本發(fā)明屬于氫氣制造以及儲存技術(shù)，具體涉及一種大規(guī)模鋁水反應(yīng)制氫設(shè)備。

背景技術(shù)：

化石燃料的大規(guī)模使用給環(huán)境造成了嚴重污染，開發(fā)清潔、價廉的新能源，以逐步取代現(xiàn)有的化石燃料，達到減少污染與溫室氣體排放、最終實現(xiàn)零排放是人類追求的目標。氫能以其儲量豐富、熱值高、清潔、高效、便于運輸?shù)忍攸c引起人們越來越多的關(guān)注。目前常用的制氫方法主要包括化石燃料制氫、電水解制氫、熱分解碳氫化合物制氫、氨分解制氫、生物制氫等技術(shù)，但都存在著需要使用化石燃料、能耗高、轉(zhuǎn)化率低以及高污染等缺點。

鋁是地殼中含量最多的金屬元素，其資源豐富、價格低廉，且能與水反應(yīng)生成氫氣，水解產(chǎn)氫量高(1245mL/g)、反應(yīng)可在溫和條件進行、產(chǎn)物可循環(huán)利用、無有毒氣體等優(yōu)點，副產(chǎn)物可再次應(yīng)用于水處理、造紙、阻火劑的生產(chǎn)。

鋁水反應(yīng)制氫被認為是一種最有潛力的制氫技術(shù)。鋁水反應(yīng)制氫技術(shù)可用如下化學(xué)方程式描述：2Al+4H2O→2AlO(OH)+3H2↑，該反應(yīng)放熱，在反應(yīng)過程中鋁水反應(yīng)制氫速率及其轉(zhuǎn)換效率是人們關(guān)注的重點。

要實現(xiàn)鋁水制氫工業(yè)化，必須設(shè)計適當?shù)臍錃獍l(fā)生裝置?，F(xiàn)階段的制氫裝置主要用于小規(guī)模制氫，對于如何實現(xiàn)大規(guī)模制氫尚無解決方案。CN107703868A公開了本申請人的《分體式高容量全自動控制的可調(diào)控制氫系統(tǒng)》，儲水罐上有進水單向閥，出水口；反應(yīng)釜內(nèi)有鋁合金粉末；儲水罐依次連通4個反應(yīng)釜的輸水管上有水泵；儲氫罐有泄壓閥，電子壓力表，依次連通儲氫罐和反應(yīng)釜的輸氫管上有氫氣輸出電磁閥、質(zhì)量流量閥；每個反應(yīng)釜均裝有反應(yīng)進出控制組件，反應(yīng)進出控制組件依次接OP液晶操作系統(tǒng)、PLC控制電路。該裝置雖實現(xiàn)了鋁水反應(yīng)的自動控制，但在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于鋁水反應(yīng)劇烈，同時鋁水反應(yīng)熱為15.1KJ/g Al，因此反應(yīng)釜內(nèi)鋁合金粉末質(zhì)量不宜過多，否則可能由于鋁水反應(yīng)熱過大，會造成反應(yīng)釜內(nèi)溫度過高，帶來安全隱患，因此該裝置但仍屬于小規(guī)模制氫。

