[发明专利]一种利用废钢高效制备高纯高压氢气的方法及装置

说明书

本发明公开了一种利用废钢高效制备高纯高压氢气的方法及装置，涉及氢气制备技术领域，本发明包括集气瓶、析氢室、析氢介质、制氢钢片、对电极、充氢室、电解液、排气口和电解液入口，集气瓶的输入端连接有输气管，输气管另一端连接有析氢室，析氢室内部装载有析氢介质，析氢室一侧设置有充氢室，析氢室与充氢室之间安装有隔板，隔板下端设置有一开口，开口处设置有制氢钢片，制氢钢片的尺寸略大于开口，制氢钢片下端外露，且制氢钢片与电源的负极电性连接，充氢室与中间隔板相互密封连接；本发明高纯高压氢气制备装置从制氢钢片稀释出来的只有氢气，制备的氢气纯度高，氢纯度接近100％，并且该制备方法具有较高的电/氢转化效率，效率可达70％。

技术领域

本发明涉及氢气制备技术领域，特别涉及一种利用废钢高效制备高纯高压氢气的方法及装置。

背景技术

氢气作为清洁能源，具有清洁、高效和零排放的特点，近年来获得了广泛关注，但由于水电、风电、光伏发电存在送出难、消纳难问题，2019年我国“三弃”电量共计约1023亿千瓦时，大量清洁电能被浪费，造成了巨大的经济损失，当前，电解水制氢领域主要有碱性槽、PEM(质子交换膜)和SOEC(高温固体氧化物电解水)等方案，其中碱性槽技术及装备较为成熟，但工艺复杂，占地面积大；PEM方案成本较高，产业规模化较难；SOEC还处于技术研发阶段，产业化进程开展较慢；

另外，在钢铁冶炼工艺中，铸坯坯头由于其含氧量较高，内部洁净度较差，含有大量非金属夹杂物，通常作为“废钢”对其报废或进行回炉重熔处理，造成了资源及能源的大量浪费；针对于此，我们提出一种利用废钢高效制备高纯高压氢气的方法及装置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种利用废钢高效制备高纯高压氢气的方法及装置，以解决上述背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种利用废钢高效制备高纯高压氢气的装置，包括集气瓶、析氢室、析氢介质、制氢钢片、对电极、充氢室、电解液、排气口和电解液入口，所述集气瓶的输入端连接有输气管，所述输气管另一端连接有析氢室，所述析氢室内部装载有析氢介质，所述析氢室一侧设置有充氢室，所述析氢室与充氢室之间安装有隔板，所述隔板下端设置有一开口，所述开口处设置有制氢钢片，所述制氢钢片的尺寸略大于开口，所述制氢钢片下端外露，且制氢钢片与电源的负极电性连接，所述充氢室与中间隔板相互密封连接，所述充氢室的充氢端底部与制氢钢片相对的部位设置有与制氢钢片互相平行的片状对电极，所述对电极底部外露于充氢室，所述对电极底部与电源的正极电性连接，所述充氢室内部载有充氢电解液，所述充氢室上端分别连接有排气口和电解液入口。

优选地，所述制氢钢片通过固化粘接剂固定于隔板小口处。

优选地，所述制氢钢片来源于任何排号的钢铁材料，或其他具有较大氢扩散速率的固体导电材料。

优选地，所述析氢介质为稳定油性、不易挥发性质稳定的液体，包括甘油、硅油。

优选地，所述充氢室电解液为碱性(如NaOH)或酸性稀溶液(如稀硫酸)，或中性的导电溶液。

优选地，所述对电极包括铂电极和石墨电极，为常用性质稳定的电极材料，有助于保持长时间使用时的稳定性。

一种利用废钢高效制备高纯高压氢气的方法，包括如下步骤：

Step1：在电解液中给制氢钢片施加负电位，使氢原子在电场的作用下进入到制氢钢片中；

Step2：依据氢原子在制氢钢片中较大的扩散速率，氢进入到钢中后在内部迅速扩散；

Step3：根据制氢钢片中夹杂物与基体结构的差异现象，其界面存在一定的微孔洞，氢在钢中的扩散将受到夹杂物通道效应的影响，使氢在钢中的扩散通量增大；

Step4：氢原子渗透到充氢侧背面，夹杂物界面氢浓度较大，从而氢原子结合成氢分子从夹杂物界面逸出；