【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开广泛地涉及用于产生氢气的方法和装置，特别是用于由硅产生氢气的方法和装置。
技术介绍
1、贯穿本说明书对现有技术的任何讨论绝不应被视为承认这些现有技术是广泛已知的或形成本领域公知常识的一部分。
2、目前，化石燃料是全世界使用的主要能源。然而，化石燃料是一种有限的资源，其使用会对环境造成严重的不利影响。随着化石燃料储量变稀缺和环境问题的加剧，世界将越来越多地转向可再生清洁能源。氢气有望在未来的能源生产中发挥重要作用。
3、目前，大部分工业氢气(约95％)是由化石燃料通过蒸汽重整或甲烷的部分氧化和煤炭气化生产的。少量氢气也可以通过其他途径生产，例如生物质气化或电解水。
4、本专利技术人开发了一种用于由硅材料产生氢气的替代方法。
技术实现思路
1、在第一方面，提供了一种用于制备氢气的方法，该方法包括：(a)提供碱性溶液；以及(b)使碱性溶液与硅材料反应以产生氢气。
2、该方法还可以包括：(c)从碱性溶液中分离固体。
3、该方法还可以包括：(d)从碱性溶液中分离溶解的硅酸盐。
4、步骤(d)可以通过机械蒸汽再压缩来进行。
5、该方法还可以包括：(d1)从碱性溶液中沉淀溶解的硅酸盐，以提供沉淀的硅酸盐；以及(e)从碱性溶液中分离沉淀的硅酸盐。
6、该方法还可以包括收集、压缩和储存氢气。
7、步骤(a)和/或步骤(b)中的碱性溶液的温度可以在约20℃与约80℃之间。
8、
9、步骤(a)可以包括通过将水与氢氧化物混合来提供碱性溶液。
10、可以回收水与氢氧化物混合过程中产生的多余热量。
11、水与氢氧化物混合期间中产生的多余热量可以被回收并被转移至热电发电器。
12、氢氧化物可以是水溶性氢氧化物。
13、水溶性氢氧化物可以是氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯中的一种或多种。
14、步骤(a)可以包括通过将水与(i)氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯中的一种或多种以及(ii)氢氧化钙混合来提供碱性溶液。
15、水可以是自来水、蒸馏水、废水或天然地表水。
16、硅材料可以是多孔硅材料。在一些实施方案中，硅材料是微孔硅材料或纳米多孔硅材料。
17、在一些实施方案中，硅材料是含硅合金。
18、硅材料可以是纯硅或基本上纯的硅。
19、硅材料可以具有高表面积。
20、在步骤(b)之后，从氢气中除去水蒸气和/或苛性蒸汽。
21、步骤(c)中分离的固体可以是硅、硅的氧化物或硅酸盐。
22、步骤(d1)可以通过将氢氧化钙和/或氯化钙添加到碱性溶液中进行。
23、在步骤(c)、(d)和(e)的一个或多个步骤之后，至少一部分的碱性溶液可以再用于步骤(b)中。
24、在步骤(e)之后，可以将至少一部分或全部的碱性溶液浓缩以提供水和浓缩的碱性溶液，其中，所述浓缩的碱性溶液再用于步骤(b)中。
25、可以回收步骤(b)中产生的多余热量。
26、步骤(b)中产生的多余热量可以被回收并被转移至热电发电器。
27、步骤(c)和/或(e)可以包括过滤、离心或沉降。
28、步骤(c)和/或(e)可以包括使用水力旋流器。
29、该方法可以是间歇式方法、半间歇式方法、连续式方法或半连续式方法。
30、步骤(a)和(b)可以在不同的容器中进行。
31、步骤(b)和(c)可以在不同的容器中进行。
32、步骤(c)和(d1)可以在不同的容器中进行。
33、步骤(d1)和(e)可以在不同的容器中进行。
34、在第二方面，提供了一种用于产生氢气的装置，该装置包括：
35、苛性溶解容器，所述苛性溶解容器具有一个或多个适于引入水和氢氧化物的入口以及用于排出碱性溶液的出口；
36、用于产生氢气的一个或多个氢气反应容器，所述一个或多个氢气反应容器具有一个或多个适于引入硅材料和碱性溶液的入口、用于排出产生的氢气的出口以及用于排出碱性溶液的出口，所述一个或多个氢气反应容器与苛性溶解容器流体连通；
37、第一固液分离器，所述第一固液分离器与一个或多个氢气反应容器流体连通，用于除去从一个或多个氢气反应容器接收的碱性溶液中存在的未反应的固体；
38、沉淀容器，所述沉淀容器与第一固液分离器流体连通，用于从第一固液分离器接收的碱性溶液中沉淀溶解的硅酸盐；以及
39、第二固液分离器，所述第二固液分离器与沉淀容器流体连通，用于从沉淀容器接收的碱性溶液中分离沉淀的硅酸盐。
40、苛性溶解容器和一个或多个氢气反应容器可以由耐碱性材料制成，例如不锈钢。
41、苛性溶解容器可以包括容器内的冷却夹套和/或一个或多个冷却构件，例如盘管。
42、苛性溶解容器可以包括搅拌器，例如机械搅拌器。
43、一个或多个氢气反应容器可以包括搅拌器，例如机械搅拌器。
44、一个或多个氢气反应容器可以包括冷凝器以冷凝在一个或多个氢气反应容器中产生的水蒸气。
45、沉淀容器可以包括搅拌器，例如机械搅拌器。
46、该装置还可以包括热电发电器。
47、热电发电器可以从苛性溶解容器和一个或多个氢气反应容器之一或两者接收热量。
48、第一固液分离器和第二固液分离器可以是水力旋流器、过滤器、离心器或沉淀池。
49、该装置还可以包括第二固液分离器与苛性溶解容器之间的导管，用于将苛性溶液输送回苛性溶解容器。
50、该装置还可以包括用于使碱性溶液移动通过所述装置的一个或多个泵。
