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一种大功率硼氢化钠水解制氢装置

2021-05-02 17:24:57

一种大功率硼氢化钠水解制氢装置

  技术领域

  本实用新型涉及硼氢化钠水解制氢技术领域,尤其涉及一种用于为30kW氢空燃料电池提供高能量密度的固定式氢源的大功率硼氢化钠水解制氢装置。

  背景技术

  燃料电池是一种不经过燃烧过程直接将化学能转化成电能的发电装置,其转化过程不受卡诺循环的限制,具有能量转化效率高、环境友好等优点,而燃料电池的理想燃料是氢气。

  目前,燃料电池的氢供给可采用直接储氢或间接供氢两种方式。直接储氢方法包括气态高压储存、合金固态储存和低温液态储存三种方式,但都存在质量能量密度低、储能系统体积庞大、氢气储存和运输不安全等问题。间接供氢目前研究较多的是醇类重整,但重整富氢气中CO含量达到5%,需要开发长寿命周期耐高温的膜提纯器,但当前提纯膜技术还不成熟,成本昂贵、寿命较短,不适用于大产氢量燃料电池使用。因此,开发和燃料电池相匹配的储氢和供氢技术是核心问题之一。

  硼氢化钠是一种白色晶状粉末,材料本体质量储氢密度为10.8%,其与水在室温下接触即可反应而产生氢气,反应式为:NaBH4+2H2O→4H2+NaBO2,该反应对水的性质无要求,甚至海水都可以直接反应。作为固定式氢空燃料电池氢源使用时,可使用附近既有水源,因此,硼氢化钠理论氢气质量储氢密度可高达21.6%。

  中国实用新型专利201320130306.X公开了一种硼氢化钠制氢装置,但该装置使用直流电源催化硼氢化钠分解,这种氢气制备方法制备的氢气再用来氢空燃料电池发电会大大降低能源的利用效率,且在缺乏电力的状况下无法作为独立的电源保障电力系统用电需求。

  中国发明专利200810198544.8使用小功率液压泵自动调节加入反应器中硼氢化钠溶液的流量来控制反应快慢及氢气生成量,中国发明专利200910248746.6 也是采用这种方式控制反应速率。但上述专利公开的均为小规模产氢装置,匹配燃料电池系统功率均在500W左右,只能作为便携式移动电源的氢源,无法满足大功率固定式氢空燃料电池的氢能需求。现有的大产氢量的硼氢化钠水解制氢装置存在反应不均、反应区域温度不易控制和提纯困难等技术特点。

  实用新型内容

  为解决上述现有技术中存在的缺点和不足,本实用新型提供了一种全自动运行、可靠程度高、使用安全且氢气纯度高的大功率硼氢化钠水解制氢装置,以匹配30kW固定式氢空燃料电池系统的用氢需求。

  一种大功率硼氢化钠水解制氢装置,其包括硼氢化钠溶液储罐、硼氢化钠溶液进料系统、硼氢化钠水解制氢反应器、氢气分离器、氢气清洗器、废液罐和控制系统。所述硼氢化钠溶液储罐通过所述硼氢化钠溶液进料系统向所述硼氢化钠水解制氢反应器供给硼氢化钠溶液,所述氢气分离器对所述硼氢化钠水解制氢反应器排出的含氢液体进行气液分离,所述氢气清洗器对所述氢气分离器排出的氢气进行净化清洗,所述废液罐对所述氢气分离器和所述氢气清洗器排出的液体进行收集。所述控制系统分别与所述硼氢化钠溶液进料系统、所述硼氢化钠水解制氢反应器、所述氢气分离器和所述氢气清洗器连接,以控制其运行。

  作为本实用新型的优选实施方式,所述硼氢化钠溶液储罐设有硼氢化钠粉末投料口、原料水入口、硼氢化钠溶液出口、直流搅拌电机和搅拌轴。所述硼氢化钠粉末投料口用于向所述硼氢化钠溶液储罐内加入硼氢化钠粉末,所述原料水入口用于向所述硼氢化钠溶液储罐内加入原料水,然后借由所述直流搅拌电机驱动所述搅拌轴搅拌,加快硼氢化钠粉末溶解于原料水中,形成硼氢化钠溶液。

