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本发明属于氢气制造以及储存技术，具体涉及一种大规模铝水反应制氢设备。
化石燃料的大规模使用给环境造成了严重污染，开发清洁、价廉的新能源，以逐步取代现有的化石燃料，达到减少污染与温室气体排放、最终实现零排放是人类追求的目标。氢能以其储量丰富、热值高、清洁、高效、便于运输等特点引起人们越来越多的关注。目前常用的制氢方法主要包括化石燃料制氢、电水解制氢、热分解碳氢化合物制氢、氨分解制氢、生物制氢等技术，但都存在着需要使用化石燃料、能耗高、转化率低以及高污染等缺点。 铝是地壳中含量最多的金属元素，其资源丰富、价格低廉，且能与水反应生成氢气，水解产氢量高(1245mL/g)、反应可在温和条件进行、产物可循环利用、无有毒气体等优点，副产物可再次应用于水处理、造纸、阻火剂的生产。 铝水反应制氢被认为是一种最有潜力的制氢技术。铝水反应制氢技术可用如下化学方程式描述：2Al+4H2O→2AlO(OH)+3H2↑，该反应放热，在反应过程中铝水反应制氢速率及其转换效率是人们关注的重点。 要实现铝水制氢工业化，必须设计适当的氢气发生装置。现阶段的制氢装置主要用于小规模制氢，对于如何实现大规模制氢尚无解决方案。CN107703868A公开了本申请人的《分体式高容量全自动控制的可调控制氢系统》，储水罐上有进水单向阀，出水口；反应釜内有铝合金粉末；储水罐依次连通4个反应釜的输水管上有水泵；储氢罐有泄压阀，电子压力表，依次连通储氢罐和反应釜的输氢管上有氢气输出电磁阀、质量流量阀；每个反应釜均装有反应进出控制组件，反应进出控制组件依次接OP液晶操作系统、PLC控制电路。该装置虽实现了铝水反应的自动控制，但在实际应用中发现，由于铝水反应剧烈，同时铝水反应热为15.1KJ/g Al，因此反应釜内铝合金粉末质量不宜过多，否则可能由于铝水反应热过大，会造成反应釜内温度过高，带来安全隐患，因此该装置但仍属于小规模制氢。 铝水制氢的工业化，需要有大规模铝水制氢装置，产氢的质量需要在公斤级别以上，设计大规模铝水制氢装置一方面需要着重考虑铝水反应热的问题，另一方面需要考虑环境温度。这是因为铝水反应速率及转换效率主要取决于铝合金粉末的活性及反应水的温度。随着反应水温度的提高，铝水反应速率及转换效率都能相应提高。因此，在减少液态水蒸发的情况下，提高反应水的温度有利于提高铝水反应速率及转换效率。如何利用好铝水反应热来提高反应水的温度，从而提高铝水反应制氢速率和转换效率是大规模制氢装置需要考虑的问题。
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种结构简单、安全稳定，能有效控制铝水反应热，并同时提高铝水反应速率和转换效率的制氢量大的铝水反应制氢设备。 本发明目的的实现方式为，一种大规模铝水反应制氢设备，储水罐上有进水管，下有出水管，进水管上装有进水单向阀；数个反应釜按层有序布置；储水罐通过输水管依次连通数个反应釜，输水管上装有小水泵、反应层进水电动阀；每个反应釜内装有铝合金粉末；大水泵所接冷凝管一端插进储水罐的水中，一端通过每个反应层上所装冷凝进水电动阀、冷凝进水单向阀接反应釜；储水罐通过冷凝出水管依次连通数个反应釜，冷凝出水管上装有冷凝出水单向阀；冷凝管环绕所有反应釜；每个反应釜通过输氢管接干燥罐，输氢管上装输氢单向阀，干燥罐通过连通管接储氢罐；储氢罐上装电子压力表、氢气输出管和泄压阀氢气输出管上装电磁阀，质量流量阀； 每个反应釜上所装的进水电动阀、进水单向阀、输氢单向阀，以及每个反应层所装的反应层进水电动阀和冷凝水电动阀等反应进出控制组件和从储氢罐上所装电子压力表获得反馈信号的反应进出控制组件依次接OP液晶操作系统、PLC控制电路。 采用本发明，在OP液晶操作系统界面点击开始反应，然后在开始反应选项栏中任意选择任意一层的反应釜，小水泵即将储水罐中的水泵至选定反应釜，并与反应釜内的铝合金粉末反应产生氢气。