CN201261718Y - 一种硼氢化物制氢装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种硼氢化物制氢装置。它包括燃料容器(1)、设在燃料容器(1)内的内管反应器(3)和阀门(2)；所述燃料容器包括壳体(4)，其上设有可拆卸的气液分离部分(5)；所述的内管反应器(3)上端开口，其下端与燃料容器(1)内部连通；所述气液分离部分(5)的顶部设有气体出口(6)。本实用新型提供的制氢装置具有结构紧凑、成本低廉、操作简单、能提供洁净氢气等优点。属于为燃料电池提供氢气的氢气发生器领域。

Description

一种硼氢化物制氢装置
技术领域
本实用新型涉及一种氢气制备装置，具体地讲是涉及一种硼氢化物制氢装置。
背景技术
氢是一种清洁燃料，因为其可以在氢气消耗装置例如燃料电池或者内燃机中与氧气反应产生能量和水，在反应中没有其它副产物，因此，使用氢作为燃料有效的解决了使用石油燃料时伴随的环境问题。但是，如何安全、有效的存储氢气一直是技术人员在努力解决的问题，许多氢载体包括烃、金属氢化物和化学氢化物都被视为氢储存和供应系统，例如碱金属氢化物、碱金属铝氢化物和碱金属硼氢化物。其中硼氢化物是一种高储氢含量的材料，既能催化水解释放氢气作为高容量、高纯氢源材料，又可直接通过电化学方式作为高容量负极材料，在典型的多相催化体系中，硼氢化物和水产生氢气和硼酸盐的化学计量反应可以用下面的化学反应表示：
Figure Y200720201335D00031
但硼氢化钠极易水解，即使在常温下，硼氢化钠溶液也会很快水解掉一半。因此，为了使硼氢化钠能够在现实生活中得到应用，平时必须将其保持在强碱性溶液中。其余的硼氢化物也都必须保持在强碱性溶液中。硼氢化钠水解是一个放热反应，每产生1molH2放出75kJ热量，从而使得反应液的温度升高。在较高的温度下，生成的氢气会将溶液中的碱液带出。如果不除掉氢气中的碱性杂质，则会对燃料电池的电堆造成损害，缩短了电堆的使用寿命。
美国专利US715033B2公开了一种氢气发生器系统，其利用用以存储反应产生氢气的燃料材料的体积交换外壳和氢气分离室，该系统包括一个或多个可渗透膜，其使得氢气可以通过该膜而阻止水溶液通过该膜。该系统虽然在一定程度上解决了燃料电池的除碱问题，但是该系统存在结构不够紧凑，难以适用于小型用氢设备，而且其所用的渗透膜容易污堵，需要定期清理和更换，增加了运行成本和日常维护的难度。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、成本低廉、操作简单、能提供洁净氢气的硼氢化物制氢装置。
为解决上述技术问题，本实用新型硼氢化物制氢装置包括燃料容器和设在燃料容器内的内管反应器，具体结构如下：
所述燃料容器包括壳体，其上设有可拆卸的气液分离部分；所述的内管反应器上端开口，其下端与燃料容器内部连通；所述气液分离部分的顶部设有气体出口。
所述气液分离部分和壳体可以螺旋连接密封，也可以卡接密封。
所述内管反应器下端设有阀门。
所述气液分离部分的底部设有一透气性隔板，其上装填泡沫金属，氢气经过气液分离部分装填的泡沫金属，可以实现有效的气液分离。氢气经过泡沫金属后，可以脱除其中的绝大部分液体。
所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铁、泡沫铜、泡沫镍铜中的一种。
所述的气体出口处还设有一除碱装置。
所述的除碱装置内部装有分子筛、脱脂棉、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、活性炭、变色硅胶和FeCl3·6H2O中的一种或其中几种的混合物。
所述的除碱装置可拆卸设于气体出口处。
所述分子筛为3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、13X HP分子筛、13X PG分子筛、13X
APG分子筛、XH5分子筛中的一种或其中几种的混合物。
