脱除氢气中所含碱雾的填料式过滤装置和方法

摘要

本发明涉及填料式过滤器及过滤方法，旨在提供一种脱除氢气中所含碱雾的填料式过滤装置和方法。该装置包括装有填料的容器，所述填料为铝或锌制成的金属填料；容器设氢气入口和氢气出口。过滤方法是将由制氢装置引出的氢气通过填料式过滤装置。本发明提供的过滤器在使用中，可任意串、并接过滤单元，以满足各种用途的需要，过滤器在消除碱雾的同时，也产生氢气。阶段性的维护只要简单更换最前级的过滤器，将新过滤器作为次末节过滤器进行连接，维护简便。铝和锌相当便宜，可大大降低成本，实现低成本的氢气净化。

权利要求

1.一种脱除氢气中所含碱雾的填料式过滤方法，是将由制氢装置引出的氢气通过填料式过滤装置，该过滤装置中填充有铝或锌制成的金属填料。

2.根据权利要求1所述的过滤方法，其特征在于，在过滤装置中设置至少两个装有填料的容器，各容器相互串联或并联。

3.根据权利要求2所述的过滤方法，其特征在于，当串联的容器需要更换时，移走最前级的容器，将新装填料的容器作为次末级过滤器进行连接。

4.根据权利要求1或2任意一项中所述的过滤方法，其特征在于，还包括最后使氢气通过过滤片的步骤，该过滤片由铝粉或锌粉压制后烧结而成，过滤片的微孔直径在0.01～

1mm之间。

说明书

脱除氢气中所含碱雾的填料式过滤装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种填料式过滤器和过滤方法，更具体地说，本发明涉及利用碱雾与金属铝或锌反应，消除电解制氢或硼氢化钠水解制氢过程中产生的碱雾，为质子交换膜燃料电池提供清洁、纯净氢气的一种过滤装置和方法。

背景技术

[0002] 电解产氢是氯碱工业的副产品，通过电解NaCl溶液在得到NaOH的同时，得到氯气和氢气，所产生的氢气夹带部分溶液形成雾滴。硼氢化钠是含氢量较高的络合氢化物（含氢量10.8wt%），是一种白色的固体。美国专利（US 6 358 488）报道了采用镍、钴或储氢合金粉末催化硼氢化钠水解发生氢气的方法。反应方程式如下：

[0003] NaBH4+ 2H2O→4H2 +NaBO2

[0004] 与其他储氢方式相比，燃料的储氢量高，是常规金属氢化物储氢的5倍；在反应过程中不需要外加能量就可以把NaBH4及水中的氢释放出来。近年来，将硼氢化钠作为储氢材料用于供氢的技术引起了科学家和企业的广泛关注。

[0005] 理论上，在常温常压下硼氢化钠能够在催化剂的作用下发生水解反应获得纯净的氢气。但是，由于氢气产生硼氢化钠水溶液，氢气发生过程中不可避免地夹带一些溶液，形成碱雾。当质子交换膜燃料电池使用硼氢化钠水解产生的氢气作为燃料时，氢气中夹带的碱雾就会在燃料电池的阳极端发生积聚，形成结晶，破坏电极，造成燃料电池的损坏。

[0006] 实用新型专利（CN201082365）公开了一种用于除去电解法制氢气、氧气过程中的“碱雾”的装置，包括封闭式电解槽、盘管式毛细冷凝管、散热风扇及带出气管的冷凝水储存箱，所述盘管式毛细冷凝管一端与所述封闭式电解槽相接，另一端与所述冷凝水储存箱相接，在所述盘管式毛细冷凝管一侧设置有第一散热风扇，在所述出气管上串接了一个半导体冷凝器，最终达到脱除碱雾的目的。发明专利（CN101549855）公开了一种用于硼氢化物制氢的除碱方法。所述方法采用固体净化介质除去硼氢化钠制得的氢气中的碱雾，所述的固体净化介质为固体超强酸或固体超强酸和吸水材料的结合物。该发明提供的除碱方法具有有效节约净化装置的体积、除碱效率高、能有效避免酸液倒流、除碱装置具有万向性的优点。

