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北京中惠普解析氢气发生器设计!

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-06-20 10:58【
北京中惠普在本文解析了氢气发生器的设计,
氢气发生器设计 
1结构设计 
NaBH4的水解反应系统实现,可以将反应液体放入容器,将催化剂浸入液体,通过控制催化剂与反应溶液的接触面积来控制反应速率。这种方式实现较为简单,但难以准确控制接触面积,而且随着反应进行,溶液体系成分也难以确定,反应速率更加难以控制。我们还可以采用另外一种方式,将催化剂放入管式的反应腔中,使用微型蠕动泵将反应溶液泵入腔体与催化剂接触。使用这种方式,通过控制进液流速即可控制反应速率,而且反应过程中体系相对稳定。 国内外已实现的液体NaBH4水解制氢装置,通常是由燃料腔、反应器和废液腔三部分组成,反应生成物和未反应的燃料形成的气液混合物直接进入废液腔,在腔体中会出现简单的气液分离,氢气从腔上方排出,而剩余液体留在废液腔中。

这种结构可以保证反应残液不返回燃料腔,与燃料部分隔离,不对燃料供给侧有影响,燃料浓度不会变化。但随着废液的增多,废液腔温度升高,废液腔内的成分也越发复杂,气压、进入下一级的气体组分都变得不确定,还因为与反应器直接相连,有可能对反应器内的反应有不良影响,当废液腔内废液积累得过多,还有可能会出现回流。 为了避免这样的问题,我们采用的结构将气液分离与废液腔完全隔离,使用一个高速电磁阀,隔绝两部分并及时将废液排放到废液腔。避免了废液对系统反应的影响,使系统更加稳定可控。

本系统采用了一个一体化的反应-气液分离结构,使用电磁阀将此结构与废
液腔隔离,反应器结构反应所用催化剂为Co/γAl2O3与Co-B/Nifoam配合使用:Co/γAl2O3放在催化剂腔的进液入口处,加快反应响应速度;Co-B/Nifoam长度5cm,卷成圆柱体塞满催化剂腔,这样的催化剂担载量较大,可以使反应更加完全。在本系统中使用小功率蠕动泵进行液体注入,泵的进液速率固定,为2.6ml/min催化剂腔与气液分离腔构成密闭空间,为了减轻系统的重量,使用PTFE材料制作气液分离腔,PTFE制作的腔体耐热性、耐腐蚀性良好,经实验,可以保证长时间有效对混合物分离且不会产生漏气现象。腔内安装有压力传感器,可以即时地检测系统气体的压力,作为氢气发生反应控制速度的反馈信号。NaBH4解反应产物有气体(主要是H2)和液体(主要是NaBO2和水),分离腔底部接一个高速电磁阀,在气体压力超过设定值时将废液排入废液腔,实现反应产物的气液分离。 

2气体净化 
虽然从反应式看来,硼氢化钠水解的生成物中只有氢气是气体,但是实际反应中,由于反应速率很快、且反应温度高,催化剂腔处的温度可以达到80oC以上。这样的条件下,大量的氢气从溶液中脱出时会带出很多溶液的小液滴,这样的温度下也会蒸发出大量水蒸气。如果将这样的氢气直接提供给质子交换膜燃料电池作为氢气源,虽然质子交换膜也需要其中的水分用于质子传导,但过多的水分会在电池结构中产生“水淹”现象,大大降低电堆性能。而且雾状液滴之中经过初步气液分离的气体中仍含有大量水蒸气及一些可溶于水的胶粒,需要进一步净化,得到干燥、纯净的氢气。

为了去除这些物质,我们可以将其通入水
中进行洗气操作,然而这依然会带出大量水蒸气,只不过这些水蒸气中碱性物质含量大大降低。我们也可以使用干燥剂直接对气体进行干燥,去除其中的水和其他物质,然而经过实验,气体中的水蒸气非常多,以至于需要消耗大量干燥剂才能保持在很短的一段时间内净化气体。为了解决这样的问题,我们将水洗后的气体通入冷凝管,再通过一级气液分离膜以去除大部分水蒸气。将经过以上处理的气体通入变色硅胶,经过气液分离膜后的气体通入装有15cm变色硅胶的干燥管,4h后硅胶才产生大量变色。证明了这种方案的可行性。