51、第三方面提供了任何情况下通过第一方面的方法获得的氢气。
52、【定义】
53、以下是可能有助于理解本公开的描述的一些定义。这些定义旨在作为一般定义，绝不应将本公开的范围仅限制于这些术语，而是为了更好地理解以下描述而提出。
54、在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”或例如“包含”或“含有”的变体将被理解为暗示包括所述的元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤组，但不排除任何其他元素、整数或步骤，或元素、整数或步骤组。
55、术语“一”或“一个”在本文中用于指代一个或多于一个(即，至少一个)冠词的语法对象。举例来说，“一个元素”是指一个元素或多于一个元素。
56、在本说明书的上下文中，术语“约”被理解为是指在实现相同功能或结果的情况下，本领域技术人员认为与所述值相当的数值范围。
57、本文列举的任何数值范围旨在包括所述范围内的相同数值精度的所有子范围。例如，1.0至5.0的范围旨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于制备氢气的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(d)通过机械蒸汽再压缩进行。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括收集、压缩以及储存所述氢气。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤(a)和/或步骤(b)中的所述碱性溶液的温度在约20℃与约80℃之间。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤(a)和/或步骤(b)中的所述碱性溶液的温度低于0℃。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，步骤(a)包括通过将水与氢氧化物混合来提供所述碱性溶液。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，对水与氢氧化物混合期间产生的多余热量进行回收。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多余热量被回收并被转移至热电发电器。
12.根据权利要求9至11中任一项所述
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述水溶性氢氧化物是氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯中的一种或多种。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，步骤(a)包括通过将水与(i)氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯中的一种或多种以及(ii)氢氧化钙混合来提供所述碱性溶液。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中所述水是自来水、蒸馏水、废水或天然地表水。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述硅材料为微孔硅或纳米多孔硅。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述硅材料为微米级微孔颗粒的形式。
18.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述硅材料具有以下性质中的一种或多种：
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述硅材料是含硅合金。
20.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述硅材料是纯硅或基本上纯的硅。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中，在步骤(b)之后，从所述氢气中除去水蒸气和/或苛性蒸汽。
22.根据权利要求2至21中任一项所述的方法，其中，步骤(c)中分离的固体是硅、硅的氧化物或硅酸盐。
23.根据权利要求5至22中任一项所述的方法，其中，步骤(d1)通过将氢氧化钙和/或氯化钙添加到所述碱性溶液中进行。
24.根据权利要求2至23中任一项所述的方法，其中，在步骤(c)、(d)或(e)中的一个或多个步骤之后，至少一部分的所述碱性溶液再用于步骤(b)中。
25.根据权利要求5至24中任一项所述的方法，其中，在步骤(e)之后，将至少一部分或全部的所述碱性溶液浓缩以提供水和浓缩的碱性溶液，其中，所述浓缩的碱性溶液再用于步骤(b)中。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的方法，其中，对步骤(b)期间产生的多余热量进行回收。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述多余热量被回收并被转移至热电发电器。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其中，所述方法为间歇式方法、半间歇式方法、连续式方法或半连续式方法。
