CN101671003A - 一种铝水解制氢装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝水解制氢装置及其控制方法。本发明属于氢气制备技术领域。一种铝水解制氢装置，包括铝水解罐体，其罐体设有铝封头、汞齐、挡板、水入口和氢气出口，罐体与铝封头密封方式连接，汞齐覆盖于铝封头与水反应界面，罐体内挡板位于铝与水反应界面上部，氢气出口位于罐体顶部。一种铝水解制氢装置的控制方法，其特点是：罐体内铝水解反应时，调节控制反应界面温度，实现制氢速率控制；或调节控制汞齐与反应界面的接触或脱离，控制铝水解反应的启动或关闭；在汞齐的作用下铝水解产生的氢气，通过氢气出口导出。本发明具有结构简单、操作方便、可控性好、适用范围广，不耗电、污染小，尤其适合于便携式燃料电池电源系统使用等优点。

Description

一种铝水解制氢装置及其控制方法
技术领域
本发明属于氢气制备技术领域，特别是涉及一种铝水解制氢装置及其控制方法。
背景技术
氢在现代工业中有许多用途，如冶金，化工，食品，实验仪器等行业均已广泛使用氢气。作为一种极好的能量载体，氢气既可以直接燃烧产生能量，其产物为水，没有任何环境污染；也可以利用燃料电池来发电。在可再生能源应用领域，利用氢的可储存特性，可极大提高风能，太阳能的利用效率。
目前，制氢的方式主要有1)电解水制氢；2)甲醇、汽油或天然气等重整法制氢；3)生物质制氢；4)太阳能制氢；5)化学制氢等。以燃料电池应用市场为例，这些方法由于存在这样或那样问题，尚无法完全适应燃料电池，尤其是便携式燃料电池的应用要求。具体到便携式电源场合的应用，燃料电池供氢体系的选择一般要求1)体积重量制氢率高，2)反应产物易处理，3)成本在可接受范围。
金属铝是一种价格低廉，容易获得的两性材料，与水反应能产生氢气，如下式所示：
2Al+6H2O＝2Al(OH)3+3H2
但是，实际使用中由于铝比较活泼，表面通常覆有一层致密的氧化膜，阻止了产氢反应的顺利进行。对于已经受到不同程度氧化的金属铝，要使产氢反应持续发生，添加NaOH或KOH等碱性催化剂被认为是一个较好的选择。在一个公开的专利中(专利号：ZL02104279.9)报道了在NaOH催化剂存在的条件下利用铝粉水解制氢的技术路线。由于制氢过程使用腐蚀性的强碱，使系统复杂性增加，而且反应产物也很难处理。铝表面汞齐化也是提高金属铝的水解反应活性的一条有效途径，但在已经公开的文献报道中，由于反应过程很难控制，无法获得应用所需稳定的氢气流量。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种铝水解制氢装置及其控制方法。
金属铝或铝合金在汞齐存在条件下，可以持续与水反应产生氢气，但产氢速率与温度，铝合金种类，汞齐种类和厚度，反应面积等因素有关。对于给定的铝合金种类，汞齐种类和厚度，反应面积，铝水解产氢速率只与温度有关。
相对于常用的电解水制氢技术，铝水解反应制氢技术具有原料利用率高、生成氢气纯度高、反应速率可控程度高、不消耗电能、适用范围广等优势，同时其反应产物亦可回收再利用，对环境污染很小。
本发明的目的之一是提供一种具有结构简单、安全可靠、可控性好、适用范围广，不耗电、污染小，适用于便携式燃料电池电源系统等特点的铝水解制氢装置。
本发明铝水解制氢装置所采取的技术方案是：
一种铝水解制氢装置，包括铝水解罐体，其特点是：罐体设有铝封头、汞齐、挡板、水入口和氢气出口，罐体与铝封头密封方式连接，汞齐覆盖于铝封头与水反应界面，罐体内挡板位于铝与水反应界面上部，氢气出口位于罐体顶部。
本发明铝水解制氢装置还可以采用如下技术措施：
所述的铝水解制氢装置，其特点是：铝封头端部为便于散热形状，铝封头端部有翅片。
所述的铝水解制氢装置，其特点是：铝封头为纯铝或铝合金封头，纯铝或铝合金封头为圆柱形结构。
所述的铝水解制氢装置，其特点是：档板焊接或架接在罐体上部。
本发明的目的之二是提供一种具有操作方便、可控性好、安全可靠，尤其适用于便携式燃料电池电源系统等特点的铝水解制氢装置的控制方法。
本发明铝水解制氢装置的控制方法所采取的技术方案是：
一种铝水解制氢装置的控制方法，进行铝水解制取氢气控制，其特点是：罐体内铝水解反应时，调节控制反应界面温度，实现制氢速率控制；或调节控制汞齐与反应界面的接触或脱离，控制铝水解反应的启动或关闭；在汞齐的作用下铝水解产生的氢气，通过氢气出口导出。汞齐为含锌、银、铜、铅、镉一种或多种的汞合金。
本发明铝水解制氢装置的控制方法还可以采用如下技术措施：
所述的铝水解制氢装置的控制方法，其特点是：调节控制汞齐与反应界面的接触或脱离是通过机械手动或气动控制的。
所述的铝水解制氢装置的控制方法，其特点是：控制反应界面温度是通过铝封头与外部环境或水浴槽接触。
本发明具有的优点和积极效果：
铝水解制氢装置及其控制方法，由于采用了本发明全新的技术方案，因此系统具有了以下主要特点：
1.产氢速率可控。由于反应界面温度可控，因此对于给定的反应面积，可获得稳定的氢气流量；
2.铝水解反应制取氢气无副反应发生，制备的氢气纯度高，杂质少。
3.结构简单。由于反应在较低温度下进行，水份挥发少，给燃料电池供氢时无须氢气干燥等部件
4.铝碱反应制取氢气耗能低，副产品均可回收再利用，对环境污染小。
综上所述，本发明具有结构简单、安全可靠、操作方便、可控性好、适用范围广，不耗电、污染小，尤其适合于便携式燃料电池电源系统使用等优点。
附图说明
图1为本发明铝水解制氢装置的结构示意图；
图2为铝水解制氢装置旋转90度结构示意图；
图3为铝水解制氢装置气动机构自动旋转结构示意图。
图中，1-封头，2-罐体，3-汞齐，4-挡板，5-水入口，6-氢气出口，7-反应界面，8-翅片，9-气缸，10-气动装置，11-缓冲罐。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅附图1、图2和图3。
实施例1
一种铝水解制氢装置，包括铝水解罐体2，罐体2设有铝封头1、汞齐3、挡板4、水入口5和氢气出口6。罐体2与铝封头1密封方式连接，铝封头1端部呈便于散热翅片8外形。汞齐3为含锌汞合金，覆盖于铝封头1与水反应界面，罐体内挡板焊接在罐体上，位于铝与水反应界面7上部，水入口和氢气出口位于罐体顶部。
实施例2
一种铝水解制氢装置，包括铝水解罐体，罐体设有铝封头1、汞齐3、挡板4、水入口5和氢气出口6。其铝封头为铝合金封头，铝合金封头为圆柱形结构。罐体内挡板架接在罐体上，位于铝与水反应界面上部。汞齐为含锌、银和铜的汞合金。其余同实施例1。
实施例3
实施例1的铝水解制氢装置的控制方法，进行铝水解制取氢气控制，其特点是罐体内铝水解反应时，通过调节控制汞齐与反应界面的接触面进行铝水解反应控制。调节控制汞齐与反应界面的接触面是通过控制汞齐与反应界面接触或脱离的方法，使反应进行或停止，实现制氢速率控制。在汞齐的作用下铝水解反应产生的氢气，通过氢气出口导出。
实施例4
实施例3的铝水解制氢装置的控制方法，进行铝水解制取氢气控制，其特点是罐体内铝水解反应时，通过调节控制汞齐与反应界面的接触面进行铝水解反应控制。调节控制汞齐与反应界面的接触面是通过气动机构控制，使铝水解制氢罐体旋转90度来实现的。气动旋转机构包括气动装置10、气体缓冲罐11和气缸9，气动装置10控制气缸9带动反应装置罐体2旋转，使罐体2呈直立或平躺状态，达到控制铝水解制氢反应速率的目的。其余同实施例3。
实施例5
实施例3的铝水解制氢装置的控制方法，采用圆柱形外形带翅片的铝合金封头，罐体内铝水解反应时，进行铝水解制取氢气控制，是通过调节控制汞齐与反应界面的反应界面温度来实现的。反应界面温度是将铝合金翅片放入水浴槽中进行加热或冷却进行控制的。其余同实施例3。

