CN101049907B - 一种化学硼氢化物水解制氢的即时自控供氢的方法及装置 - Google Patents

一种化学硼氢化物水解制氢的即时自控供氢的方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种化学硼氢化物水解的即时自控供氢方法及装置，涉及水解制氢以及与燃料电池联用。该方法是利用装置内部两容器间的氢气压力差的作用，使反应料在装置内的两容器间流动，调节反应料与催化剂的接触量，从而来控制氢气的产生的速率和氢气压力。由于装置内部的气压可以随外部氢气的需求速率变化而变化，从而实现该装置根据外部氢气的需求量来自动调节氢气的生成速率，达到即时自控供氢目的。该方法是在密闭两容器内，通过导液管来接通，两密闭容器分别是反应区容器和储料区容器，储料区容器内的反应料通过导液管进入反应区容器后，在催化剂催化作用下产生氢气，产生的氢气再由导气管通往燃料电池。本发明简便实用，安全易控，可以根据需求即时自控供氢。

Description

一种化学硼氢化物水解制氢的即时自控供氢的方法及装置
技术领域
本发明涉及水解制氢的方法及装置，特别涉及采用化学硼氢化物水解制氢以及与燃料电池联用。
背景技术
燃料电池的最佳燃料为氢。但是用氢气作燃料电池的燃料存在许多困难，主要是缺乏方便、可直接利用的供氢方法和安全、高效、经济和轻便的储氢技术。现有的储氢技术包括高压储氢、液态储氢、金属硼氢化物储氢和化石燃料重整技术。高压和液态储氢特别是后者成本和技术限制了其实际应用。金属硼氢化物储氢目前比较成熟的如AB5，AB2型储氢合金在储氢容量方面存在致命缺陷(＜2％，质量分数)，从而导致储氢装置质量过大，远不能满足氢能装置要求。化学硼氢化物催化水解制氢技术因其储氢量高、反应可控且条件温和而成为研究的热点。虽然化学硼氢化物在储氢容量上具有其他材料无法比拟的优势(如NaBH4的储氢容量为10.8％，质量分数)，且通过简单的水解反应即可放出氢气，但是需要一种简便实用，安全易控，可以根据需求即时自控供氢的的方法及装置。目前国内外对化学硼氢化物催化水解制氢技术主要集中在催化剂性能上的研究，中国专利(公开号1438169)公布了一种氢气的制备方法及装置，该方法虽然制氢简单，成本较低，但是该方法及装置只是在一个容器中完成制氢过程，装置功能单一，不具备即时自控性能，使用不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学硼氢化物水解制氢的即时自控供氢的方法及装置，该方法是利用装置内部两密闭容器间的氢气压力差的作用，使反应料在装置内的两容器间流动，调节反应料与催化剂的接触量，从而来控制氢气的产生的速率和氢气压力。由于装置内部的气压可以随外部氢气的需求速率变化而变化，从而实现该装置根据外部氢气的需求量来自动调节氢气的生成速率，简便实用，安全易控，可以根据需求即时自控供氢。
为达到上述目的，本发明是先将泡沫镍载钌催化剂固定在反应区容器顶端，然后打开导气管阀门，再将反应料从储料区容器上的进料口加入，加入的储料区容器内的反应料通过导液管进入反应区容器后，盖上进料口的盖子，加入的反应料与反应区容器内的催化剂接触，产生氢气，产生的氢气有导气管通往燃料电池。当储料区容器内的压力大于燃料电池内氢气的压力时，或关闭导气管阀门时，反应区容器内反应料通过导液管被压回到储料区容器内，减少反应料与催化剂接触的量，从而控制反应速率和压力。
上述的方法中，当关闭导气管阀门时，反应区容器内压力增大，反应区容器内反应料通过导液管被压回到储料区容器内，反应料与催化剂脱离，反应停止。当导气管阀门打开时，反应区容器内氢气被放出，反应区容器内压力减小，储料区容器内反应料被压回到反应区容器内，反应料与催化剂接触，产生氢气，供应外需。
为达到上述目的，反应料可以以固体形式，也可以以液体的形式加入，催化剂可以循环多次使用，还可以在反应区容器里安装温度传感器和压力传感器，随时记录容器内的反应温度和压力，也可不用传感器；通过控制催化剂和反应物量，达到可控产氢速率和氢气压力的目的。
为达到上述目的，本发明设置储料区1和反应区2为两个密闭容器，两密闭容器通过导液管4来接通，储料区1内的反应料通过导液管4进入反应区容器2，在催化剂3催化作用下产生氢气，导气管6连通反应区2，垂直穿过储料区1，外接燃料电池。产生的氢气由导气管6通往燃料电池。
反应区2的上底和储料区1的下底分别有盖子密封，盖子上分别有进料口和出料口，用以加入反应料和移出反应产物。
上述反应区容器顶部有固定泡沫镍催化剂的部件，可以固定催化剂，更换催化剂。
上述装置的两密闭容器通过隔板隔离，隔板上有导液管4和导气管6，导液管传输反应料，导气管导出产生的氢气。
上述两密闭容器的放置方式可以是上下放置，也可以是左右放置。
下面对本发明的应用进一步说明：
在装置的应用中，在密闭的两容器内，通过导液管来接通，反应的反应料可以通过导液管在两个密闭容器内转移。当反应料与催化剂接触时，就会产生氢气，当生成的氢气量大于排出的氢气量时，反应区容器内的压力就会增大，为了保持两容器内的压力平衡，反应区容器内的反应料就会通过导液管被压回到储料区容器内，这样迫使反应区容器内液面下降，直到与催化剂脱离，反应停止不再有氢气生成，此时大部分反应料储存在储料区容器内，装置内的气压将大于外界气压。
当需要氢气时候，反应区容器内的氢气被放出，反应区容器内的气压就减少，这样储料区容器内的气压就大于反应区容器的气压，那么储料区容器内的反应料就又被压回反应区容器内，反应区容器内液面就会升高与催化剂接触，在催化剂的催化作用下又产生氢气，供应外需。而反应生成的氢气速率与催化剂和反应料接触的量有关，随着反应区容器内液面的升高，与催化剂接触的量就越大，生成氢气的速率就越快，直到氢气的生成速率与外界需求速率相同时，反应区容器内液面不再升高时，两容器间的压力达到平衡，反应将会稳定的进行下去，直到外界需求氢气的量发生变化时，容器内液面才会变化，反应速率才会发生相应的变化；当导气管阀门关闭，反应就自行停止，从而实现简便实用，安全易控，可以根据需求即时自控供氢。
附图说明
图1是本发明即时自控供氢装置的结构示意图。
图1中1为储料区，2为反应区，3为催化剂，4为导液管，5为反应料，6为导气管，7为阀门，8为进料口，9为壳体
图2是平衡压力随时间的变化曲线。
具体实施方式
当硼氢化物选择硼氢化钠时，称取硼氢化钠固体1.5g，氢氧化钠0.1075g，配置成8.505ml水溶液，此时PH为13.5，硼氢化钠质量分数为14.833％，制备好的泡沫镍载钌催化剂的质量分数为6％。先将泡沫镍载钌催化剂固定在反应区容器顶端，然后打开导气管阀门，再将反应料从储料区容器上的进料口加入，加入到的储料区容器内反应料通过导液管进入反应区容器后，盖上储液区容器上端的盖子；加入的反应料与反应区容器内的催化剂接触，产生氢气，产生的氢气通过导气管通往燃料电池，供应外需。
设置储料区1(容积40ml)和反应区2(容积40ml)为两个密闭容器，两密闭容器通过导液管4来接通，储料区1内的反应料通过导液管4进入反应区容器2，导气管6连通反应区2，垂直穿过储料区1，外接燃料电池。
反应区2的上底和储料区1的下底分别有盖子密封，盖子上分别有进料口和出料口，用以加入反应料和移出反应产物。反应区2顶部有固定泡沫镍催化剂的夹子，用以固定催化剂，更换催化剂。两密闭容器通过隔板隔离，隔板上有导液管4和导气管6，导液管传输反应料，导气管导出产生的氢气。两密闭容器上下放置。
实施例1：关闭导气管出气口的阀门，反应区容器内的压力就会增大，为了保持两容器内的压力平衡，反应区容器内的反应料通过导液管被压回到储料区容器内，这样迫使反应区容器内液面下降，直到与催化剂脱离，反应停止不再有氢气生成。此时大部分反应料储存在储料区容器内，装置内的气压将大于外界气压，记录反应停止时的平衡压力为0.181Mpa。记录压力随时间的变化如图2。
实施例2：当需要氢气时候，打开导气管阀门，反应区容器内的氢气被放出，反应区容器内的气压就减少，这样储料区容器内的气压就大于反应区容器的气压，那么储料区容器内的反应料就又被压回反应区容器内，反应区容器内液面就会升高与催化剂接触，在催化剂的催化作用下又产生氢气，供应外需。而反应生成的氢气速率与催化剂和反应料接触的量有关，随着反应区容器内液面的升高，与催化剂接触的量就越大，生成氢气的速率就越快，直到氢气的生成速率与外界需求速率相同时，反应区容器内液面不再升高时，两容器间的压力达到平衡，反应将会稳定的进行下去，直到外界需求氢气的量发生变化时，容器内液面才会变化，反应速率才会发生相应的变化；当导气管阀门关闭时，发生的过程就会重复实施例1的过程。