  作为本实用新型的优选实施方式,所述硼氢化钠溶液进料系统包括沿液体流向依次连接的一级隔膜泵、二级齿轮泵和三级齿轮泵,所述一级隔膜泵的入口与所述硼氢化钠溶液储罐相连,所述三级齿轮泵的出口与所述硼氢化钠水解制氢反应器相连。工作时,通过一级隔膜泵、二级齿轮泵和三级齿轮泵将硼氢化钠溶液泵入所述硼氢化钠水解制氢反应器中。

  作为本实用新型的优选实施方式,所述一级隔膜泵与所述硼氢化钠溶液储罐相连的管路上设有过滤器之一和电磁阀之一,所述一级隔膜泵的出口设有压力传感器之一,所述二级齿轮泵的出口设有压力传感器之二,所述三级齿轮泵的出口设有压力传感器之三和单向阀之一;所述硼氢化钠溶液进料系统还包括一端与所述一级隔膜泵的入口连接、且另一端与所述三级齿轮泵的出口连接的超压泄放组件,所述超压泄放组件包括相连的单向阀之二和泄压阀。本实用新型中,所述超压泄放组件作为一级隔膜泵、二级齿轮泵和三级齿轮泵的超压工作泄压口。

  作为本实用新型的优选实施方式,所述硼氢化钠水解制氢反应器采用吸风冷却方式。具体地,所述硼氢化钠水解制氢反应器包括空冷反应器本体,所述空冷反应器本体包括管箱,所述管箱内设有翅片管,所述翅片管内填充有硼氢化钠水解催化剂,所述管箱的表面还安装有散热风扇。硼氢化钠溶液进入所述硼氢化钠水解制氢反应器后,在所述翅片管的管内通过,与管内的硼氢化钠水解催化剂接触。空气在管外横掠流过所述翅片管,对管内的流体进行冷却或冷凝。所述散热风扇驱使空气流动,提高空气冷却效果。

  进一步地,所述管箱的两端分别设有上盖板和下盖板,所述下盖板上设有与所述翅片管的一端连通的进液口,所述上盖板上设有与所述翅片管的另一端连通的排液口。为方便检修拆装,所述上盖板和所述下盖板与所述管箱之间为螺栓连接。

  进一步地,所述硼氢化钠水解制氢反应器还包括四通,四通的一端为进液口、与所述空冷反应器本体的排液口连接,四通的另一端连接自动超压泄压阀,四通的另一端连接手动超压泄压阀,四通的最后一端为排液口、与所述氢气分离器相连。所述空冷反应器本体的进液口设有电磁阀之二,所述电磁阀之二与所述硼氢化钠溶液进料系统相连。

  优选地,所述翅片管于所述管箱内呈等边三角形排列。如此,可使空气均匀分布并横掠流过每根所述翅片管,使所述硼氢化钠水解制氢反应器散热均匀。

  优选地,所述翅片管的两端设有防止硼氢化钠水解催化剂脱离管内的筛网,所述上盖板上设有温度传感器之一和压力传感器之四。

  本实用新型中,所述翅片管的翅片为整体式压制而成,具有良好的一致性。管箱的上、下端面均为机床整体加工,保证良好的表面粗糙度Ra0.3,且两端加工有密封垫片槽,可防止密封垫的窜动,保证密封性能。

  所述硼氢化钠水解催化剂为金属或双金属,如Pt、Rh、Ru、Co等,采用化学沉积方法附着在多孔介质载体上制备而成,载体可以是树脂、活性炭、或者多孔泡沫金属(如泡沫镍)。

  作为本实用新型的优选实施方式,所述氢气分离器采用旋风进液方式。具体地,所述氢气分离器包括分离器本体,所述分离器本体包括密封的筒体,所述筒体的上侧部设有反应液进口,所述筒体的顶端设有氢气出口,所述筒体的底端设有废液出口,所述筒体的内上部设有螺旋分离组件一、螺旋分离组件二和隔离板,所述隔离板安装于所述反应液进口的上方,所述螺旋分离组件一与所述隔离板固定连接,所述螺旋分离组件二安装于所述螺旋分离组件一的内部。

  优选地,所述螺旋分离组件一包括敞口的管一和螺旋导流板之一,所述管一的上端与所述隔离板连接且端口与所述氢气出口连通,所述螺旋导流板之一的内侧面与所述管一的外壁面连接,所述螺旋导流板之一的外侧面与所述筒体的内壁面抵触,所述螺旋导流板之一的上端还与所述反应液进口连接。

