阅读说明：本技术 一种铝水反应制氢的连续反应装置及方法 (Continuous reaction device and method for producing hydrogen by aluminum water reaction ) 是由 李秀刚 刘永进 杨艳杰 王彦平 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铝水反应制氢的连续反应装置及方法,包括排气管道(1)、加水管道(2)、惰性气体置换管道(11)、升温管道、排料管道(12)、反应釜主体(3)和料仓(6),料仓(6)与反应釜主体(3)之间通过密封管道连接,在料仓(6)与反应釜主体(3)之间的密封管道上设置隔离阀(8),用于隔离料仓和反应釜主体之间的物料、压力和温度。此发明的结构可以实现固相料的连续化投料,也就实现了铝水反应制氢的连续化进行,可以明显提高生产效率。(The invention discloses a continuous reaction device and a continuous reaction method for producing hydrogen by an aluminum water reaction, and the continuous reaction device comprises an exhaust pipeline (1), a water feeding pipeline (2), an inert gas replacement pipeline (11), a heating pipeline, a discharge pipeline (12), a reaction kettle main body (3) and a storage bin (6), wherein the storage bin (6) is connected with the reaction kettle main body (3) through a sealing pipeline, and an isolation valve (8) is arranged on the sealing pipeline between the storage bin (6) and the reaction kettle main body (3) and used for isolating materials, pressure and temperature between the storage bin and the reaction kettle main body. The structure of the invention can realize continuous feeding of solid phase materials, and also realizes continuous hydrogen production by aluminum water reaction, and can obviously improve the production efficiency.)

一种铝水反应制氢的连续反应装置及方法

技术领域

本发明涉及一种铝水反应制氢的连续反应装置及方法，属于化工设备技术领域。

背景技术

铝是地壳中含量最多的金属元素，来源广泛，价格低廉，密度低。铝与水反应制氢，可作为一种氢气存储的有效手段，储氢值高达11.1％(质量分数)，是一种非常良好的氢载体，也是为质子交换膜燃料电池供氢的理想储氢介质，反应产物环境友好，副产物可以回收利用。

受燃料电池和CO₂减排两大驱动力的推动,清洁能源(氢能)将成为人类社会实现可持续发展的基础。氢能的推广主要受到了制氢技术问题、贮存及运输技术问题三方面的限制。目前现行工业用氢都采用化石燃料制氢和电解水制氢为主要的制氢方法,这样的造氢效率不高,需要消耗大量能源,并对环境污染较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种铝水反应制氢的连续反应装置及方法。

本发明采用以下技术方案：

一种铝水反应制氢的连续反应装置，包括排气管道(1)、加水管道(2)、惰性气体置换管道(11)、升温管道、排料管道(12)、反应釜主体(3)和料仓(6)，料仓(6)与反应釜主体(3)之间通过密封管道连接，在料仓(6)与反应釜主体(3)之间的密封管道上设置隔离阀(8)，用于隔离料仓和反应釜主体之间的物料、压力和温度；料仓(6)上设置料仓加料口(4)，料仓加料口(4)连接到供料装置，料仓加料口(4)和料仓(6)之间设置有加料阀(5)，打开加料阀(5)即可通过供料装置向料仓(6)中加入反应物料；料仓(6)上设置有抽真空管道(7)，抽真空管道(7)连接到抽真空装置，开启抽真空装置将料仓(6)抽真空；反应釜主体(3)上部设置排气管道(1)，用于排出反应产生的氢气；反应釜主体(3)中部设置加水管道(2)，用于向反应釜主体内输送反应用水；反应釜主体(3)底部设置排料管道(12)，用于排出反应固体产物进而有关残留物；反应釜主体(3)底部还设置惰性气体置换管道(11)，用于在反应开始前，用惰性气体将反应釜主体内的空气置换排除；反应釜主体(3)底部靠上位置还设置升温管道，用于向反应釜主体内输送传热媒介，通过换热器将反应釜主体内部的反应物料加热至反应温度。

