專利名稱：一種鋁水解制氫裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氫氣制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋁水解制氫裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
氫在現(xiàn)代工業(yè)中有許多用途，如冶金，化工，食品，實(shí)驗(yàn)儀器等行業(yè)均已廣泛使用 氫氣。作為一種極好的能量載體，氫氣既可以直接燃燒產(chǎn)生能量，其產(chǎn)物為水，沒有任 何環(huán)境污染；也可以利用燃料電池來發(fā)電。在可再生能源應(yīng)用領(lǐng)域，利用氫的可儲(chǔ)存特 性，可極大提高風(fēng)能，太陽能的利用效率。
目前，制氫的方式主要有l(wèi))電解水制氫；2)甲醇、汽油或天然氣等重整法制氫； 3)生物質(zhì)制氫；4)太陽能制氫；5)化學(xué)制氫等。以燃料電池應(yīng)用市場(chǎng)為例，這些方法 由于存在這樣或那樣問題，尚無法完全適應(yīng)燃料電池，尤其是便攜式燃料電池的應(yīng)用要 求。具體到便攜式電源場(chǎng)合的應(yīng)用，燃料電池供氫體系的選擇一般要求l)體積重量制氫 率高，2)反應(yīng)產(chǎn)物易處理，3)成本在可接受范圍。
金屬鋁是一種價(jià)格低廉，容易獲得的兩性材料，與水反應(yīng)能產(chǎn)生氫氣，如下式所示
2A1 + 6H20 = 2A1(0H)3 + 3H2
但是，實(shí)際使用中由于鋁比較活潑，表面通常覆有一層致密的氧化膜，阻止了產(chǎn)氫反 應(yīng)的順利進(jìn)行。對(duì)于己經(jīng)受到不同程度氧化的金屬鋁，要使產(chǎn)氫反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，添加NaOH 或K0H等堿性催化劑被認(rèn)為是一個(gè)較好的選擇。在一個(gè)公開的專利中(專利號(hào) ZL02104279.9)報(bào)道了在NaOH催化劑存在的條件下利用鋁粉水解制氫的技術(shù)路線。由于 制氫過程使用腐蝕性的強(qiáng)堿，使系統(tǒng)復(fù)雜性增加，而且反應(yīng)產(chǎn)物也很難處理。鋁表面汞 齊化也是提高金屬鋁的水解反應(yīng)活性的一條有效途徑，但在己經(jīng)公開的文獻(xiàn)報(bào)道中，由 于反應(yīng)過程很難控制，無法獲得應(yīng)用所需穩(wěn)定的氫氣流量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種鋁水解制氫裝置及其控制方法。 金屬鋁或鋁合金在汞齊存在條件下，可以持續(xù)與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但產(chǎn)氫速率與溫
度，鋁合金種類，汞齊種類和厚度，反應(yīng)面積等因素有關(guān)。對(duì)于給定的鋁合金種類，汞
齊種類和厚度，反應(yīng)面積，鋁水解產(chǎn)氫速率只與溫度有關(guān)。
相對(duì)于常用的電解水制氫技術(shù)，鋁水解反應(yīng)制氫技術(shù)具有原料利用率高、生成氫氣純度高、反應(yīng)速率可控程度高、不消耗電能、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其反應(yīng)產(chǎn)物亦可 回收再利用，對(duì)環(huán)境污染很小。 ——
本發(fā)明的目的之一是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、可控性好、適用范圍廣， 不耗電、污染小，適用于便攜式燃料電池電源系統(tǒng)等特點(diǎn)的鋁水解制氫裝置。
本發(fā)明鋁水解制氫裝置所采取的技術(shù)方案是
一種鋁水解制氫裝置，包括鋁水解罐體，其特點(diǎn)是罐體設(shè)有鋁封頭、汞齊、擋板、 水入口和氫氣出口，罐體與鋁封頭密封方式連接，汞齊覆蓋于鋁封頭與水反應(yīng)界面，罐 體內(nèi)擋板位于鋁與水反應(yīng)界面上部，氫氣出口位于罐體頂部。
本發(fā)明鋁水解制氫裝置還可以采用如下技術(shù)措施
所述的鋁水解制氫裝置，其特點(diǎn)是鋁封頭端部為便于散熱形狀，鋁封頭端部有翅片。
所述的鋁水解制氫裝置，其特點(diǎn)是鋁封頭為純鋁或鋁合金封頭，純鋁或鋁合金封 頭為圓柱形結(jié)構(gòu)。
所述的鋁水解制氫裝置，其特點(diǎn)是檔板焊接或架接在罐體上部。
本發(fā)明的目的之二是提供一種具有操作方便、可控性好、安全可靠，尤其適用于便 攜式燃料電池電源系統(tǒng)等特點(diǎn)的鋁水解制氫裝置的控制方法。
本發(fā)明鋁水解制氫裝置的控制方法所采取的技術(shù)方案是
