一种同步产H2、除Cr（Ⅵ）一体化处理系统的制作方法

本实用新型属于环境工程技术领域，涉及一种同步产氢除Cr（Ⅵ）一体化装置，用于Cr（Ⅵ）的去除和H2的同步收集。

背景技术：

氢能是一种公认的清洁能源，属于不能通过开采获取的二次能源，现今几乎完全依靠化石燃料制取得到。目前储氢技术分为物理法和化学法两大类，前者主要包括液化储氢、压缩储氢、碳质材料吸附、玻璃微球储氢等；后者主要包括金属氢化物储氢、无机物储氢、有机液态氢化物储氢等。所用的储氢材料主要有合金、碳材料、有机液体以及络合物等。化学氢化物是潜在的候选材料，其中硼氢化钠（NaBH4）似乎是理想的氢源，因为它是稳定的，不可燃的，无毒的且质量储氢能力高达10.8%，脱氢化后得到的反应产物（硼砂）NaBO2对环境无污染，可循环利用。另外，NaBH4用来产氢的另一个重要优势在于利用其水解作用，产生的氢气一半来自于水中的H⁺。近年来利用NaBH4产氢气的研究是国内外的研究者研究的热点之一，主要研究方向在于开发促进NaBH4水解用途的催化剂，使储存氢尽可能多的释放，另一个主要研究方向在于控制吸、放氢速度。

另外，NaBH4在水解产H2的同时，可作为还原剂用于还原去除Cr（VI），但此法尚存在一定的问题，如NaBH4的利用率仍不高、NaBH4对Cr（VI）的去除作用随着初始pH的上升而下降。为减少NaBH4的还原能力对pH的依赖，解决NaBH4利用率低的问题，在过去的研究中，通过以粉煤灰为原料制备出了低成本、高效率的Fe-Al-Si复合催化材料，用于提高NaBH4水解程度和水解速率。CN108191034A公开了一种催化NaBH4同步产氢、除Cr（VI）的方法，该方法在催化NaBH4还原去除Cr（VI）最佳工艺研究中，处理Cr（VI）的同时，可以产生具高纯度、高利用价值的水解副产物H2能源。NaBH4相比于硫系还原剂，如Na2S2O5、Na2SO3等所产生副产物SO2，产生低毒无害H2，回收后可用于化学还原等工业用途，具有可观的经济效益与社会价值。与此同时，催化NaBH4同步除铬-产氢技术符合国家对环保和能源发展的中、长期政策，前景光明。

技术实现要素：

本实用新型为了收集催化NaBH4同步产氢、除Cr（VI）的方法中产生的H2副产物，提供了一种同步产H2、除Cr（Ⅵ）一体化处理系统，在处理了Cr（Ⅵ）的同时，收集了具有高附加值的H2能源。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种同步产H2、除Cr（Ⅵ）一体化处理系统，包括Cr（Ⅵ）存储罐、同步除Cr（Ⅵ）产H2罐、H2缓冲罐、储H2罐、自动固体加料器、水泵、第一真空泵、第二真空泵、H2压缩机，其中：

所述Cr（Ⅵ）存储罐的底部装有第一搅拌器，出料口通过第一管道和水泵与同步除Cr（Ⅵ）产H2罐的进料口相连；

所述同步除Cr（Ⅵ）产H2罐的底部装有第二搅拌器和排泥水嘴，顶部设置第一接口和第二接口，其中第一接口装有自动固体加料器，第二接口与第二管道相连；

所述H2缓冲罐的顶部装有第一安全阀、第一放空阀、第三管道和第四管道，第三管道与第二管道连通，第四管道与H2压缩机的进气口相连；

所述储H2罐的顶部装有第二安全阀、第二放空阀和第五管道，底部装有减压阀，第五管道与H2压缩机的出气口相连；

所述第一真空泵通过第六管道分别与第二管道和第三管道相连；

所述第二真空泵通过第七管道与第五管道相连。

本实用新型针对现有技术的国际空白，提供了一种同步产氢、除Cr（VI）装置，该装置各部分构造简单，操作安全可靠，无污染，达到了催化NaBH4同步产氢、除Cr（VI）工艺要求。在实现了处理Cr（Ⅵ）的同时，产生了高纯度氢气，省去了复杂的H2纯化过程，另外，高附加值H2的回收弥补了NaBH4处理Cr（Ⅵ）的高成本问题。

附图说明

图1为同步产H2、除Cr（Ⅵ）一体化处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。

本实用新型提供了一种同步产H2、除Cr（Ⅵ）一体化处理系统，如图1所示，所述系统主要由Cr（Ⅵ）存储罐1、同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2、H2缓冲罐3、储H2罐4、自动固体加料器5、水泵6、第一真空泵7、第二真空泵8、H2压缩机9组成，其中：

所述Cr（Ⅵ）存储罐1是Cr（Ⅵ）废水的存储、初始pH调节、催化剂的溶解与分散场所，其底部装有两组第一搅拌器10，用于初始pH调节、促进催化剂的溶解与分散；Cr（Ⅵ）存储罐1的出料口通过第一管道44与同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2的进料口相连，所述第一管道44上依次装有第一截止阀12、水泵6、第二截止阀13；