  优选地,所述螺旋分离组件二包括封口的管二和螺旋导流板之二,所述管二通过固定板安装于所述管一内,所述螺旋导流板之二的内侧面与所述管二的外壁面连接,所述螺旋导流板之二的外侧面与所述管一的内壁面抵触。

  进一步地,所述反应液进口设有电磁阀之三,所述电磁阀之三与所述四通的排液口连接,所述废液出口与所述废液罐相连,所述氢气出口与所述氢气清洗器相连,所述筒体上设有液位传感器之一、温度传感器之二和压力传感器之五,所述废液出口与所述废液罐之间还设有过滤器之二、废液排放减压阀和电磁阀之四。

  本实用新型的氢气分离器是一个对含细小氢气气泡的反应液具有分离功能的装置。夹杂氢气泡的反应液从所述反应液进口进入后,在所述螺旋分离组件一的螺旋导流板之一的导流作用下,呈旋风式下流,在此过程中,反应液中的氢气泡会与反应液充分混合,小气泡会不断的聚集湮灭,进而生成大气泡。气泡与反应液在筒体的底部分离,气泡向上运动,汇集成氢气。反应液残留在筒体的底部形成废液,最后经所述废液出口排出。气泡从反应液中逸出的过程会携带部分碱雾,氢气在向上运动过程中需经过所述螺旋分离组件二的螺旋导流板之二,高速氢气流在离心力的作用下可实现氢气与碱雾的分离。最后,分离的氢气从所述氢气出口排出,而碱雾汇入筒体的底部形成废液。

  当所述液位传感器之一检测到废液高度达到预设值时,所述电磁阀之四打开,废液依次通过所述过滤器之二、所述废液排放减压阀和所述电磁阀之四流向所述废液罐。

  作为本实用新型的优选实施方式,所述氢气清洗器包括清洗器本体,所述清洗器本体包括密封的洗涤管、螺旋分离组件三、扩散箱、氢气进口管、氢气出口管、净水进口管和废液出口管,所述螺旋分离组件三设于所述洗涤管的内上部,所述扩散箱设于所述洗涤管的内下部,所述氢气进口管的一端从所述洗涤管的顶端插入并与所述扩散箱连接,所述氢气出口管设于所述洗涤管的侧上部,所述净水进口管设于所述洗涤管的侧下部,所述废液出口管设于所述洗涤管的侧底部。

  优选地,所述螺旋分离组件三包括封口的管三和螺旋导流板之三,所述管三套接于所述氢气进口管上,所述螺旋导流板之三的内侧面与所述管三的外壁面连接,所述螺旋导流板之三的外侧面与所述洗涤管的内壁面抵触。

  进一步地,所述扩散箱包括内钢纸层和外钢纸层,所述内钢纸层由30目的钢纸编织而成,所述外钢纸层由100目的钢纸编织而成,所述扩散箱通过连接板与所述氢气进口管连接。

  进一步地,所述氢气进口管与所述氢气分离器相连的管路上设有电磁阀之五,所述净水进口管还与清洗液进液系统连接,所述清洗液进液系统包括沿液体流向依次设置的过滤器之三、清洗液进液泵、单向阀之三和电磁阀之六,所述氢气出口管还连接沿管路依次设置的氢气出口减压阀和电磁阀之七,所述废液出口管与所述废液罐相连的管路上还设有过滤器之四、清洗液排放减压阀和电磁阀之八,所述洗涤管上还设有压力传感器之六、液位传感器之二、温度传感器之三和电导率传感器。

  本实用新型的氢气清洗器是一个对氢气和碱性液滴具有特殊分离功能的装置;为提高氢气质量,氢气清洗器对氢气分离器分离出来的氢气实行在线及时净化,高效去除氢气流中夹带的NaOH、NaBO2和NaBO3等杂质,保证氢气质量,防止杂质随氢气流进入燃料电池,对电池造成不良影响。本实用新型的氢气清洗器通过水清洗方式清除碱液,夹杂碱液的氢气通过所述氢气进口管进入所述扩散箱,所述扩散箱布置于洗涤管内的清洗水中。气体经过扩散箱后速度降低,碱液扩散,充分与清洗水接触,保证了清洗效果。

