一种水解制氢装置

1.本实用新型涉及制氢技术领域，具体而言，涉及一种水解制氢装置。


背景技术：

2.近年来，世界上许多国家把温室效应以及环境问题摆在首位，我国更是提出了双碳指标，在2030年前碳排放量达到峰值，2060年前实现碳中和，清洁能源的开发和利用迫在眉睫。氢能以其燃烧值高、燃烧效率高，燃烧后对环境无污染，资源丰富、来源广泛等优点被誉为二十一世纪最理想的清洁能源之一。氢气的制备、储存以及运输是制约氢能发展的三大问题。其中，氢气的制备是最关键的环节。现有的制氢装置，成本高昂，结构复杂，制氢效率低。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种水解制氢装置，其具有结构简单、价格低廉、制氢效率高等优点。
4.本实用新型的实施例是这样实现的：
5.本技术实施例提供一种水解制氢装置，包括给料管路、反应组件和出料组件，反应组件包括反应仓和设置于反应仓内的催化床，反应仓的进口端与给料管路的出口端连通，反应仓的出口端与出料组件连通。
6.在本实用新型的一些实施例中，上述出料组件包括废液仓，废液仓与反应仓的出口端连通，废液仓的顶部设置有与其连通的出气管路。
7.在本实用新型的一些实施例中，上述出气管路上串联有过滤组件，过滤组件包括三级过滤芯和外壳，外壳串联在出气管路上，三级过滤芯设置于外壳内。
8.在本实用新型的一些实施例中，上述出气管路上还串联有干燥组件，用于干燥出气管路中的气体。
9.在本实用新型的一些实施例中，上述废液仓上设置有压力检测组件，压力检测组件包括压力表。
10.在本实用新型的一些实施例中，上述给料管路上依次串联有原料仓和供液泵，供液泵与反应仓的进口端连通。
11.在本实用新型的一些实施例中，上述反应仓和原料仓内壁上均设置有防腐涂层。
12.在本实用新型的一些实施例中，上述反应组件和出料组件上设置有循环冷却管路，循环冷却管路用于冷却反应组件和出料组件。
13.在本实用新型的一些实施例中，上述循环冷却管路上串联有水箱和循环泵。
14.在本实用新型的一些实施例中，上述催化床包括多孔负载催化器，多孔负载催化器的载体为多孔陶瓷或多孔金属网。
15.相对于现有技术，本实用新型的实施例至少具有如下优点或有益效果：
16.本实用新型提供一种水解制氢装置，包括给料管路、反应组件和出料组件。上述给
料管路主要用于进料，向反应组件输送原料溶液。上述反应组件用于实现原料的反应，制得氢气。上述出料组件用于实现氢气的出料。上述原料溶液为硼氢化钠碱溶液，其在反应组件的水解反应方程式为：
17.kj/mol
18.δh＝-217
19.nabh4+2h2o
→
4h2+nabo220.上述反应组件包括反应仓和设置于上述反应仓内的催化床，上述反应仓的进口端与上述给料管路的出口端连通，上述反应仓的出口端与上述出料组件连通。上述反应组件中，反应仓用于使催化床与外界隔离，在上述化学反应中，反应仓能够隔离外部物质进入到反应仓内，同时能够隔离反应中产生的大量热量。上述催化床提供催化剂，硼氢化钠碱溶液流经催化床被催化反应，生成氢气和废液(偏硼酸钠碱溶液)。生成的废液与氢气被排入到出料组件，由出料组件将氢气和废液分离后排出氢气。现有的制氢设备一般通过直接添加催化剂进行催化产生氢气，这种催化反应中催化剂易磨损，不能长期使用。而使用上述催化床，填充一段催化剂颗粒而形成的静止固体颗粒床层，原料溶液从催化剂颗粒间的间隙中流过，并在催化剂表面发生化学反应。在上述反应过程中，催化剂颗粒不易磨损可长期使用；当高、径比大时，催化床的床层内流体的流动接近于理想排挤，因此，反应速率较快，用较少量的催化剂和较小的反应器容积就可获得较大的氢气产量；由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此选择性高，可以达到较高的氢气转化率。上述反应组件结构简单，成本低廉，能够节约制氢占用空间。
21.因此，该水解制氢装置具有结构简单、价格低廉、制氢效率高等优点。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的某些实施例，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。
23.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例中控制单元的控制方框图。