所述的铝水反应制氢的连续反应装置，在反应釜主体内部底部设置有布气管，布气管的进气口连接惰性气体置换管道(11)，通过布气管向反应釜内布气。

所述的铝水反应制氢的连续反应装置，排气管道(1)、加水管道(2)、排料管道(12)、惰性气体置换管道(11)和反应釜主体连接位置均设置有相应的阀门。

根据权利要求1所述的铝水反应制氢的连续反应装置，其特征在于，料仓(6)与反应釜主体(3)都是耐压仓室，料仓(6)与反应釜主体(3)正压能够承受反应压力，负压能够承受全真空。

所述的铝水反应制氢的连续反应装置，排气管道(1)排出的氢气一部分收集储存，一部分在反应过程中通过惰性气体置换管道(11)循环通入反应釜主体底部的布气管，使反应釜主体内部的固液搅动起来，加快传热传质作用。

根据所述铝水反应制氢的连续反应装置的铝水反应制氢方法，包括以下步骤：A1、惰性气体置换，通过惰性气体置换管道(11)向反应釜主体(3)通入惰性气体将反应釜主体(3)内的空气通过排气管道(1)排出，全部置换为惰性气体；A2、投料、加水；打开加料阀(5)，通过供料装置向料仓(6)进行定量填料，填料结束后关闭加料阀(5)，打开抽真空管道(7)的阀门，开启抽真空装置对料仓(6)抽真空，料仓(6)内形成真空后，关闭抽真空管道(7)的阀门，打开隔离阀(8)，反应物料通过隔离阀(8)进入反应釜主体(3)中；通过加水管道(2)加入蒸馏水；A3、升温、反应，升温管道内通入传热媒介，将反应釜主体内的温度升至预设温度，反应开始反应，压力达到一定压力时，打开排气管道(1)的阀门，将氢气排出；A4、反应釜主体(3)进行正常反应时，隔离阀(8)处于关闭状态，料仓(6)和反应釜主体(3)之间压力、物料、温度均隔开，保证反应釜主体(3)内反应正常进行；当反应釜内反应进行完毕，此时打开加料阀(5)，通过供料装置向料仓(6)进行定量填料，填料结束后关闭加料阀(5)，打开抽真空管道(7)的阀门，开启抽真空装置对料仓(6)抽真空，料仓(6)内形成真空后，关闭抽真空管道(7)的阀门，打开隔离阀(8)，反应物料通过隔离阀(8)进入反应釜主体(3)中，反应釜获得了新的物料后，由于之前的反应过程存在余热，当物料加入后，反应随即开始，迅速关闭隔离阀(8)，当反应釜内反应进行完毕时，重复以上加料过程即可；A5排渣，定期打开排料管道(12)，用于排出反应固体产物进而有关残留物。

所述的铝水反应制氢方法，步骤A3中，排气管道(1)排出的氢气一部分收集储存，一部分在反应过程中通过惰性气体置换管道(11)循环通入反应釜主体底部的布气管，使反应釜主体内部的固液搅动起来，加快传热传质作用。

本发明的结构可以实现固相料的连续化投料，也就实现了反应的连续化进行，可以明显提高生产效率。由于反应会有热量产生，此热量可以满足后续反应需要的热值，所以只需反应之前对反应装置进行一次升温，后续装置就会自动维持温度进行后续反应，也就节省了辅助加温耗费的能源。

附图说明

图1为本发明连续投料的连续反应釜的结构示意图；

图2为本发明连续铝水反应制氢的连续反应装置结构示意图；

1排气管道，2加水管道，3反应釜主体，4料仓加料口，5加料阀，6料仓，7抽真空管道，8隔离阀，10升温管道，11惰性气体置换管道，12排料管道；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

参考图1，本发明的连续反应釜包括反应釜主体3和料仓6，料仓6与反应釜主体3之间通过密封管道连接，在料仓6与反应釜主体3之间的密封管道上设置隔离阀8，用于隔离料仓和反应釜主体之间的物料、压力和温度；料仓6上设置料仓加料口4，料仓加料口4连接到供料装置(图中未示出)，料仓加料口4和料仓6之间设置有加料阀5，打开加料阀5即可通过供料装置向料仓6中加入反应物料；料仓6上设置有抽真空管道7，抽真空管道7连接到抽真空装置(图中未示出)，开启抽真空装置将料仓6抽真空。