鋁水制氫的工業(yè)化，需要有大規(guī)模鋁水制氫裝置，產(chǎn)氫的質(zhì)量需要在公斤級別以上，設(shè)計大規(guī)模鋁水制氫裝置一方面需要著重考慮鋁水反應(yīng)熱的問題，另一方面需要考慮環(huán)境溫度。這是因為鋁水反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)換效率主要取決于鋁合金粉末的活性及反應(yīng)水的溫度。隨著反應(yīng)水溫度的提高，鋁水反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)換效率都能相應(yīng)提高。因此，在減少液態(tài)水蒸發(fā)的情況下，提高反應(yīng)水的溫度有利于提高鋁水反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)換效率。如何利用好鋁水反應(yīng)熱來提高反應(yīng)水的溫度，從而提高鋁水反應(yīng)制氫速率和轉(zhuǎn)換效率是大規(guī)模制氫裝置需要考慮的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)狀，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安全穩(wěn)定，能有效控制鋁水反應(yīng)熱，并同時提高鋁水反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)換效率的制氫量大的鋁水反應(yīng)制氫設(shè)備。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)方式為，一種大規(guī)模鋁水反應(yīng)制氫設(shè)備，儲水罐上有進水管，下有出水管，進水管上裝有進水單向閥；數(shù)個反應(yīng)釜按層有序布置；儲水罐通過輸水管依次連通數(shù)個反應(yīng)釜，輸水管上裝有小水泵、反應(yīng)層進水電動閥；每個反應(yīng)釜內(nèi)裝有鋁合金粉末；大水泵所接冷凝管一端插進儲水罐的水中，一端通過每個反應(yīng)層上所裝冷凝進水電動閥、冷凝進水單向閥接反應(yīng)釜；儲水罐通過冷凝出水管依次連通數(shù)個反應(yīng)釜，冷凝出水管上裝有冷凝出水單向閥；冷凝管環(huán)繞所有反應(yīng)釜；每個反應(yīng)釜通過輸氫管接干燥罐，輸氫管上裝輸氫單向閥，干燥罐通過連通管接儲氫罐；儲氫罐上裝電子壓力表、氫氣輸出管和泄壓閥氫氣輸出管上裝電磁閥，質(zhì)量流量閥；

每個反應(yīng)釜上所裝的進水電動閥、進水單向閥、輸氫單向閥，以及每個反應(yīng)層所裝的反應(yīng)層進水電動閥和冷凝水電動閥等反應(yīng)進出控制組件和從儲氫罐上所裝電子壓力表獲得反饋信號的反應(yīng)進出控制組件依次接OP液晶操作系統(tǒng)、PLC控制電路。

采用本發(fā)明，在OP液晶操作系統(tǒng)界面點擊開始反應(yīng)，然后在開始反應(yīng)選項欄中任意選擇任意一層的反應(yīng)釜，小水泵即將儲水罐中的水泵至選定反應(yīng)釜，并與反應(yīng)釜內(nèi)的鋁合金粉末反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。大水泵同時啟動，將儲水罐中的水引至冷凝管中；所產(chǎn)生的氫氣輸入干燥罐中，然后再送入儲氫罐中。儲氫罐的壓力升至定值，水泵停止泵水，繼續(xù)反應(yīng)的氣體儲存到儲氫罐中，留待使用。在OP液晶操作系統(tǒng)界面點擊開始使用，即可開始取用氫氣。當該層反應(yīng)釜使用完畢之后，自動切換到下一反應(yīng)層。當所有反應(yīng)釜中的鋁合金粉末使用完畢之后，可取出更換鋁合金粉末，用以回收再利用。

本發(fā)明有以下優(yōu)點：

1)采用多個按此有序布置的反應(yīng)釜，多個反應(yīng)釜同時進行反應(yīng)，井然有序?qū)崿F(xiàn)了高容量、高反應(yīng)速率與轉(zhuǎn)換效率；

2)冷凝管環(huán)繞所有反應(yīng)釜，當冷凝管開始進水時，可降低反應(yīng)釜溫度，避免鋁水反應(yīng)產(chǎn)生熱量過高，使液態(tài)水變成水蒸氣(因水蒸氣與鋁粉反應(yīng)速率極慢)；冷凝管吸收反應(yīng)釜部分熱量使冷凝管中的水溫上升而不汽化，再將冷凝管中水輸入儲水罐中；同時，小水泵又將儲水罐中的水泵入反應(yīng)釜，周而復(fù)始，水溫逐漸升高，促進反應(yīng)釜中鋁粉反應(yīng)速率，提高轉(zhuǎn)換效率；

3)將儲水部分、冷凝部分、反應(yīng)部分、干燥部分、儲氫部分有機的結(jié)合為一體，OP操作界面和PLC控制電路使得各自工作又能夠協(xié)同作用，特別是冷凝部分與反應(yīng)部分能同時進行，相互循環(huán)利用，使反應(yīng)進程有條不紊，實現(xiàn)自動化；