[0007] 实用新型专利（CN201082365）的冷凝法和发明专利（CN101549855）的吸收法能够在一定程度上净化硼氢化钠水解产生的氢气，但冷凝法净化程度有限，吸收法存在吸收剂对碱雾吸收容量的极限。

发明内容

[0008] 本发明要解决的技术问题是，提供一种利用碱雾与金属铝或锌反应，消除硼氢化钠水解制氢过程中产生的碱雾，为质子交换膜燃料电池提供清洁、纯净氢气的过滤装置和过滤方法。

[0009] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：提供一种脱除氢气中所含碱雾的填料式过滤装置，包括装有填料的容器，所述填料为铝或锌制成的金属填料；容器设氢气入口和氢气出口。

[0010] 本发明中，该装置包括至少两个装有填料的容器，且通过管路串联或并联。

[0011] 本发明中，所述容器为管式容器。

[0012] 本发明中，所述容器的氢气出口设置过滤片，该过滤片由铝粉或锌粉压制后烧结而成，过滤片的微孔直径在0.01～1mm之间。

[0013] 本发明中，所述金属填料是金属丝或金属片，或者由金属丝、金属片中的任意一种编织或排列而成的任意形状的三维立体结构。

[0014] 本发明中，所述金属填料是金属微球、金属纤维或金属发泡体，其中金属发泡体是空隙率为50％～98％的多孔材料。

[0015] 进一步地，本发明还提供了一种脱除氢气中所含碱雾的填料式过滤方法，是将由制氢装置引出的氢气通过填料式过滤装置，该过滤装置中填充有铝或锌制成的金属填料。

[0016] 本发明中，在过滤装置中设置至少两个装有填料的容器，各容器相互串联或并联。

[0017] 本发明中，当串联的容器需要更换时，移走最前级的容器，将新装填料的容器作为次末级过滤器进行连接。

[0018] 本发明中，还包括最后使氢气通过过滤片的步骤，该过滤片由铝粉或锌粉压制后烧结而成，过滤片的微孔直径在0.01～1mm之间。

[0019] 本发明利用铝、锌为两性金属的特点，使碱雾与铝或锌反应产生氢气。

[0020] 2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2

[0021] Zn+2H2O+2NaOH=Na2Zn(OH)4+H2

[0022] 其产物NaAlO2和Na2Zn(OH)4均为固体。本发明在消除碱雾的同时，达到除湿和产生氢气的目的，为燃料电池提供清洁、纯净的氢气。

[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的过滤器在使用中，可任意串、并接过滤单元，以满足各种用途的需要，过滤器在消除碱雾的同时，也产生氢气。阶段性的维护只要简单更换最前级的过滤器，将新过滤器作为次末节过滤器进行连接，维护简便。铝和锌相当便宜，可大大降低成本，实现低成本的氢气净化。

附图说明

[0024] 图1为实施例一的电解制氢的氢气净化流程和过滤装置结构。

[0025] 图2为实施例二的硼氢化钠水解制氢的氢气净化流程和过滤装置结构。

[0026] 图3为实施例三的大流量硼氢化钠水解制氢的氢气净化流程和过滤装置结构。

[0027] 图1中的附图标记为：101电解槽、102前级过滤器、103末级过滤器、104金属铝微球、105规则排列的铝片、106过滤片。

[0028] 图2中的附图标记为：201硼氢化钠水解反应器、202前级过滤器、203末级过滤器、204金属锌纤维构成的三维结构、205发泡铝、206过滤片。

[0029] 图3中的附图标记为：301硼氢化钠水解反应器、302前级过滤器、303末级过滤器、304铝丝编织的三维网结构、305发泡铝、306过滤片、307次末级过滤器、308金属铝微球。