25.图标：1-水箱，2-原料仓，3-循环泵，4-供液泵，5-反应仓，6-废液仓，7-压力表，8-过滤组件，9-出气管路，10-催化床，11-循环冷却管路，12-给料管路，13-干燥组件，14-废液排出口。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的
实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语若出现“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
31.在本实用新型实施例的描述中，若出现“多个”代表至少2个。
32.在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.实施例
34.请参照图1，图1所示为本实用新型实施例的结构示意图。本实施例提供一种水解制氢装置，包括给料管路12、反应组件和出料组件。上述给料管路12主要用于进料，向反应组件输送原料溶液。上述反应组件用于实现原料的反应，制得氢气。上述出料组件用于实现氢气的出料。上述原料溶液为硼氢化钠碱溶液，其在反应组件的水解反应方程式为：
35.kj/mol
36.δh＝-217
37.nabh4+2h2o
→
4h2+nabo238.上述反应组件包括反应仓5和设置于上述反应仓5内的催化床10，上述反应仓5的进口端与上述给料管路12的出口端连通，上述反应仓5的出口端与上述出料组件连通。上述反应组件中，反应仓5用于使催化床10与外界隔离，在上述化学反应中，反应仓5能够隔离外部物质进入到反应仓5内，同时能够隔离反应中产生的大量热量。上述催化床10提供催化剂，(催化剂为硼化钴，其是一种已被证明对硼氢化钠具有良好催化效果的催化剂，通过粘结或烧制的方法负载到泡沫镍或多孔陶瓷上，制成催化床10。)硼氢化钠碱溶液流经催化床10被催化反应，生成氢气和废液(偏硼酸钠碱溶液)。生成的废液与氢气被排入到出料组件，由出料组件将氢气和废液分离后排出氢气。现有的制氢设备一般通过直接添加催化剂进行催化产生氢气，这种催化反应中催化剂易磨损，不能长期使用。而使用上述催化床10，填充一段催化剂颗粒而形成的静止固体颗粒床层，原料溶液从催化剂颗粒间的间隙中流过，并在催化剂表面发生化学反应。在上述反应过程中，催化剂颗粒不易磨损可长期使用；当高、径比大时，催化床10的床层内流体的流动接近于理想排挤，因此，反应速率较快，用较少量
的催化剂和较小的反应器容积就可获得较大的氢气产量；由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此选择性高，可以达到较高的氢气转化率。上述反应组件结构简单，成本低廉，能够节约制氢占用空间。
39.因此，该水解制氢装置具有结构简单、价格低廉、制氢效率高等优点。
40.在本实施例的一些实施方式中，上述出料组件包括废液仓6，上述废液仓6与上述反应仓5的出口端连通，上述废液仓6的顶部设置有与其连通的出气管路9。
41.在本实施例中，上述废液仓6用于收集上述由反应仓5排出的偏硼酸钠碱溶液。废液流入到废液仓6，氢气同时随废液进入到废液仓6，由于氢气质量较轻，氢气会沿这废液仓6顶部进入到出气管路9。此时，废液这流入废液仓6的底部收集。
42.本实施例中，上述废液仓6的下部设置有废液排出口14，废液排出口14用于排出废液。
43.请参照图1，在本实施例的一些实施方式中，上述出气管路9上串联有过滤组件8，上述过滤组件8包括三级过滤芯和外壳，上述外壳串联在出气管路9上，上述三级过滤芯设置于上述外壳内。
44.在本实施例中，上述出气管路9上串联的过滤组件8用于过滤氢气中的杂质，可提纯氢气。上述过滤组件8采用三级过滤芯过滤，能够保证更好的过滤效果，提升过滤质量。过滤后的氢气沿出气管继续排出，可持续进行过滤工作，提升效率。
45.请参照图1，在本实施例的一些实施方式中，上述出气管路9上还串联有干燥组件13，用于干燥上述出气管路9中的气体。
46.在本实施例中，上述干燥组件13能够对经过过滤组件8过滤后的氢气进行干燥，使气体进一步的提纯。
47.具体的，在本实施例中，上述过滤组件8包括石灰层、硅胶层和氯化钙层中的一种或多种。上述石灰层、硅胶层和氯化钙层均能够起到很好的吸水效果，提升干燥质量。同时，石灰层、硅胶层和氯化钙均不会与氢气发生反应，避免产生新的杂质。
48.请参照图1，在本实施例的一些实施方式中，上述废液仓6上设置有压力检测组件，上述压力检测组件包括压力表7。
49.在本实施例中，上述压力检测组件用于检测废液仓6内的压力，当压力表7测得的废液仓6内压力较大，超出安全值时，可控制给料管路12停止原料溶液的供应，避免安全事故发生。