大水泵同时启动，将储水罐中的水引至冷凝管中；所产生的氢气输入干燥罐中，然后再送入储氢罐中。储氢罐的压力升至定值，水泵停止泵水，继续反应的气体储存到储氢罐中，留待使用。在OP液晶操作系统界面点击开始使用，即可开始取用氢气。当该层反应釜使用完毕之后，自动切换到下一反应层。当所有反应釜中的铝合金粉末使用完毕之后，可取出更换铝合金粉末，用以回收再利用。 本发明有以下优点： 1)采用多个按此有序布置的反应釜，多个反应釜同时进行反应，井然有序实现了高容量、高反应速率与转换效率； 2)冷凝管环绕所有反应釜，当冷凝管开始进水时，可降低反应釜温度，避免铝水反应产生热量过高，使液态水变成水蒸气(因水蒸气与铝粉反应速率极慢)；冷凝管吸收反应釜部分热量使冷凝管中的水温上升而不汽化，再将冷凝管中水输入储水罐中；同时，小水泵又将储水罐中的水泵入反应釜，周而复始，水温逐渐升高，促进反应釜中铝粉反应速率，提高转换效率； 3)将储水部分、冷凝部分、反应部分、干燥部分、储氢部分有机的结合为一体，OP操作界面和PLC控制电路使得各自工作又能够协同作用，特别是冷凝部分与反应部分能同时进行，相互循环利用，使反应进程有条不紊，实现自动化； 4)采取数字化系统，利用一键式操作和反应各部分内部情况数据可视化；以此控制反应的启动停止，迅速调控反应釜内的反应进程，水温及储氢罐内部的氢气储备压力，实时稳定地输出氢气。 本发明反应过程平稳有序，系统自动化程度极高，可储备的氢气量大，产氢速率快，能够做到随取随用，安全高效。 说明书附图 图1是本发明结构示意图。 具体实施方式 下面参照附图详述本发明，本发明的储水罐2上有进水管5，下有出水管1，进水管5上装有进水单向阀。输水管3上装有小水泵10、反应层进水电动阀12。18个反应釜按3层、每层6个有序布置。储水罐通过输水管3依次通过小水泵连通18个反应釜23，每个反应釜内装有铝合金粉末。 大水泵9所接冷凝管一端插进储水罐的水中，一端通过每个反应层的冷凝管进水电动阀11、冷凝管进水单向阀25与18个反应釜相连接。储水罐通过冷凝出水管依次连通数个反应釜，冷凝出水管上装有冷凝出水单向阀6。 每个反应釜通过输氢管16接干燥罐22，输氢管上装输氢单向阀15。干燥罐通过连通管接储氢罐21。储氢罐上装电子压力表17、氢气输出管和泄压阀20；氢气输出管上装电磁阀18，质量流量阀19。 每个反应釜上所装的进水电动阀13、进水单向阀12、输氢单向阀15，每个反应层的反应层进水电动阀12、冷凝水进水电动阀11等反应进出控制组件和从储氢罐上所装电子压力表获得反馈信号的反应进出控制组件依次接OP液晶操作系统7、PLC控制电路8。 采用本发明，在储水罐2中注满水，并在反应釜23中分别加入所需量的铝合金粉末14，打开OP液晶操作系统7的操作界面，点击开启反应，在开始反应选项栏中任意选择“1，2，3”中的一层。小水泵10即将储水罐中的水泵至选中层中的6个反应釜中，与反应釜内的铝合金粉末反应产生氢气。大水泵9同时运行，将储水罐中的水引至冷凝管中，冷凝管温度随之上升后进入储水罐并用作反应水。产生的氢气进入干燥罐22中，随后进入储氢罐21，储氢罐所装压力表17实时监控内部压力。当储氢罐的压力升至定值时(0.5Mpa)，小水泵停止泵水，继续反应的气体将储存到储氢罐中，储氢罐内压力超过上限值(0.8Mpa)时将会从泄压阀泄气。 当储氢罐的压力值超过质量流量阀18设定压差(0.05Mpa)时，即可开始使用。在OP液晶操作系统界面点击开始使用，即可开始取用氢气。每层6个反应釜使用完毕之后，自动切换到下一反应层，反应即可重新开始。所有反应釜中的铝合金粉末使用完毕之后可取出更换铝合金粉末，用以回收再利用。 本发明反应过程平稳有序，系统自动化程度极高，可储备的氢气量大，产氢速率快，能够做到随取随用，安全高效。 |
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