全阀、第一压力表、液位计与温度计，所述第一温度变送器连接于第一减压阀的尾端；所述第一电磁加热器、第一变频器、第一减压阀、第一温度变送器、第一压力变送器、第一安全阀、第一压力表、液位计与温度计均与控制站电连接。3.根据权利要求1所述的基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统，其特征在于，所述蒸汽加热器包括与导气管路尾端连通的第二炉体，所述第二炉体的进气端与导气管路尾端连接，所述第二炉体的外壁上缠绕有第二加热线圈，所述第二加热线圈的前端与后端分别连接有第二电磁加热器与第二变频器，所述第二炉体上设有第二减压阀、第二温度变送器、第二压力变送器、第二安全阀、第二压力表与第三温度变送器，所述第二温度变送器连接于第二减压阀的尾端，所述第三温度变送器安装于第二炉体的外壁上；所述第二电磁加热器、第二变频器、第二减压阀、第二温度变送器、第二压力变送器、第
二安全阀、第二压力表与第三温度变送器均与控制站电连接。4.根据权利要求1所述的基于活性金属水解制氢的氢
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电联供集成系统，其特征在于，所述调节控制模块使导气管路分为第一导气管与第二导气管，所述第一导气管的进气端与蒸汽加热器的出气端连接，所述第一导气管的出气端上设有第一取压法兰，所述第一导气管的前端设有第四球阀，所述第二导气管的进气端上设有第二取压法兰，所述第二导气管的出气端与蒸汽加热器的进气端连接，所述第二取压法兰与第一取压法兰通过螺栓固定连接，所述第一取压法兰与第二取压法兰之间设有孔板，所述孔板上设有出气孔，所述出气孔的直径从第一取压法兰向第二取压法兰逐渐地变大；所述第一取压法兰上连接有第一导压管，所述第一导压管上设有第一截止阀，所述第一导压管的尾端连接有第一冷凝管，所述第二取压法兰上连接有第二导压管，所述第二导压管上设有第二截止阀，所述第二导压管的尾端连接有第二冷凝管；所述调节控制模块包括电动调节阀、第三压力变送器、第四温度变送器、三阀组和差压变送器，所述电动调节阀与第三压力变送器依次安装在第一导气管上，所述第四温度变送器安装在第二导气管上，所述三阀组的高压阀与第一冷凝管及差压变送器的高压端连接，所述三阀组的低压端与第二冷凝管及差压变送器的低压端连接，所述电动调节阀、第三压力变送器、第四温度变送器以及差压变送器均与控制站电连接；控制站根据孔板流量公式Q=K*d
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【专利技术属性】
技术研发人员：衡中皓，沈将华，郭冰，曾志刚，刘永吉，黄丽娟，尉良川，李冰，
申请(专利权)人：青海大学，
类型：发明
国别省市：