[实用新型]一种移动化学制氢装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种移动化学制氢装置，采用硼氢化物碱性溶液作为储氢介质的催化水解制氢装置。

背景技术

氢能被普遍认为是未来的清洁能源，因为它可以直接用于内燃机，或者作为燃料电池的燃料来驱动车辆或作为其他用途的电源。氢气是质子交换膜燃料电池的理想燃料，质子交换膜燃料电池可以在温和条件下高效地(高达83％)将氢的化学能转化为电能。在质子交换膜燃料电池实用化之前，用氢气驱动的内燃机车辆可作为一种实现运输车辆零排放的过渡手段。

作为内燃机车辆的燃料，氢气比汽油有更高的热效率，这是因为它在过剩空气中比汽油燃烧得更完全并且可使用更高的压缩比；此外，它对空气/燃料比有更强的适应能力，因而在频繁的启动和刹车过程中有较高的燃烧效率。氢气作为内燃机车辆的燃料的另一个重大优点是，它不像汽油那样会产生CO、未燃尽的烃、烟尘、异味以及温室气体CO2等环境污染物。氢气在空气中燃烧生成的少量NO_x也可以通过调节空气/燃料比减少到最低限度。而使用氢气为燃料的质子交换膜燃料电池汽车则可以实现零排放。但是，用氢气作燃料也有许多困难，主要是缺乏安全、高效、经济、轻便的储氢技术。如果以质量为基准，氢气的储能密度很大，但若以体积为基准，其储能密度非常小，必须储存和输送体积庞大的氢气以满足需要。因此，发展氢能汽车和轻便电源的主要技术关键是能找到安全生产、输送和储存一定量氢气的技术。

目前制氢方法较多，有物理制氢法、化学制氢法和生物制氢法，但目前能够工业化的制氢方法还只有化学制氢法。包括：水电解制氢、甲醇蒸汽转化制氢、氨分解制氢、烃类氧化重整制氢、生物制氢。以上各种方法各有优缺点，例如：水电解可完全自动化，操作方便，其氢气纯度较高(一般可达99％～99.9％)。缺点是耗电量较高，一般不低于5kW·h/m³(标准)；甲醇蒸汽转化制氢反应过程是吸热的，需要外界提供能量，不适于便携装置；氨分解制氢比水电解法制氢能耗低40％以上(水电解制氢的能耗为73.4kJ/m³，氨分解制氢的能耗为42.7kJ/m³)，但其缺点是明显的：一是反应温度高(约800℃)，对反应器和换热器等材质要求较高；二是液氨储存需用压力容器，且氨气属易燃易爆品。

目前储氢方法大致分为5种，即液态储氢、高压储氢、有机化合物储氢、金属化合物储氢和吸附储氢。液态储氢，由于氢气沸点极低(-14.77℃)，能耗大，成本高、储氢设备材质要求很高，操作和使用条件苛刻，大都用于火箭、飞船和卫星发射等高科技领域；高压储氢，对储氢容器材质要求高，储存和使用安全性差一般只用于实验室；有机化合物储氢，主要是利用苯和甲苯的加氢-脱氢反应以达到吸-放氢的目的，它们的储氢密度高(苯为质量分数7.8％，甲苯为质量分数6.12％)，吸放氢工艺复杂，还有许多技术问题没解决，但由于储存设备简单，是一种有发展前景的储氢技术；金属化合物储氢在国内外近几年已受到重视，理论究和应用技术进展很快。储氢机理是氢分子被吸附在金属表面后，离解成氢原子嵌入到金属的晶格中形成氢化物。金属化合物体积储氢密度高达12kg/m³，大于液氢密度(70kg/m³)。

硼氢化物化学制氢技术为近来世界范围内广泛关注的一种集制氢与储氢技术为一体的氢能利用方法。该方法不但具有金属氢化物贮氢的优点，而且质量储氢密度大幅度提高，因而更适合于质子交换膜燃料电池，更适用于移动式装置。归纳起来，主要有以下优点：

1)硼氢化物溶液无可燃性，储运和使用安全

2)硼氢化物的碱性溶液在空气中可稳定存在数月

3)制得的氢气纯度高(可达99.99mole％)，可直接作为质子交换膜燃料电池等用氢装置的燃料

4)氢的生成速度容易控制

5)氢的储存效率高，其中硼氢化钠干态质量储氢效率为10.7％；其35wt％溶液储氢效率可达7％(质量分数)或74g/L

6)催化剂和反应产物可以循环使用

7)在常温甚至0℃下便可以生产氢气

8)全过程无污染

目前基于硼氢化物水解反应催化剂的研究比较多，但是鲜见在高效制氢装置方面的专利和文献报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用硼氢化物碱性溶液催化水解反应的可操作性、移动性、安全性、环保性均较好的制氢装置。