  本装置启动时,电磁阀之六打开,清洗液进液泵启动,将清洗水通过单向阀之三泵入洗涤管中。当液位传感器之二监测到洗涤管内清洗水的液位高度超过450mm时,电磁阀之六关闭。电导率传感器可以实时监测洗涤管内清洗水的电导率,当清洗水的电导率达到设定值(500μS/cm)时,开启电磁阀之八、电磁阀之六和清洗液进液泵,液位传感器之二实时监测清洗液的液位高度,由于排液量远大于进液量,因此当液位低于100mm时,关闭电磁阀之八。当液位高于450mm时,关闭电磁阀之六和清洗液进液泵。

  氢气从清洗液中逸出时会携带少量的清洗液滴,因此,本实用新型在所述洗涤管的内上部设计了螺旋分离组件三。氢气在向上运动过程中需经过所述螺旋分离组件三的螺旋导流板之三,高速氢气流在离心力的作用下可实现氢气与液滴的分离。最后,分离的氢气从所述氢气出口管排出,并通过管路流入氢气缓冲罐或使用装置中,而分离的清洗液汇入洗涤管底部的清洗液中。

  作为本实用新型的优选实施方式,所述控制系统包括数模转换器、西门子微处理器、触摸屏、鼠标、中间继电器和继电器。本实用新型中,所述数模转换器分别与压力传感器组、温度传感器组、液位传感器组和所述电导率传感器连接,所述西门子微处理器分别与所述数模转换器、所述触摸屏、所述鼠标和所述中间继电器连接,所述中间继电器分别与所述继电器连接和电磁阀组连接;所述继电器分别与所述空冷反应器本体和泵组连接。其中,所述压力传感器组包括所述压力传感器之一、所述压力传感器之二、所述压力传感器之三、所述压力传感器之四、所述压力传感器之五和所述压力传感器之六。所述温度传感器组包括所述温度传感器之一、所述温度传感器之二和所述温度传感器之三。所述液位传感器组包括所述液位传感器之一和所述液位传感器之二。所述电磁阀组包括所述电磁阀之一、所述电磁阀之二、所述电磁阀之三、所述电磁阀之四、所述电磁阀之五、所述电磁阀之六、所述电磁阀之七和所述电磁阀之八。所述泵组包括所述一级隔膜泵、所述二级齿轮泵、所述三级齿轮泵和所述清洗液进液泵。

  本实用新型中,所述数模转换器进行模/数及数/模转换,实现所述西门子微处理器与相连接的元器件之间的通信。所述压力传感器之四采集空冷反应器本体中的反应压力,并将信号传输至西门子微处理器,从而与设定压力值比对,调节二级齿轮泵和三级齿轮泵的转速,从而控制系统的制氢速度。温度传感器之一可以检测空冷反应器本体的反应床层温度,温度传感器之二可以检测分离器本体的内部温度,温度传感器之三可以检测清洗器本体的内部温度。以上所有传感器信号均可传输至西门子微处理器,并在触摸屏上显示实时信息。

  使用时,系统开机初始化,通过触摸屏或鼠标设置产氢速率,在西门子微处理器中预先设定不同产氢速率对应的空冷反应器压力和温度参数,西门子微处理器根据产氢速率、硼氢化钠溶液浓度、预计转化率计算并控制硼氢化钠溶液的进液量。当空冷反应器本体的压力不在设定的范围区域内时,调节二级齿轮泵和三级齿轮泵的转速。当空冷反应器本体的床层温度不在设定的范围区域内时,则调节其散热风扇的转速。

  为适应大功率燃料电池的用氢需求,以及提升整个系统的能量密度,本实用新型采用风冷反应器结构,将空气冷却器和反应器集成为一体。为保证散热效果,采用翅片结构的列管,翅片整体压制而成,一致性好,散热均匀。反应器水解反应制备的氢气均为微小氢气泡,夹杂于反应废液中,因此需要进行氢气与反应废液的分离,而本实用新型的氢气分离器能对氢气和反应废液实行在线分离,分离效果好。此外,氢气流中夹带NaBO2和NaOH等碱性液滴,这是一种气液两相混合物,其对燃料电池有害,因此,本实用新型通过氢气清洗器对氢气实行在线净化,去除有害杂质,提高氢气的质量。