所述同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2是H2产生与Cr（Ⅵ）同步去除场所，其底部装有两组第二搅拌器11和一个排泥水嘴38，其中第二搅拌器11起到分散还原剂与加速产氢的作用，在还原沉淀反应完成后，排泥水嘴38起到排铬泥的作用；顶部设置两个接口，其中第一接口45装有自动固体加料器5，可控制还原剂质量的添加量，第二接口46与第二管道相连47；所述自动固体加料器5由漏斗38、流量控制阀39、第十截止阀40、质量控制器41和第十一截止阀42构成；所述第二管道47上依次装有净化装置14、第一止回阀15、气体流量计16和第三截止阀17，其中第一止回阀15用于阻止同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2中产生的H2回流至同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2，H2只能从同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2流向H2缓冲罐3，气体流量计16用于记录从同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2进入H2缓冲罐3的气体量，第三截止阀17用于控制同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2与H2缓冲罐3的连通；

所述H2缓冲罐3用于暂时存储同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2产生的H2，其顶部装有第一安全阀21、第一放空阀22、第三管道48和第四管道49，其中第一安全阀21设有接收容器，当第三管道48、第四管道49和H2缓冲罐3工作压力超过允许压力值时，第一安全阀21自动打开向接收容器排放H2，随着压力降低，第一安全阀21将重新关闭；第一放空阀22采用金属材料并设有阻火器，可与灭火蒸汽或惰性气体管连接，以防着火；第三管道48上依次装有阻燃器20、压力表19和第四截止阀18，第三管道48与第二管道47连通，其中阻燃器20对H2缓冲罐3及其第三管道48的逆流回火起到安全熄灭的功能，压力表19在关闭第四截止阀18和第五截止阀23时起到监测H2缓冲罐3压力的作用；第四管道49依次装有第五截止阀23、第二止回阀24和流量阀25，第四管道49与H2压缩机9的进气口相连，流量阀25用于控制H2缓冲罐3进入储H2罐4的流速，第二止回阀24用于阻止H2缓冲罐3中的H2回流至H2缓冲罐3；

所述H2压缩机9的内部设有循环冷却装置、可燃气体报警仪、换气扇等，它依靠压缩空气来实现H2缓冲罐3中暂存H2的增压，压缩至储H2罐4；

所述储H2罐4用于存储压缩H2，其顶部装有第二安全阀30、第二放空阀31和第五管道50，底部装有减压阀43用于向外部供气；第五管道50上依次装有阻燃器29、压力表28、第七截止阀27和第六截止阀26，第五管道50与H2压缩机9的出气口相连，可通过关闭第六截止阀26或第七截止阀27与H2压缩机9隔开；

所述第一真空泵7用于H2缓冲罐3抽湿抽气，通过第六管道51分别与第三截止阀17和第四截止阀18之间的第二管道47和第三管道48相连，第六管道51上依次装有第一真空表36和第八截止阀35；

所述第二真空泵8用于储H2罐4抽湿抽气，通过第七管道52与第七截止阀27和第六截止阀26之间的第五管道50相连，第七管道52上依次装有第二真空表33和第九截止阀32。

工作过程如下：

（1）关闭第六截止阀门26，启动第二真空泵8，缓慢打开第七截止阀门27和第九截止阀32，进行抽真空处理，抽真空结束后，见第二真空表33（真空度控制在0.1 Mpa），关闭第七截止阀门27和第九截止阀32，储H2罐4可用于后续装瓶。

（2）关闭第三截止阀17，启动第一真空泵7，缓慢打开第四截止阀18和第八截止阀35，进行抽真空处理，抽真空结束后，见第一真空表36（真空度控制在0.1 Mpa），关闭第四截止阀18和第八截止阀35，H2缓冲罐3可用于后续存储H2。

（3）打开第一搅拌器10，在Cr（Ⅵ）存储罐1加入Fe-Al-Si催化剂并调节pH至3.0，打开第一截止阀12和第二截止阀13，通过水泵6 将Cr（Ⅵ）存储罐1中的Cr（Ⅵ）泵入同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2，关闭第一截止阀12和第二截止阀13，关闭水泵6。

（4）打开第十截止阀40和流量控制阀39，将NaBH4通过漏斗38流入质量控制器41，待称至目标质量后，关闭第十截止阀40和流量控制阀39。

（5）依次打开第二搅拌器11、第三截止阀17和第四截止阀18，打开第十一截止阀42，待质量控制器41计数指示为零时，NaBH4进入同步除Cr（Ⅵ）产H2罐2，关闭第十一截止阀42，除Cr（Ⅵ）产H2反应开始。产生的H2依次通过净化装置14、第一止回阀15、气体流量计16、第三截止阀17、第四截止阀18、压力表19和阻燃器20进入H2缓冲罐3，待气体流量计16归零时，关闭第三截止阀17和第四截止阀18，打开排泥水嘴38进行排泥操作。

（6）打开第五截止阀23、第六截止阀26和第七截止阀27，调节流量阀25，打开H2压缩机9，将H2缓冲罐3中的H2压缩至储H2罐4，关闭第五截止阀23、第六截止阀26和第七截止阀27。

（7）重复步骤（3）~（6），直至压力表28读数至安全压力下限，压缩氢气通过减压阀43向外部供气。