4)采取數(shù)字化系統(tǒng)，利用一鍵式操作和反應(yīng)各部分內(nèi)部情況數(shù)據(jù)可視化；以此控制反應(yīng)的啟動停止，迅速調(diào)控反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)進程，水溫及儲氫罐內(nèi)部的氫氣儲備壓力，實時穩(wěn)定地輸出氫氣。

本發(fā)明反應(yīng)過程平穩(wěn)有序，系統(tǒng)自動化程度極高，可儲備的氫氣量大，產(chǎn)氫速率快，能夠做到隨取隨用，安全高效。

說明書附圖

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖詳述本發(fā)明，本發(fā)明的儲水罐2上有進水管5，下有出水管1，進水管5上裝有進水單向閥。輸水管3上裝有小水泵10、反應(yīng)層進水電動閥12。18個反應(yīng)釜按3層、每層6個有序布置。儲水罐通過輸水管3依次通過小水泵連通18個反應(yīng)釜23，每個反應(yīng)釜內(nèi)裝有鋁合金粉末。

大水泵9所接冷凝管一端插進儲水罐的水中，一端通過每個反應(yīng)層的冷凝管進水電動閥11、冷凝管進水單向閥25與18個反應(yīng)釜相連接。儲水罐通過冷凝出水管依次連通數(shù)個反應(yīng)釜，冷凝出水管上裝有冷凝出水單向閥6。

每個反應(yīng)釜通過輸氫管16接干燥罐22，輸氫管上裝輸氫單向閥15。干燥罐通過連通管接儲氫罐21。儲氫罐上裝電子壓力表17、氫氣輸出管和泄壓閥20；氫氣輸出管上裝電磁閥18，質(zhì)量流量閥19。

每個反應(yīng)釜上所裝的進水電動閥13、進水單向閥12、輸氫單向閥15，每個反應(yīng)層的反應(yīng)層進水電動閥12、冷凝水進水電動閥11等反應(yīng)進出控制組件和從儲氫罐上所裝電子壓力表獲得反饋信號的反應(yīng)進出控制組件依次接OP液晶操作系統(tǒng)7、PLC控制電路8。

采用本發(fā)明，在儲水罐2中注滿水，并在反應(yīng)釜23中分別加入所需量的鋁合金粉末14，打開OP液晶操作系統(tǒng)7的操作界面，點擊開啟反應(yīng)，在開始反應(yīng)選項欄中任意選擇“1，2，3”中的一層。小水泵10即將儲水罐中的水泵至選中層中的6個反應(yīng)釜中，與反應(yīng)釜內(nèi)的鋁合金粉末反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。大水泵9同時運行，將儲水罐中的水引至冷凝管中，冷凝管溫度隨之上升后進入儲水罐并用作反應(yīng)水。產(chǎn)生的氫氣進入干燥罐22中，隨后進入儲氫罐21，儲氫罐所裝壓力表17實時監(jiān)控內(nèi)部壓力。當儲氫罐的壓力升至定值時(0.5Mpa)，小水泵停止泵水，繼續(xù)反應(yīng)的氣體將儲存到儲氫罐中，儲氫罐內(nèi)壓力超過上限值(0.8Mpa)時將會從泄壓閥泄氣。

當儲氫罐的壓力值超過質(zhì)量流量閥18設(shè)定壓差(0.05Mpa)時，即可開始使用。在OP液晶操作系統(tǒng)界面點擊開始使用，即可開始取用氫氣。每層6個反應(yīng)釜使用完畢之后，自動切換到下一反應(yīng)層，反應(yīng)即可重新開始。所有反應(yīng)釜中的鋁合金粉末使用完畢之后可取出更換鋁合金粉末，用以回收再利用。

本發(fā)明反應(yīng)過程平穩(wěn)有序，系統(tǒng)自動化程度極高，可儲備的氫氣量大，產(chǎn)氫速率快，能夠做到隨取隨用，安全高效。