CN105366639A - 一种便携式自动控制铝水反应制氢设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式自动控制铝水反应制氢设备，卡箍将反应基座和反应釜溢流装置固定在反应釜内部，储液室将反应釜包围住；储氢罐置于储液室内，之间的输水管上装气动阀；储氢罐上装限压阀、抽真空口、输氢管、温度计、气压表；输氢管上装输氢阀、外接快速接口；储液室装泄压阀、反应控制开关、进水阀、出水阀；反应釜内有反应釜溢流装置，之间的连管道装有气动阀；装在储液室下部的进水、出水管道上。本发明的反应釜与储氢罐均处于储液室水环境中，能快速冷却；铝水反应可通过气动阀和反应釜溢流装置进行控制，内部气压稳定；反应釜易于拆卸，反应产物易于回收再利用。本发明结构简单，造价低廉、易于携带与拆卸、安全性高。

Description

一种便携式自动控制铝水反应制氢设备

技术领域

本发明属于制氢技术领域，具体涉及一种便携式自动控制铝水反应制氢设备。

背景技术

传统的氢能使用流程主要包括氢气的制备、储存、运输和释放。在氢气制备方面，现行工业主要采用催化重整制氢、电解水制氢、光催化水解制氢以及生物质制氢，存在着使用化学能源、污染以及效率低等缺点。

在氢气的储存与运输方面，尚缺乏有效的方式，不管是采用气态储氢或液态储氢都存在着成本高、安全性低等限制。如使用液态储氢，则要求超低温，储罐成本高，且储氢罐本身笨重，即使储罐内充满氢，储存氢量只占储存罐质量的5％～7％。在氢气运输技术方面，氢气虽然具有较好的潜在可运输性，但其极易泄漏，即使真空密封的氢燃料箱，每天泄漏率尚达2％。

化解上述问题，实现移动氢能有效安全利用的途径之一，就是实现及时制氢，即采用较为廉价的可控制制氢方式，随时制氢，随时使用。目前采用较多的即时供氢的方法是硼氢化物水解制氢，当溶液与硼氢化物不接触时，就会终止供氢，很方便调节氢产量和产氢速率，实现了现场制氢。但该方法制氢成本高，且需要昂贵的催化剂，高昂的成本致使其难以规模化。

近年来，铝水反应受到了人们很大的关注，这是因为铝是地壳中含量较多的元素，来源广泛，价格低廉，密度低。铝水反应的过程不产生含碳和氮的有害物质，产物环境友好；其次，金属铝水解具有很高的氢气产量(1245mL/g)，储氢值高。第三，在目前几种现场制氢-储氢材料性能比较当中，铝水反应最有可能实现工业化应用。然而要想将铝水反应实际应用，除需解决活化铝的制备问题以外，还必须配以适当的铝水制氢设备，实现氢气的释放和氢能的应用。

由于金属铝表面存在一层致密的氧化铝膜，普通的铝只能通过与碱或酸，如氢氧化钠NaOH和盐酸发生反应生成氢气。而采用低熔点金属(镓Ga、铟In、锡Sn等)对铝进行合金化，可以实现铝与中性水发生水解反应，反应过程中不需添加碱或酸。该水解反应剧烈，能生成大量氢气，同时放出反应热，而温度升高会带来一定的安全隐患；除此以外，铝水反应产物羟基氧化铝具有较大的再利用价值，因而产物的回收再利用对铝水制氢技术的应用具有重要意义。

CN104276541A公开了一种基于铝合金与水反应的可控制氢装置，水仓和合金仓分别连反应仓，中间水仓连反应仓底部，反应仓内装反应网，反应网的空隙间距小于合金小球直径，反应仓底部连废液仓，反应仓顶部连耗氢装置。合金仓内有合金小球，可与水反应产生氢气。反应仓装有反应网，能与中间水仓一起调节产氢速率。它能利用自身压力来进行氢气发生和产氢速率的调节，但存在着如装置结构复杂，占地空间较大；无冷却装置；且不易于回收反应产物等缺点。