  本实用新型的大功率硼氢化钠水解制氢装置集制氢和氢气的分离、纯化多功能于一体,可全自动运行,可靠程度高,使用安全,产氢量大,氢气纯度高,在产氢质量和产氢速度等方面均可满足30kW氢空燃料电池系统的用氢需求,作为供氢系统可明显提高整体系统的质量能量密度。而且,本实用新型的大功率硼氢化钠水解制氢装置适用于附近有可用水源的固定式燃料电池系统,有较好的应用前景。

  附图说明

  图1为本实用新型所述大功率硼氢化钠水解制氢装置的工艺流程示意图;

  图2为本实用新型所述空冷反应器本体的剖面结构示意图;

  图3为本实用新型所述空冷反应器本体的侧面结构示意图;

  图4为图2中A-A面的剖视图;

  图5为图2中B-B面的剖视图;

  图6为本实用新型所述分离器本体的剖面结构示意图;

  图7为图6中A的局部放大图;

  图8为图6中B的局部放大图;

  图9为本实用新型所述清洗器本体的剖面结构示意图;

  图10为本实用新型所述清洗器本体的仰视图;

  图11为本实用新型所述清洗器本体于另一方向的剖面结构示意图;

  图12为图11中C的局部放大图;

  图13为本实用新型所述控制系统结构连接示意图;

  图14为本实用新型的温度、压力PID调节原理图。

  图中,硼氢化钠溶液储罐1;硼氢化钠溶液进料系统2、过滤器之一201、电磁阀之一202、一级隔膜泵203、压力传感器之一204、二级齿轮泵205、压力传感器之二206、三级齿轮泵207、压力传感器之三208、单向阀之一209、单向阀之二210、泄压阀211;硼氢化钠水解制氢反应器3、电磁阀之二301、空冷反应器本体302、温度传感器之一303、压力传感器之四304、四通305、自动超压泄压阀306、手动超压泄压阀307、管箱308、翅片管309、散热风扇310、上盖板311、下盖板312、进液口313、排液口314;氢气分离器4、电磁阀之三401、分离器本体402、液位传感器之一403、温度传感器之二404、压力传感器之五405、过滤器之二406、废液排放减压阀407、电磁阀之四408、筒体409、反应液进口410、氢气出口411、废液出口412、螺旋分离组件一413、螺旋分离组件二414、隔离板415、管一416、螺旋导流板之一417、管二418、螺旋导流板之二419、固定板420、堵板421、密封板422、密封底座423;氢气清洗器5、电磁阀之五501、清洗器本体502、压力传感器之六503、液位传感器之二504、温度传感器之三505、电导率传感器506、清洗液进液系统507、氢气出口减压阀508、电磁阀之七509、过滤器之四510、清洗液排放减压阀511、电磁阀之八512、过滤器之三513、清洗液进液泵514、单向阀之三515、电磁阀之六516、洗涤管517、螺旋分离组件三518、扩散箱519、氢气进口管520、氢气出口管521、净水进口管522、废液出口管523、管三524、螺旋导流板之三525、密封板526、密封底座527、内钢纸层528、外钢纸层529、连接板530;废液罐6;控制系统7、数模转换器701、西门子微处理器702、触摸屏703、鼠标704、中间继电器705、继电器706、压力传感器组707、温度传感器组708、液位传感器组709、电磁阀组710、泵组711。

  具体实施方式

  为更好的说明本实用新型的目的、技术方案和优点,下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。应理解,本实用新型实施例仅用于说明本实用新型的技术效果,而非用于限制本实用新型的保护范围。

  如图1所示,本实用新型的大功率硼氢化钠水解制氢装置包括硼氢化钠溶液储罐1、硼氢化钠溶液进料系统2、硼氢化钠水解制氢反应器3、氢气分离器 4、氢气清洗器5、废液罐6和控制系统7。

  具体地,硼氢化钠溶液储罐1设有硼氢化钠粉末投料口、原料水入口、硼氢化钠溶液出口、直流搅拌电机和搅拌轴。其中,硼氢化钠粉末投料口用于向硼氢化钠溶液储罐内加入硼氢化钠粉末,原料水入口用于向硼氢化钠溶液储罐内加入原料水,然后借由直流搅拌电机驱动搅拌轴搅拌,以加快硼氢化钠粉末溶解于原料水中,形成硼氢化钠溶液。