Claims (8)

1.一种化学硼氢化物水解制氢的即时自控供氢方法，将泡沫镍载钌催化剂固定在反应区容器顶端，其特征在于，打开导气管阀门时，将反应料从储料区容器上的进料口加入，加入的储料区容器内的反应料通过导液管进入反应区容器后，盖上进料口的盖子，加入的反应料与反应区容器内的催化剂接触，产生氢气，产生的氢气由导气管通往燃料电池；当储料区容器内的压力大于燃料电池内氢气的压力时，或关闭导气管阀门时，反应区容器内反应料通过导液管被压回到储料区容器内，减少反应料与催化剂接触的量，从而控制反应压力。
2.根据权利要求1所述的化学硼氢化物水解制氢的即时自控供氢方法，其特征在于，反应料以固体形式或以液体的形式加入，催化剂循环多次使用。
3.根据权利要求1所述的化学硼氢化物水解制氢的即时自控供氢方法，其特征在于，在反应区容器里安装温度传感器和压力传感器。
4.为实施权利要求1所述方法的即时自控供氢装置，其特征在于，设置储料区(1)和反应区(2)为两个密闭容器，两密闭容器通过导液管(4)来接通，储料区(1)内的反应料通过导液管(4)进入反应区容器，导气管(6)连通反应区(2)，垂直穿过储料区(1)，外接燃料电池。
5.根据权利要求4所述的即时自控供氢装置，其特征在于，上述反应区(2)的上底和储料区(1)的下底分别有盖子密封，盖子上分别有进料口和出料口。
6.根据权利要求4所述的即时自控供氢装置，其特征在于，上述反应区(2)的顶部有固定泡沫镍载钌催化剂的部件。
7.根据权利要求4所述的即时自控供氢装置，其特征在于，上述两密闭容器通过隔板隔离，隔板上有导液管(4)和导气管(6)。
8.根据权利要求4所述的即时自控供氢装置，其特征在于，上述两密闭容器的放置方式是上下放置或是左右放置。
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