CN101428758A公开了一种自控稳压式解水铝制氢罐，反应室上连贮液室，滤气室装在贮液室上面，输氢管装在滤气室的上部。铝、助剂和水装入反应室，在1℃～100℃温度条件下发生反应产生氢气和沉淀物。氢气经水滤后由输氢管向外供氢。反应室内压力达到设定值时，反应液在压力作用下经输液管流向贮液室，这时反应室反应减慢或停止，反之反应液流回，继续反应。其存在自控部分结构复杂，外接且不易拆卸，耐用性较差；无冷却装置；无法储备氢气，只能够现产现用，输出压强不稳定等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种内部气压稳定，反应产物易于回收再利用；结构简单，造价低廉、易于携带与拆卸、安全性高的一种便携式自动控制铝水反应制氢设备。

本发明的实现方式为，一种便携式自动控制铝水反应制氢设备，反应釜底有卡箍，卡箍将反应基座和反应釜溢流装置固定在反应釜内部，储液室将反应釜包围住；储氢罐置于储液室内，储氢罐与储液室的输水管上装气动阀；储氢罐上部装限压阀、抽真空口、输氢管、温度计、气压表；输氢管上装输氢阀、外接快速接口；泄压阀装在储液室右侧上部，反应控制开关装在储液室右侧中部；反应釜内有反应釜溢流装置，反应釜溢流装置与反应控制开关连通的管道上装有气动阀；进水阀、出水阀装在储液室下部的进水、出水管道上。

反应材料为采用低熔点金属镓、铟、锡等进行合金化的活化铝，该活化铝可与中性水发生剧烈反应，释放氢气和大量的反应热，并生成反应产物羟基氧化铝。使用本发明，先在反应基座底部加入一定量的活化铝粉，并平铺于该反应基座底部平面上；反应基座和反应釜溢流装置固定在反应釜内部；关闭诸阀，检验气密性；开启进水阀，从进水口注入定量的水，注完关闭进水阀；打开反应控制开关水进入反应釜溢流装置直至溢出流到反应基座底部，铝水反应发生，并释放出氢气；反应釜、储氢罐内部压强升高，水不再流入反应釜中；反应停止，打开输氢阀，输出稳压氢气；反应釜、储氢罐内部压强降低，开启气动阀，重复上面过程，直至铝粉反应完。

本发明的反应釜与储氢罐均处于储液室水环境中，能快速冷却，消除铝水反应所放出大量反应热所带来的安全隐患；同时，铝水反应可通过气动阀和反应釜溢流装置进行控制，装置内部气压稳定能够提供稳定快速冷却并释放氢气；反应釜易于拆卸，反应产物易于回收再利用。结构简单，造价低廉、易于携带与拆卸、安全性高。

说明书附图

图1是本发明结构示意图，

图2是本发明结构剖视图。

具体实施方式

下面参照附图详述本发明。

参照图1、2，本发明的反应釜底有卡箍18，卡箍将反应基座和反应釜溢流装置16固定在反应釜3内部，储液室2将反应釜3包围住，能够快速冷却反应釜内的温度；能使氢气气压保持恒定，易于气动阀5的控制。

储氢罐6置于储液室2内，能使氢气气压保持恒定，易于气动阀(5)的控制。储氢罐与储液室的输水管4上装气动阀5，气动阀限定压强为0.4～0.8Mpa。储氢罐6上部装限压阀7、抽真空口8、输氢管10、温度计12、气压表13。限压阀限定压强约为0.8～1.2Mpa，限压阀限定储氢罐6内部压强，避免压强过高损坏装置，起保护作用。

输氢管上装输氢阀11、外接快速接口9。输氢阀用于控制氢气输出速度流量；外接快速接口外接输出氢气的装置。泄压阀14装在储液室2右侧上部，用于调节储液室内部压强。反应控制开关15装在储液室2右侧中部，反应控制开关能使反应水在重力的作用下，自发的流经输水管4，进入反应釜3内与铝粉反应生成氢气，以控制整个反应的开始与结束。