一種鋁水解制氫裝置的控制方法，進(jìn)行鋁水解制取氫氣控制，其特點(diǎn)是罐體內(nèi)鋁 水解反應(yīng)時(shí)，調(diào)節(jié)控制反應(yīng)界面溫度，實(shí)現(xiàn)制氫速率控制；或調(diào)節(jié)控制汞齊與反應(yīng)界面 的接觸或脫離，控制鋁水解反應(yīng)的啟動(dòng)或關(guān)閉；在汞齊的作用下鋁水解產(chǎn)生的氫氣，通 過氫氣出口導(dǎo)出。汞齊為含鋅、銀、銅、鉛、鎘一種或多種的汞合金。
本發(fā)明鋁水解制氫裝置的控制方法還可以采用如下技術(shù)措施
所述的鋁水解制氫裝置的控制方法，其特點(diǎn)是調(diào)節(jié)控制汞齊與反應(yīng)界面的接觸或 脫離是通過機(jī)械手動(dòng)或氣動(dòng)控制的。
所述的鋁水解制氫裝置的控制方法，其特點(diǎn)是控制反應(yīng)界面溫度是通過鋁封頭與 外部環(huán)境或水浴槽接觸。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
鋁水解制氫裝置及其控制方法，由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，因此系統(tǒng)具有 了以下主要特點(diǎn)-1. 產(chǎn)氫速率可控。由于反應(yīng)界面溫度可控，因此對(duì)于給定的反應(yīng)面積，可獲得穩(wěn)定 的氫氣流量； —
2. 鋁水解反應(yīng)制取氫氣無副反應(yīng)發(fā)生，制備的氫氣純度高，雜質(zhì)少。
3. 結(jié)構(gòu)簡單。由于反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行，水份揮發(fā)少，給燃料電池供氫時(shí)無須氫 氣干燥等部件
4. 鋁堿反應(yīng)制取氫氣耗能低，副產(chǎn)品均可回收再利用，對(duì)環(huán)境污染小。 綜上所述，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、操作方便、可控性好、適用范圍廣，
不耗電、污染小，尤其適合于便攜式燃料電池電源系統(tǒng)使用等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明鋁水解制氫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為鋁水解制氫裝置旋轉(zhuǎn)90度結(jié)構(gòu)示意圖3為鋁水解制氫裝置氣動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，l一封頭，2 —罐體，3 —汞齊，4_擋板，5-水入口， 6-氫氣出口， 7-反應(yīng)界 面，8-翅片，9一氣缸，IO—?dú)鈩?dòng)裝置，ll一緩沖罐。
具體實(shí)施例方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 詳細(xì)說明如下-
請(qǐng)參閱附圖l、圖2和圖3。 實(shí)施例1
一種鋁水解制氫裝置，包括鋁水解罐體2，罐體2設(shè)有鋁封頭1、滎齊3、擋板4、 水入口 5和氫氣出口 6。罐體2與鋁封頭1密封方式連接，鋁封頭1端部呈便于散熱翅片 8外形。汞齊3為含鋅汞合金，覆蓋于鋁封頭1與水反應(yīng)界面，罐體內(nèi)擋板焊接在罐體上， 位于鋁與水反應(yīng)界面7上部，水入口和氫氣出口位于罐體頂部。
實(shí)施例2
一種鋁水解制氫裝置，包括鋁水解罐體，罐體設(shè)有鋁封頭l、汞齊3、擋板4、水入 口 5和氫氣出口 6。其鋁封頭為鋁合金封頭，鋁合金封頭為圓柱形結(jié)構(gòu)。罐體內(nèi)擋板架接 在罐體上，位于鋁與水反應(yīng)界面上部。汞齊為含鋅、銀和銅的汞合金。其余同實(shí)施例l。
實(shí)施例3
實(shí)施例1的鋁水解制氫裝置的控制方法，進(jìn)行鋁水解制取氫氣控制，其特點(diǎn)是罐體
5內(nèi)鋁水解反應(yīng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)控制汞齊與反應(yīng)界面的接觸面進(jìn)行鋁水解反應(yīng)控制。調(diào)節(jié)控 制汞齊與反應(yīng)界面的接觸面是通過控制汞齊與反應(yīng)界面接觸或脫離的方法，使反應(yīng)進(jìn)行 或停止，實(shí)現(xiàn)制氫速率控制。在汞齊的作用下鋁水解反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣，通過氫氣出口導(dǎo) 出。
實(shí)施例4