Claims (7)

1.一种铝水解制氢装置，包括铝水解罐体，其特征是：罐体设有铝封头、汞齐、挡板、水入口和氢气出口，罐体与铝封头密封方式连接，汞齐覆盖于铝封头与水反应界面，罐体内挡板位于铝与水反应界面上部，氢气出口位于罐体顶部。
2.根据权利要求1所述的铝水解制氢装置，其特征是：铝封头端部有翅片。
3.根据权利要求1或2所述的铝水解制氢装置，其特征是：铝封头为纯铝或铝合金封头。
4.根据权利要求1所述的铝水解制氢装置，其特征是：档板焊接或架接在罐体上部。
5.根据权利要求1所述的铝水解制氢装置的控制方法，进行铝水解制取氢气控制，其特征是：罐体内铝水解反应时，调节控制反应界面温度，实现制氢速率控制；或调节控制汞齐与反应界面的接触或脱离，控制铝水解反应的启动或关闭；在汞齐的作用下铝水解产生的氢气，通过氢气出口导出。
6.根据权利要求5所述的铝水解制氢装置的控制方法，其特征是：调节控制汞齐与反应界面的接触或脱离是通过机械手动或气动控制的。
7.根据权利要求5所述的铝水解制氢装置的控制方法，其特征是：控制反应界面温度是通过铝封头与外部环境或水浴槽接触。
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Record date: 20111220

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Granted publication date: 20110615

Termination date: 20151012

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