  具体地,硼氢化钠溶液进料系统2包括依次连接的过滤器之一201、电磁阀之一202、一级隔膜泵203、压力传感器之一204、二级齿轮泵205、压力传感器之二206、三级齿轮泵207、压力传感器之三208和单向阀之一209;还包括超压泄放组件,超压泄放组件包括相连的单向阀之二210和泄压阀211。三级齿轮泵的出口处有两路连接;一路是用于超压泄放,作为齿轮泵超压工作泄压口,其连接超压泄放组件,进而连接到一级隔膜泵的入口;另一路则作为反应液管路,连接到压力传感器之三和单向阀之一。硼氢化钠溶液进料系统的元件之间均通过316L不锈钢管、卡套式管接头连接。单向阀之一通过316L不锈钢管与硼氢化钠水解制氢反应器相连。

  具体地,硼氢化钠水解制氢反应器3包括电磁阀之二301、空冷反应器本体 302、温度传感器之一303、压力传感器之四304、四通305、自动超压泄压阀 306和手动超压泄压阀307。空冷反应器本体的进液口与电磁阀之二连接,电磁阀之二还与单向阀之一连接。四通的一端为进液口,与空冷反应器本体的排液口连接,一端连接自动超压泄压阀,一端连接手动超压泄压阀,最后一端为排液口,与氢气分离器相连。温度传感器之一和压力传感器之四设于空冷反应器本体上,负责采集空冷反应器本体中的反应床层温度和反应压力。

  如图2~5所示,本实施例中,空冷反应器本体302包括管箱308,管箱内装有翅片管309,翅片管的尺寸为Ф16×1.5mm,管数为105根,呈等边三角形排列。翅片管内部装填有方形的硼氢化钠水解催化剂,该硼氢化钠水解催化剂以化学沉积方法,用泡沫镍担载活性钌制备而成。翅片管的两个管口覆盖筛网,以固定催化剂,防止催化剂脱管。管箱的表面安装有散热风扇310,管箱的两端分别设有上盖板311和下盖板312,下盖板上设有与翅片管的一端连通的进液口 313,上盖板上设有与翅片管的另一端连通的排液口314。为方便检修拆装,上盖板和下盖板与管箱之间为螺栓连接。硼氢化钠溶液从进液口进入后,在翅片管的管内通过,与管内的硼氢化钠水解催化剂均匀接触。空气在翅片管外横掠流过,对管内的流体进行冷却或冷凝。散热风扇驱使空气流动,提高空气冷却效果。翅片管的翅片为整体式压制而成,具有良好的一致性。管箱的上、下端面均为机床整体加工,保证良好的表面粗糙度Ra0.3,且两端加工有密封垫片槽,可防止密封垫的窜动,保证密封性能。

  具体地,氢气分离器4包括电磁阀之三401、分离器本体402、液位传感器之一403、温度传感器之二404、压力传感器之五405、过滤器之二406、废液排放减压阀407和电磁阀之四408。电磁阀之三分别连接四通的排液口和分离器本体的反应液进口,液位传感器之一、温度传感器之二和压力传感器之五分别设于分离器本体上,负责监测分离器本体内的液位,采集分离器本体内部的温度和压力。分离器本体的废液出口依次连接过滤器之二、废液排放减压阀、电磁阀之四和废液罐;分离器本体的氢气出口与氢气清洗器相连。

  如图6~8所示,本实施例中,分离器本体402包括密封的筒体409,筒体的上侧部设有反应液进口410,筒体的顶端设有氢气出口411,筒体的底端设有废液出口412。筒体的内上部设有螺旋分离组件一413、螺旋分离组件二414和隔离板415,其中,隔离板安装于反应液进口的上方,螺旋分离组件一与隔离板固定连接,螺旋分离组件二安装于螺旋分离组件一的内部。具体地,螺旋分离组件一包括敞口的管一416和螺旋导流板之一417,管一的上端与隔离板连接且端口与氢气出口连通,螺旋导流板之一的内侧面与管一的外壁面连接,螺旋导流板之一的外侧面与筒体的内壁面抵触,螺旋导流板之一的上端还与反应液进口连接。本实施例中,螺旋导流板之一的尺寸为:Ф140mm/Ф64mm、螺距100mm、总长350mm。螺旋分离组件二包括封口的管二418和螺旋导流板之二419,管二通过固定板420安装于管一内,螺旋导流板之二的内侧面与管二的外壁面连接,螺旋导流板之二的外侧面与管一的内壁面抵触;管二的两端设有封口的堵板 421。本实施例中,螺旋导流板之二的尺寸为:Ф48mm/Ф22mm、螺距100mm、总长350mm。筒体的顶端设有与其螺栓连接的密封板422,氢气出口安装于密封板上,底部设有与其螺栓连接的密封底座423,废液出口安装于密封底座上。