反应釜主体3进行正常反应时，隔离阀8处于关闭状态，料仓6和反应釜主体3之间压力、物料、温度均隔开，保证反应釜主体3内反应正常进行；当反应釜内反应进行完毕(例如当物料用尽、压力降低等情况出现)，此时打开加料阀5，通过供料装置向料仓6进行定量填料，填料结束后关闭加料阀5，打开抽真空管道7的阀门，开启抽真空装置对料仓6抽真空，料仓6内形成真空后，关闭抽真空管道7的阀门，打开隔离阀8，反应物料通过隔离阀8进入反应釜主体3中，反应釜获得了新的物料后，由于之前的反应过程存在余热，当物料加入后，反应随即开始，迅速关闭隔离阀8，当反应釜内反应进行完毕时，重复以上加料过程即可。

为了便于控制进料量和速度，可以设置加料阀5为联锁加料阀，根据反应进程定速或定时加料，实现反应过程中的自动化。

上述连续反应釜可以作为铝水反应制氢的连续反应装置，由铝合金粉末(Al与Sn、Zn、Ga之一的合金)、水(还可以根据情况添加适当催化剂)在反应釜主体3内反应生产氢氧化铝，同时有大量氢气产生(反应原理详见：铝水反应制氢技术，电源技术，范美强)。

参考图2，一种铝水反应制氢的连续反应装置，包括反应釜主体3和料仓6，料仓6与反应釜主体3之间通过密封管道连接，在料仓6与反应釜主体3之间的密封管道上设置隔离阀8，用于隔离料仓和反应釜主体之间的物料、压力和温度；料仓6上设置料仓加料口4，料仓加料口4连接到供料装置(图中未示出)，料仓加料口4和料仓6之间设置有加料阀5，打开加料阀5即可通过供料装置向料仓6中加入反应物料(铝合金粉末)；料仓6上设置有抽真空管道7，抽真空管道7连接到抽真空装置(图中未示出)，开启抽真空装置将料仓6抽真空；

反应釜主体3上部设置排气管道1，用于排出反应产生的氢气；反应釜主体3中部设置加水管道2，用于向反应釜主体内输送反应用水；反应釜主体3底部设置排料管道12，用于排出反应固体产物氢氧化铝；反应釜主体3底部还设置惰性气体置换管道11，用于在反应开始前，用惰性气体(一般用氮气)将反应釜主体内的空气置换排除；反应釜主体3底部靠上位置还设置升温管道，用于向反应釜主体内输送传热媒介(例如热油)，通过换热器将反应釜主体内部的反应物料加热至反应温度(例如：反应压力0.4Mpa，反应温度140℃)。

在反应釜主体内部底部设置有布气管，布气管的进气口连接惰性气体置换管道11，通过布气管向反应釜内布气。

排气管道1、加水管道2、排料管道12、惰性气体置换管道11和反应釜主体连接位置均设置有相应的阀门。

料仓6与反应釜主体3都是耐压仓室，反应釜主体3作为主反应仓进行反应，料仓6负责反应的同时进行投料。此发明的结构可以实现固相料的连续化投料，也就实现了反应的连续化进行，可以明显提高生产效率。由于反应会有热量产生，此热量可以满足后续反应需要的热值，所以只需反应之前对反应装置进行一次升温，后续反应过程中装置就会自动维持温度进行后续反应，也就节省了辅助加温耗费的能源。

料仓6正压能够承受反应压力，负压能够承受全真空。

排气管道1排出的氢气一部分收集储存，一部分在反应过程中循环通过惰性气体置换管道11通入反应釜主体底部的布气管，使反应釜主体内部的固液搅动起来，加快传热传质作用。

由于采用连续投进固相料的方式，从而可以不间断的连续化生产，生产效率明显提升；由于采用连续投料连续反应的方式，通过反应产生的热量就可以维持后续物料反应所需的温度值，节约了升温所需的能源；由于反应效率提高，可以用小型的反应装置即可满足需要。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。