29.一种用于产生氢气的装置，所述装置包括：
30.根据权利要求29所述的装置，其中，所述苛性溶解容器和所述一个或多个氢气反应容器由耐碱材料制成。
31.根据权利要求29或30所述的装置，其中，所述苛性溶解容器包括所述容器内的冷却夹套和/或一个或多个冷却构件。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的装置，其中，所述苛性溶解容器包括搅拌器。
33.根据权利要求29至32中任一项所述的装置，其中，所述一个或多个氢气反应容器可包括搅拌器，例如机械搅拌器。
34.根据权利要求29至33中任一项所述的装置，其中，所述一个或多个氢气反应容器包括冷凝器以冷凝在所述一个或多个氢气反应容器中产生的水蒸气。
35.根据权利要求29至34中任一项所述的装置，其中，所述沉淀容器包括搅拌器。
36.根据权利要求29至35中任一项所述的装置，还包括热电发电器。
37.根据权利要求36所述的装置，其中，所述热电发电器从所述苛性溶解容器和所述一个或多个氢气反应容器之一或两者接收热量。
<...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于制备氢气的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(d)通过机械蒸汽再压缩进行。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括收集、压缩以及储存所述氢气。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤(a)和/或步骤(b)中的所述碱性溶液的温度在约20℃与约80℃之间。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤(a)和/或步骤(b)中的所述碱性溶液的温度低于0℃。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，步骤(a)包括通过将水与氢氧化物混合来提供所述碱性溶液。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，对水与氢氧化物混合期间产生的多余热量进行回收。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多余热量被回收并被转移至热电发电器。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述氢氧化物是水溶性氢氧化物。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述水溶性氢氧化物是氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯中的一种或多种。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，步骤(a)包括通过将水与(i)氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯中的一种或多种以及(ii)氢氧化钙混合来提供所述碱性溶液。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中所述水是自来水、蒸馏水、废水或天然地表水。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述硅材料为微孔硅或纳米多孔硅。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述硅材料为微米级微孔颗粒的形式。
18.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述硅材料具有以下性质中的一种或多种：
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述硅材料是含硅合金。
20.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述硅材料是纯硅或基本上纯的硅。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中，在步骤(b)之后，从所述氢气中除去水蒸气和/或苛性蒸汽。
22.根据权利要求2至21中任一项所述的方法，其中，步骤(c)中分离的固体是硅、硅的氧化物或硅酸盐。
23.根据权利要求5至22中任...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘培生，王鹏，张谓扬，吴永豪，安京珍，陈冰，
申请(专利权)人：盈保发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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