[发明专利]连续可控的氢化镁水解制氢装置及利用该装置制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源化学和电源化学产品技术领域，具体涉及一种连续可控的氢化镁水解制氢装置及利用该装置制氢的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有无污染、效率高、寿命长、可微型化等优点成为最具商业化应用前景的新型移动电源之一。高效、稳定、安全、响应迅速的在线氢源技术是将氢燃料电池推向应用的前提和关键。然而，常见的高压储氢、液态储氢以及固态吸附储氢等方法都难以满足上述要求。因此，近年来国内外开发了基于活性金属、硼氢化物及镁基氢化物等制氢剂的水解在线氢源技术，极大地推动了氢燃料电池的应用。

在众多的固体制氢剂中，氢化镁(MgH₂)具有较高的理论储氢量(7.6wt.％)，与水反应，在释放每个氢原子的同时还可从水中提取另一个氢原子，使得体系的理论制氢量高达15.2wt.％，即1700mL/g(MgH₂)(考虑水由氢燃料电池反应生成，只记MgH₂重量)。水解制氢副产物氢氧化镁环境友好，是一种应用广泛的阻燃剂。近年来，面向移动式氢燃料电池在线氢源用的氢化镁水解制氢技术受到国内外同行的高度关注。

目前，基于氢化镁水解的在线制氢技术，其制氢方式是将一定量的氢化镁置于反应器中，利用泵注入反应水溶液，固液接触启动反应，并利用启普发生器原理实现制氢反应的启停。然而，由于大剂量固液反应物集中反应，制氢反应过程的可调性不佳，且装置的制氢速率不稳定(反应物定量，随着反应物的消耗及钝化层的包覆，供氢速率下降)。此外，当反应物耗尽，须停止反应，再加入反应物，再次启动反应，操作繁琐、复杂。因此，现有的氢化镁水解制氢技术(制氢方法及制氢装置)不能满足面向应用的在线氢源的要求。

发明内容

本发明旨在解决现有氢化镁水解制氢技术中存在的上述问题，提供了一种连续可控的氢化镁水解制氢装置及利用该装置制氢的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种连续可控的氢化镁水解制氢装置，该装置包括氢化镁储器、氯化镁溶液储器、制氢反应器和固液分离器，制氢反应器的第一进料口连接氢化镁储器的出口，制氢反应器的第二进料口连接氯化镁溶液储器，制氢反应器的第一导出口连接氢气净化器，制氢反应器的第二导出口通过螺旋反应管连接固液分离器的入口，固液分离器的出口连接氢气净化器。

所述的螺旋式反应管为纵向螺旋管。使用该螺旋式反应管进行反应，具有可连续进行，温度易控制及返混小的特点。同时，由于纵向螺旋管的重力引力作用便于实现氢化镁与氯化镁溶液之间的流态化反应，还可以规避反应器内正在进行的反应对后续导入的固液原料发生制氢反应的影响，尤其是对传质、传热等反应过程的影响。此外，采用纵向的螺旋管还可以减少宏观的尺寸，有利于形成结构更紧凑的供氢反应器。该纵向螺旋管优选采用聚氨酯管。使用时，可以将聚氨酯管盘绕在圆柱型筒的外侧制成螺旋式反应管。

氢化镁储器和制氢反应器之间设置进料器；氯化镁溶液储器和制氢反应器之间设置微型计量泵。该进料器与微型计量泵的设置，实现了固液反应物的微剂量可控供给。

在氢气净化器之后通过管路连接负载。

制氢反应器的第一进料口的高度高于第二进料口。第二进料口高于第二导出口，这是由于液体从“高处”下落时具有的冲击力可更易将固体燃料“带走”，以便更好地形成固液混合流。第一导出口的高度低于第一进料口，高于二进料口。该导出口的作用是用于导出氢化镁和氯化镁溶液瞬间混合高速反应产生的氢气，从而规避因氢气在固液加料口富集形成瞬间高压而影响原料的加入及固液混合物的流动等问题。

固液分离器内设有可拆卸的多层过滤装置，用于分离固体副产物和反应水溶液，以利于反应水溶液循环使用。

上述利用权利要求1所述装置的氢化镁水解制氢的方法，该方法包括以下步骤：

1)氢化镁活化预处理；

2)活化后的氢化镁制成5mg≤颗粒质量≤50mg，大小均一的颗粒；优选颗粒大小直径为3-4mm，剂量为20-40mg/颗。

3)氢化镁颗粒从反应器的第一进料口导入，氯化镁溶液从第二进料口导入，固液两相反应物在制氢反应器入口处接触快速反应发生氢气，氢气从制氢反应器的第一导出口导出，经氢气净化器提供负载，固液反应物经第二导出口流态化进入螺旋式反应管，产生的氢气及废液排至固液分离器，气体经氢气净化器提供负载。

上述方法中，步骤“1)”所述的氢化镁活化预处理方法为机械球磨或超声活化；