實(shí)施例3的鋁水解制氫裝置的控制方法，進(jìn)行鋁水解制取氫氣控制，其特點(diǎn)是罐體 內(nèi)鋁水解反應(yīng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)控制汞齊與反應(yīng)界面的接觸面進(jìn)行鋁水解反應(yīng)控制。調(diào)節(jié)控 制汞齊與反應(yīng)界面的接觸面是通過氣動(dòng)機(jī)構(gòu)控制，使鋁水解制氫罐體旋轉(zhuǎn)90度來實(shí)現(xiàn)的。 氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括氣動(dòng)裝置10、氣體緩沖罐11和氣缸9，氣動(dòng)裝置10控制氣缸9帶動(dòng) 反應(yīng)裝置罐體2旋轉(zhuǎn)，使罐體2呈直立或平躺狀態(tài)，達(dá)到控制鋁水解制氫反應(yīng)速率的目 的。其余同實(shí)施例3。
實(shí)施例5
實(shí)施例3的鋁水解制氫裝置的控制方法，采用圓柱形外形帶翅片的鋁合金封頭，罐 體內(nèi)鋁水解反應(yīng)時(shí)，進(jìn)行鋁水解制取氫氣控制，是通過調(diào)節(jié)控制汞齊與反應(yīng)界面的反應(yīng) 界面溫度來實(shí)現(xiàn)的。反應(yīng)界面溫度是將鋁合金翅片放入水浴槽中進(jìn)行加熱或冷卻進(jìn)行控 制的。其余同實(shí)施例3。
權(quán)利要求
1.一種鋁水解制氫裝置，包括鋁水解罐體，其特征是罐體設(shè)有鋁封頭、汞齊、擋板、水入口和氫氣出口，罐體與鋁封頭密封方式連接，汞齊覆蓋于鋁封頭與水反應(yīng)界面，罐體內(nèi)擋板位于鋁與水反應(yīng)界面上部，氫氣出口位于罐體頂部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁水解制氫裝置，其特征是鋁封頭端部有翅片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁水解制氫裝置，其特征是鋁封頭為純鋁或鋁合金封頭。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁水解制氫裝置，其特征是檔板焊接或架接在罐體上部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁水解制氫裝置的控制方法，進(jìn)行鋁水解制取氫氣控制，其特征是罐體內(nèi)鋁水解反應(yīng)時(shí)，調(diào)節(jié)控制反應(yīng)界面溫度，實(shí)現(xiàn)制氫速率控制；或調(diào)節(jié)控制汞齊與反應(yīng)界面的接觸或脫離，控制鋁水解反應(yīng)的啟動(dòng)或關(guān)閉；在汞齊的作用下鋁水解產(chǎn)生的氫氣，通過氫氣出口導(dǎo)出。
6. 根據(jù)權(quán) 利要求5所述的鋁水解制氫裝置的控制方法，其特征是調(diào)節(jié)控制汞齊與反應(yīng)界面的接觸或脫離是通過機(jī)械手動(dòng)或氣動(dòng)控制的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁水解制氫裝置的控制方法，其特征是控制反應(yīng)界面溫度是通過鋁封頭與外部環(huán)境或水浴槽接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁水解制氫裝置及其控制方法。本發(fā)明屬于氫氣制備技術(shù)領(lǐng)域。一種鋁水解制氫裝置，包括鋁水解罐體，其罐體設(shè)有鋁封頭、汞齊、擋板、水入口和氫氣出口，罐體與鋁封頭密封方式連接，汞齊覆蓋于鋁封頭與水反應(yīng)界面，罐體內(nèi)擋板位于鋁與水反應(yīng)界面上部，氫氣出口位于罐體頂部。一種鋁水解制氫裝置的控制方法，其特點(diǎn)是罐體內(nèi)鋁水解反應(yīng)時(shí)，調(diào)節(jié)控制反應(yīng)界面溫度，實(shí)現(xiàn)制氫速率控制；或調(diào)節(jié)控制汞齊與反應(yīng)界面的接觸或脫離，控制鋁水解反應(yīng)的啟動(dòng)或關(guān)閉；在汞齊的作用下鋁水解產(chǎn)生的氫氣，通過氫氣出口導(dǎo)出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可控性好、適用范圍廣，不耗電、污染小，尤其適合于便攜式燃料電池電源系統(tǒng)使用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B3/08GK101671003SQ20091015343
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日
發(fā)明者姝 劉, 超 王, 秦來順, 范美強(qiáng), 達(dá) 陳, 黃岳祥 申請(qǐng)人:中國計(jì)量學(xué)院