[發(fā)明專利]一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010207150.1
• 申請日: 2010-06-22
• 公開（公告）號: CN102139859A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫元明;顧軍
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫愛尼達(dá)新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B3/06
• 分類號: C01B3/06
• 代理公司: 北京中恒高博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器，尤其適用于硼氫化物水解法制備氫氣。

背景技術(shù)

氫作為一種重要的化學(xué)物質(zhì)在化學(xué)工業(yè)，石油工業(yè)，食品和冶金工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。同時氫還是一種清潔的能源材料。當(dāng)前燃料電池的利用開發(fā)，尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的利用開發(fā)，已成為新世紀(jì)國際上攻克能源危機(jī)和環(huán)境污染的前沿技術(shù)領(lǐng)域，特別是對以氫氧燃料電池驅(qū)動的移動工具的研制開發(fā)，已被發(fā)達(dá)國家列為重點投資研究項目，并在國際間、各大公司間展開了既相互協(xié)作又相互競爭的局面。燃料電池大規(guī)模應(yīng)用急需解決的一個重要問題就是如何為燃料電池高效安全地提供氫源。

目前為燃料電池提供氫源的方式大致有五種：1)高壓氫氣瓶法；2)低溫液化氫法；3)甲醇或汽油重整法；4)金屬氫化物固態(tài)儲氫法；5)各種無機(jī)氫化物儲氫法。高壓氫氣瓶法和低溫液化氫法都存在使用和運輸過程中成本大、安全性差等缺點的；甲醇或汽油重整法雖然使用較為方便，能把制氫與儲氫溶為一體，但缺點是要求有較高的重整溫度，能量轉(zhuǎn)化率低，故成本高，而且無法達(dá)到有害氣體零排放。金屬氫化物固態(tài)儲氫法是較安全的儲氫方法，但缺點是儲氫容量較低，無法應(yīng)用到大功率燃料電池中，而且低溫放氫性能較差。無機(jī)金屬氫化物儲氫法是利用如氫化鈉，氫化鋰，氫化鈣等無機(jī)金屬氫化物與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的原理來制取氫氣，這種方法的特點是產(chǎn)氫速度快，可低溫產(chǎn)氫，缺點是金屬氫化物原材料成本高，回收再利用困難，很難廣泛應(yīng)用。

硼氫化鈉(NaBH₄)是一種高儲氫量的材料(10.6wt％H₂)，每克NaBH₄水解能產(chǎn)生2.37標(biāo)準(zhǔn)升氫氣，是燃料電池，特別是可移動式燃料電池的理想氫源。以硼氫化鈉為代表的硼氫化物催化水解制氫反應(yīng)，關(guān)鍵是要控制好反應(yīng)速度；反應(yīng)速度主要由溶液的濃度、流量、溫度以及催化劑床的比表面積、直徑和長度等控制。一般對制氫反應(yīng)器的要求極為苛刻，設(shè)計不合理的制氫設(shè)備極易導(dǎo)致氫氣壓力、流量的不穩(wěn)定，甚至引起火災(zāi)、爆炸等。專利文獻(xiàn)1(200480008485.3)和專利文獻(xiàn)2(200480025014.3)各公開了一種氫化源水解產(chǎn)氫的裝置，其技術(shù)思路是將氫化源與導(dǎo)引液體分兩個空間儲存；使用時，將導(dǎo)引液體輸入氫化源即可產(chǎn)生氫氣，其缺陷是：只能適用于小型氫燃料電池或小型實驗，其產(chǎn)氫也是間斷的、不可控的，氫化源消耗完后即廢棄掉，生產(chǎn)效率低。專利文獻(xiàn)3(200710201627.3)和對比文件4(200710202502.2)各公開了一種硼氫化物水解制氫裝置，將裝填有催化劑的反應(yīng)器置于燃料容器內(nèi)；使用時，打開反應(yīng)器底部的閥門，硼氫化物溶液即可進(jìn)入反應(yīng)器并水解產(chǎn)氫，其缺陷是產(chǎn)氫速率不可控，廢液與原料液混雜，生產(chǎn)效率低下。目前尚無規(guī)模化、安全、高效、低耗的硼氫化物水解法制備氫氣專用的發(fā)生器，此也限制了水解法制備氫氣的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適于規(guī)模化生產(chǎn)安全、高效、低耗、操作簡單的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，尤其適用于硼氫化物水解制氫。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其包括貯料罐、反應(yīng)器、緩沖罐、輸液泵，所述反應(yīng)器穿過貯料罐并形成一貯液夾套；所述貯料罐、輸液泵、反應(yīng)器通過管道串聯(lián)；所述反應(yīng)器通過管道與緩沖罐連接。

貯料罐、緩沖罐外殼的制備材料為不銹鋼板、聚乙烯、聚丙烯等；反應(yīng)器穿過貯料罐并形成的貯液夾套制于儲存配置好的硼氫化物反應(yīng)料液。所述的硼氫化物包括但不限于硼氫化物鹽、三硼氫化物鹽、十氫十硼酸鹽、十三氫十硼酸鹽、十二氫十二硼酸鹽、十八氫二十硼酸鹽中的一種或幾種的混合物，對于其他氫化源，如堿金屬氫化物或堿土金屬氫化物，在條件允許的情況下，也適用于本制備方法和本一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器。使用時，硼氫化物反應(yīng)料液經(jīng)輸液泵(可采用手動或自動變速式)輸入反應(yīng)器，在催化劑作用下產(chǎn)生氫氣和副產(chǎn)物偏硼酸鹽，氫氣通過管道輸入緩沖罐。因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，溶液與催化劑接觸會放出大量反應(yīng)熱，從而導(dǎo)致催化劑固定床反應(yīng)溫度升高過快，反應(yīng)劇烈不穩(wěn)定，氫氣流量不可控制；但使用本發(fā)明的反應(yīng)器時，貯料罐中的溶液置于夾套中并與催化劑固定內(nèi)管充分接觸，可吸收反應(yīng)熱，一方面可提高溶液溫度，使溶液通過催化劑時縮短達(dá)到所需反應(yīng)速率的時間，另一方面使固定床反應(yīng)溫度保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，減輕反應(yīng)溫度劇變導(dǎo)致的氫氣流量波動。