50.请参照图1，在本实施例的一些实施方式中，上述给料管路12上依次串联有原料仓2和供液泵4，上述供液泵4与上述反应仓5的进口端连通。
51.在本实施例中，上述原料仓2用于存储原料溶液，上述供液泵4用于抽出原料仓2内的原料溶液，将原料溶液输送到催化床10。
52.请参照图2，在其他实施例中，上述压力检测组件包括压力传感器，压力传感器设置于废液仓6内，用于检测废液仓6内的压力。上述供液泵4连接有控制单元，上述控制单元连接到上述压力传感器。压力传感器实时检测废液仓6内的压力，并将压力信息传输到控制单元，控制单元分析判断压力值是否超过安全值，若超过安全值，则控制单元控制供液泵4停止工作，达到安全控制的效果。
53.在本实施例的一些实施方式中，反应仓5和上述原料仓2内壁上均设置有防腐涂
层。
54.在本实施例中，上防腐涂层能够防止硼氢化钠碱溶液腐蚀原料仓2的内壁。具体的，在本实施例中，上述各管路的管道内壁，以及废液仓6内壁均涂设有防腐涂层。
55.请参照图1，在本实施例的一些实施方式中，上述反应组件和出料组件上设置有循环冷却管路11，上述循环冷却管路11用于冷却上述反应组件和上述出料组件。
56.在本实施例中，上述循环冷却管路11用于对反应组件和上述出料组件进行降温处理。由上述水解反应方程式可知，在催化床10中，催化剂作用后，会在反应过程中产生大量的热量，而催化床10中催化剂的载体往往是热的不良导体，而化学反应又伴有一定的热效应，反应结果又特别敏感地依赖于温度状况，若不及时降温会影响化学反应速率，同时也会对设备本身造成影响。因此，设置循环冷却管路11，通过热交换的方式能够带走反应仓5以及废液仓6内的热量，避免上述情况发生。
57.请参照图1，在本实施例的一些实施方式中，上述循环冷却管路11上串联有水箱1和循环泵3。上述水箱1用于存放冷却液，上述循环泵3用于循环泵3动，是冷却液在循环冷却管路11中循环，不断带走热量。具体的，在本实施例中，上述循环冷却管路11依次绕设在反应仓5和废液仓6上，能够起到很好的散热效果。
58.在本实施例的一些实施方式中，上述催化床10包括多孔负载催化器，上述多孔负载催化器的载体为多孔陶瓷或多孔金属网，金属网的材质为铜或不锈钢材质。
59.在使用时，通过供液泵4抽取原料仓2内的原料溶液进入到反应仓5中，原料溶液流经催化床10，并在催化床10中的催化剂颗粒表面发生化学反应，产生氢气和废液，氢气和废液均排入到废液仓6中，氢气沿废液仓6顶部进入到出气管路9，进行过滤和干燥后被收集，废液进入到废液仓6中，由上述废液排出口14排出，可用于循环利用。
60.综上，本实用新型的实施例提供一种水解制氢装置，包括给料管路12、反应组件和出料组件。上述给料管路12主要用于进料，向反应组件输送原料溶液。上述反应组件用于实现原料的反应，制得氢气。上述出料组件用于实现氢气的出料。上述原料溶液为硼氢化钠碱溶液，其在反应组件的水解反应方程式为：
61.kj/mol
62.δh＝-217
63.nabh4+2h2o
→
4h2+nabo264.上述反应组件包括反应仓5和设置于上述反应仓5内的催化床10，上述反应仓5的进口端与上述给料管路12的出口端连通，上述反应仓5的出口端与上述出料组件连通。上述反应组件中，反应仓5用于使催化床10与外界隔离，在上述化学反应中，反应仓5能够隔离外部物质进入到反应仓5内，同时能够隔离反应中产生的大量热量。上述催化床10提供催化剂，硼氢化钠碱溶液流经催化床10被催化反应，生成氢气和废液(偏硼酸钠碱溶液)。生成的废液与氢气被排入到出料组件，由出料组件将氢气和废液分离后排出氢气。现有的制氢设备一般通过直接添加催化剂进行催化产生氢气，这种催化反应中催化剂易磨损，不能长期使用。而使用上述催化床10，填充一段催化剂颗粒而形成的静止固体颗粒床层，原料溶液从催化剂颗粒间的间隙中流过，并在催化剂表面发生化学反应。在上述反应过程中，催化剂颗粒不易磨损可长期使用；当高、径比大时，催化床10的床层内流体的流动接近于理想排挤，因此，反应速率较快，用较少量的催化剂和较小的反应器容积就可获得较大的氢气产量；由
于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此选择性高，可以达到较高的氢气转化率。上述反应组件结构简单，成本低廉，能够节约制氢占用空间。因此，该水解制氢装置具有结构简单、价格低廉、制氢效率高等优点。
65.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。