  夹杂氢气泡的反应液从反应液进口进入分离器本体后,在螺旋分离组件一的螺旋导流板之一的导流作用下,呈旋风式下流,在此过程中,反应液中的氢气泡会与反应液充分混合,小气泡会不断的聚集湮灭,进而生成大气泡。气泡与反应液在筒体的底部分离,气泡向上运动,汇集成氢气。反应液残留在筒体的底部形成废液,最后经废液出口排出。气泡从反应液中逸出的过程会携带部分碱雾,氢气在向上运动过程中需经过314螺旋分离组件二的螺旋导流板之二,高速氢气流在离心力的作用下可实现氢气与碱雾的分离。最后,分离的氢气从氢气出口排出,而碱雾汇入筒体的底部形成废液。本实施例中,当液位传感器之一检测到废液高度超过450mm时,电磁阀之四打开,废液依次通过过滤器之二、废液排放减压阀和电磁阀之四流向废液罐。

  具体地,氢气清洗器5包括电磁阀之五501、清洗器本体502、压力传感器之六503、液位传感器之二504、温度传感器之三505、电导率传感器506、清洗液进液系统507、氢气出口减压阀508、电磁阀之七509、过滤器之四510、清洗液排放减压阀511、电磁阀之八512。电磁阀之五分别连接分离器本体的氢气出口和清洗器本体的氢气进口管,压力传感器之六、液位传感器之二、温度传感器之三和电导率传感器分别设于清洗器本体上,负责监测清洗器本体的液位、压力、温度和液体的电导率。清洗器本体的净水进口管与清洗液进液系统连接连接,清洗液进液系统包括依次连接的过滤器之三513、清洗液进液泵514、单向阀之三515和电磁阀之六516。清洗器本体的废液出口管依次与过滤器之四、清洗液排放减压阀、电磁阀之八和废液罐连接。清洗器本体的氢气出口管还依次与氢气出口减压阀和电磁阀之七连接,进而通过管路连接氢气缓冲罐或者使用装置。

  本装置启动时,电磁阀之六打开,清洗液进液泵启动,将清洗水通过单向阀之三泵入清洗器本体中。当液位传感器之二监测到清洗器本体内清洗水的液位高度超过450mm时,电磁阀之六关闭。电导率传感器可以实时监测清洗器本体内清洗水的电导率,当清洗水的电导率达到设定值(500μS/cm)时,开启电磁阀之八、电磁阀之六和清洗液进液泵,液位传感器之二实时监测清洗液的液位高度,由于排液量远大于进液量,因此当液位低于100mm时,关闭电磁阀之八。当液位高于450mm时,关闭电磁阀之六和清洗液进液泵。

  如图9~12所示,本实施例中,清洗器本体502包括密封的洗涤管517、螺旋分离组件三518、扩散箱519、氢气进口管520、氢气出口管521、净水进口管522和废液出口管523。螺旋分离组件三设于洗涤管的内上部,扩散箱设于洗涤管的内下部,氢气进口管的一端从洗涤管的顶端插入并与扩散箱连接,氢气出口管设于洗涤管的侧上部,净水进口管设于洗涤管的侧下部,废液出口管设于洗涤管的侧底部。具体地,螺旋分离组件三包括封口的管三524和螺旋导流板之三525,管三套接于氢气进口管上,螺旋导流板之三的内侧面与管三的外壁面连接,螺旋导流板之三的外侧面与洗涤管的内壁面抵触。洗涤管的顶端设有与其螺栓连接的密封板526,底部设有与其螺栓连接的密封底座527。扩散箱包括内钢纸层528和外钢纸层529,内钢纸层由30目的钢纸编织而成,外钢纸层由100目的钢纸编织而成。扩散箱通过连接板530与氢气进口管连接。本实施例中,扩散箱布置于洗涤管的清洗水中,距离洗涤管的底板100mm。氢气通过氢气进口管进入扩散箱,气体经过扩散箱后速度降低,碱液快速扩散,并与清洗水充分接触,保证了清洗效果。氢气从清洗液中逸出时会携带少量液滴,但氢气在向上运动过程中需经过螺旋导流板之三,高速氢气流在离心力的作用下可实现氢气与液滴的分离。最后,分离的氢气从氢气出口管排出,并通过管路流入氢气缓冲罐或使用装置中,而分离的清洗液汇入洗涤管底部的清洗液中。