具体实施方式

[0030] 本发明中的过滤器适用于电解制氢和硼氢化钠水解制氢的氢气净化方法，以下的实施例对本发明进行详细描述。

[0031] 实施例一：电解制氢的氢气净化。

[0032] 图1中，电解槽101、前级过滤器102、末级过滤器103通过管路依次连接，末级过滤器103的氢气出口处设置过滤片106；其中，前级过滤器102中装填金属铝微球104，末级过滤器103中装填规则排列的铝片105。

[0033] 电解制氢的氢气净化的具体步骤是：

[0034] （1）将来自电解槽101的氢气从前级过滤器102的下部导入，前级过滤器内装填有金属铝微球104；气体通过前级过滤器102时，碱雾与金属铝发生反应：

[0035] 2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2

[0036] （2）将来自前级过滤器102的顶部的气体从末级过滤器103底部导入，进行再次过滤，以彻底消除碱雾。末级过滤器102装填有由规则排列的铝片105。最后，通过有铝粉烧制的过滤片106，得到彻底净化, 过滤片106的孔径为0.01 mm。

[0037] 实施例二：硼氢化钠水解制氢的氢气净化。

[0038] 图2中，硼氢化钠水解反应器201与三个并联过滤器组成的前级过滤器202的底部相连，前级过滤器202的顶部与末级过滤器203的底部相连，末级过滤器203的氢气出口处设置过滤片206。其中，前级过滤器202中装填金属锌纤维构成的三维结构204，末级过滤器203中装填发泡铝205。

[0039] 硼氢化钠水解制氢的氢气净化流程具体步骤是：

[0040] （1）将来自硼氢化钠水解反应器201的氢气从3个过滤器组成的前级过滤器202的底部导入，前级过滤器202内装填有金属锌纤维构成的三维结构204；气体通过前级过滤器202时，碱雾与金属锌发生反应：

[0041] Zn+2H2O+2NaOH=Na2Zn(OH)4+H2

[0042] （2）将来自前级过滤器202的顶部的气体从末级过滤器203底部导入，进行再次过滤，以彻底消除碱雾。末级过滤器203装填有发泡铝205，发泡铝206的空隙率为50％。前级过滤器202未脱除的碱雾与金属铝发生反应：

[0043] 2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2

[0044] 最后，通过有铝粉烧制的过滤片206，得到彻底净化。过滤片206的孔径为1 mm。

[0045] 实施例三：大流量氢气净化。

[0046] 图3中，硼氢化钠水解反应器301与两个并联过滤器组成的前级过滤器302的底部相连，前级过滤器302的顶部与两个并联过滤器组成的次末级过滤器307的底部相连，次末级过滤器307的顶部与末级过滤器303的底部相连，末级过滤器303的氢气出口处设置过滤片306。其中，前级过滤器302中装填金属铝微球308，次末级过滤器307中装填铝丝编织的三维网结构304，末级过滤器303中装填发泡铝305。

[0047] 硼氢化钠水解大流量制氢的氢气净化流程具体步骤是：

[0048] （1）将来自硼氢化钠水解反应器301的氢气从2个过滤器组成的前级过滤302的底部导入，前级过滤器内装填有金属铝微球308；气体通过前级过滤器302时，碱雾与金属铝发生反应：

[0049] 2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2

[0050] （2）将来自前级过滤器302的顶部的气体从次末级过滤器307底部导入，进行再次过滤，来自次末级过滤器307的顶部的气体从末级过滤器303底部导入，进行再次过滤，以彻底消除碱雾。次末级过滤器307，装填有由铝丝编织的三维网结构304，末级过滤器303装填有发泡铝305，发泡铝的空隙率为98％。最后，通过有铝粉烧制的过滤片306，得到彻底净化。过滤片306的孔径为0.5 mm。

[0051] 最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。