反应釜3内有反应釜溢流装置16，反应釜溢流装置16高8～16cm。反应釜溢流装置控制反应速率并避免反应产物堵塞输水管以及防止生成的氢气进入储液室2。反应釜溢流装置与反应控制开关连通的管道上装有气动阀5；进水阀1、出水阀17装在储液室下部的进水、出水管道上。

本发明的反应材料采用低熔点金属镓、铟、锡等进行合金化的活化铝，该活化铝可与中性水发生剧烈反应，释放氢气和大量的反应热，并生成反应产物羟基氧化铝。

使用本发明，先在反应基座底部加入一定量的活化铝粉，并平铺于该反应基座底部平面上；用卡箍18将反应基座和反应釜溢流装置固定在反应釜内部。关闭输氢阀10、进水阀1、出水阀17、泄气阀14；用抽真空器预抽真空，检验装置的气密性。

开启进水阀1，从进水管道注入定量的水，注完关闭进水。打开反应控制开关15，使水流经气动阀5进入反应釜溢流装置16中。反应釜溢流装置内部液面不断升高直至溢出流到反应基座底部铝水反应发生，并释放出氢气；反应釜、储氢罐6内部压强升高，到气动阀5的限定压强时，气动阀关闭，水不再流入反应釜中。反应停止，得到一定压强的恒压氢气，氢气气压为气动阀限定压强。打开输氢阀10，输出稳压氢气。

反应釜、储氢罐内部压强降低，开启气动阀，水继续流入反应基座底部，铝水反应继续进行。重复上述流程，储氢罐内部气压自动回复到限定气压；直至铝粉反应完之后，关闭反应控制开关15，继续使用，直至装置内部气压小于外接环境气压。

打开出水阀17以及泄气阀14，放出储液室2内部水；打开卡箍，取出反应釜溢流装置16与反应基座。

下面举出本发明应用实施例：

实施例1：分别在3个反应釜底部平铺10g铝镓铟合金粉，注满水之后打开反应控制开关，约3分钟后整个装置压强升高到0.5Mpa。气动阀自动关闭。打开外接快速接口，装置压强降低，气动阀自动开启。整个反应装置约储备标准大气压下30L氢气。

实施例2：同实施例1,不同的是，在3个反应釜底部平铺15g的铝铟锡粉末，注满水之后打开反应控制开关，约4分钟后整个装置压强升高到0.5Mpa。气动阀自动关闭。打开外接快速接口，装置压强降低，气动阀自动开启。反应罐中约储备标准大气压下45L的氢气。

实施例3：同实施例1，不同的是，分别在3个反应釜底部平铺20g的铝镓铟锡合金粉，注满水之后打开反应控制开关，约2分钟后整个装置压强升高到0.5Mpa。气动阀自动关闭。打开外接快速接口，装置压强降低，气动阀自动开启。反应罐中约储备标准大气压下66L的氢气。

Claims (4)

1.一种便携式自动控制铝水反应制氢设备，其特征在于：反应釜底有卡箍，卡箍将反应基座和反应釜溢流装置固定在反应釜内部，储液室将反应釜包围住；储氢罐置于储液室内，储氢罐与储液室的输水管上装气动阀；储氢罐上部装限压阀、抽真空口、输氢管、温度计、气压表；输氢管上装输氢阀、外接快速接口；泄压阀装在储液室右侧上部，反应控制开关装在储液室右侧中部；反应釜内有反应釜溢流装置，反应釜溢流装置与反应控制开关连通的管道上装有气动阀；进水阀、出水阀装在储液室下部的进水、出水管道上。

2.根据权利要求1所述的一种便携式自动控制铝水反应制氢设备，其特征在于：气动阀(5)限定压强为0.4～0.8Mpa。

3.根据权利要求1所述的一种便携式自动控制铝水反应制氢设备，其特征在于：限压阀(7)限定压强约为0.8～1.2Mpa。

4.根据权利要求1所述的一种便携式自动控制铝水反应制氢设备，其特征在于：反应釜溢流装置(16)高8～16cm。