  本实施例的硼氢化钠溶液储罐、空冷反应器本体、分离器本体和清洗器本体等可采用316L不锈钢材料加工制造而成。单向阀可采用开启压力为0.05MPa、耐压为20MPa的机械式单向阀。电磁阀选用耐腐蚀耐压等级4.0MPa的电磁阀。二级齿轮泵三级齿轮泵和清洗液进液泵均采用外啮合齿轮泵,供电电压DC24V 或48V,扬程可达20bar。一级隔膜泵选用高吸程、低扬程泵,供电电压DC24V 或48V。泄压阀、自动超压泄放阀设定泄压压力4.0MPa。废液排放减压阀、清洗液排放减压阀、氢气出口减压阀的减压范围为0.1~1.2MPa。

  具体地,如图13所示,控制系统7包括数模转换器701、西门子微处理器 702、触摸屏703、鼠标704、中间继电器705和继电器706。数模转换器分别与压力传感器组707、温度传感器组708、液位传感器组709和电导率传感器506 连接,西门子微处理器分别与数模转换器、触摸屏、鼠标和中间继电器连接,中间继电器分别与继电器连接和电磁阀组710连接,继电器分别与空冷反应器本体302和泵组711连接。其中,压力传感器组包括压力传感器之一、压力传感器之二、压力传感器之三、压力传感器之四、压力传感器之五和压力传感器之六。温度传感器组包括温度传感器之一、温度传感器之二和温度传感器之三。液位传感器组包括液位传感器之一和液位传感器之二。电磁阀组包括电磁阀之一、电磁阀之二、电磁阀之三、电磁阀之四、电磁阀之五、电磁阀之六、电磁阀之七和电磁阀之八。泵组包括一级隔膜泵、二级齿轮泵、三级齿轮泵和清洗液进液泵。

  数模转换器进行模/数及数/模转换,实现西门子微处理器与相连接的元器件之间的通信。压力传感器之四采集空冷反应器本体中的反应压力,并将信号传输至西门子微处理器,从而与设定压力值比对,调节二级齿轮泵和三级齿轮泵的转速,从而控制系统的制氢速度。温度传感器之一可以检测空冷反应器本体的反应床层温度,温度传感器之二可以检测分离器本体的内部温度,温度传感器之三可以检测清洗器本体的内部温度。以上所有传感器信号均可传输至西门子微处理器,并在触摸屏上显示实时信息。

  如图14所示,使用时,系统开机初始化,通过触摸屏或鼠标设置产氢速率,在西门子微处理器中预先设定不同产氢速率对应的空冷反应器压力和温度参数,西门子微处理器根据产氢速率、硼氢化钠溶液浓度、预计转化率计算并控制硼氢化钠溶液的进液量。当空冷反应器本体的压力不在设定的范围区域内时,调节二级齿轮泵和三级齿轮泵的转速。当空冷反应器本体的床层温度不在设定的范围区域内时,则调节其散热风扇的转速。对参数进行设置,空冷反应器本体1 的反应压力设定为1.5~2.0MPa,反应床层温度设置为80±10℃,氢气出口压力设定为0.8~1.2MPa。

  在本实施例中,主要以压力信号作为反馈信号来控制装置的制氢速度,使其与初始设定的产氢速率误差在允许范围内。产氢速率的调节设定了一级反馈调节,利用初始设定的产氢速度来计算齿轮泵的工作控制电压和压力设定值,当空冷反应器本体内的压力与设定压力值误差超过允许范围,则进一步调节齿轮泵的工作控制电压,直至压力误差值在允许范围内。空冷反应器本体的反应床层温度控制亦设定了一级反馈调节,床层设定温度为80℃±10℃,当床层温度不在设定温度范围区域内时,则调节散热风扇直至温度达到设计值。

  本实施例采用浓度为12%的硼氢化钠溶液,二级齿轮泵和三级齿轮泵的进液速率为1500mL/min,系统设计压力在1.5~2.0MPa,氢气出口减压阀压力在 0.8~1.2MPa。传感器将采集到的压力、温度、液位数据、电导率信号反馈至西门子微处理器。

  最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

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