本实用新型提供的硼氢化物制氢装置，将气液分离部分从壳体上拆卸下来，然后将燃料溶液注入燃料容器内，将催化剂装填在内管反应器内，重新将气液分离部分与壳体组装在一起，二者可以螺旋密封连接也可以卡接密封。需要启动制氢装置时，打开内管反应器底部的阀门，燃料溶液则会流入内管反应器，在催化剂的作用下开始产生氢气，由于硼氢化物催化制氢的反应速率很快，生成的大量氢气快速上涌，将内管反应器内的反应液不断的从内管反应器上端的开口处带出，重新返回到燃料容器内，形成燃料从燃料容器到内管反应器再回到燃料容器的循环。本实用新型催化反应器内置，无需外接燃料溶液的输送管道、阀门，也无需外接循环泵，结构简单紧凑，尤其适用于小型用氢设备，或对体积有严格限制的用氢设备。
生成的氢气从内管反应器的上口逸出，此时的氢气内含有较多的碱液，其逸出后，氢气内含有的碱液在自身重力的作用下会下落，而氢气则会上升，因此从内管反应器上端开口处逸出的氢气在气液分离部分完成第一次的气液分离，大部分的碱液可以在这进一步除去。在气液分离部分装填泡沫金属可以更有效地实现气液分离功能，可以使绝大部分的碱液与氢气分离。经过气液分离部后的氢气仅含有少量碱液，再经过出口处设置的除碱装置可以进一步除去氢气中含有的碱液。除碱装置中装有除碱剂，如分子筛、脱脂棉、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、活性炭、变色硅胶和FeCl3·6H2O中的一种或其中几种的混合物，这些除碱剂廉价易得，而且除杂效果好，除碱装置为可拆卸装置，因此可以与燃料容器中的燃料溶液配套使用，即可以预先根据燃料容器中燃料溶液的量来配置除碱装置中需要的除碱剂的量，燃料溶液消耗完，停止产氢，更换新鲜燃料溶液时同时更换新的除碱装置。用过的除碱剂既可以再生循环使用，也可以直接弃置。由于使用的除碱剂廉价易得，除碱效果好，而且除碱装置可以与燃料溶液相配套且更换容易，因此本实用新型具有成本低廉、操作简单、能提供洁净氢气的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是设有除碱装置的本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
一种硼氢化物的制氢装置，如图1、图2所示，本实用新型硼氢化物的制氢装置，包括燃料容器1和设在燃料容器1内的内管反应器3，具体结构如下：
所述燃料容器包括壳体4，其上设有可拆卸的气液分离部分5；所述的内管反应器3上端开口，其下端与燃料容器1内部连通；所述气液分离部分5的顶部设有气体出口6。
所述内管反应器3下端设有阀门2。
所述气液分离部分5的底部设有一透气性隔板，其上装填泡沫金属8。
所述泡沫金属8为泡沫镍、泡沫铁、泡沫铜、泡沫镍铜中的一种。
所述的气体出口6处还设有一除碱装置7。
所述的除碱装置7内部装有分子筛、脱脂棉、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、活性炭、变色硅胶和FeCl3·6H2O中的一种或其中几种的混合物。
所述的除碱装置7可拆卸设于气体出口6处。
所述分子筛为3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、13X HP分子筛、13X PG分子筛、13XAPG分子筛、XH5分子筛中的一种或其中几种的混合物。
上述燃料溶液为硼氢化物的碱溶液。
上述硼氢化物碱溶液中的碱可以为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化锂中的一种或其中几种的混合物。
上述硼氢化物包括硼氢化物盐(M(BH4)n)、三硼氢化物盐(MB3H8)、十氢十硼酸盐(M2B10H10)、十三氢十硼酸盐(MB10H13)、十二氢十二硼酸盐(M2B12H12)、十八氢二十硼酸盐(M2B20H18)中的一种或几种的混合物，其中，M为碱金属、碱土金属或铝的阳离子中的一种或者几种的混合物。
上述催化剂为可以催化硼氢化物分解制氢的固定床催化剂，例如固定床雷尼镍、雷尼钴、雷尼镍钴，负载微量贵金属如铂、钌、铑等的固定床雷尼镍、雷尼钴、雷尼镍钴，负载微量贵金属如铂、钌、铑等的泡沫镍、泡沫钴、泡沫镍钴等中的一种或者几种。
本实用新型硼氢化物的制氢装置的使用过程如下：
如图1所示，将气液分离部分5从壳体4上拆卸下来，然后将燃料溶液注入燃料容器1内，将催化剂装填在内管反应器3内，重新将气液分离部分5与壳体4组装在一起，二者可以螺旋密封连接也可以卡接密封。需要启动制氢装置时，打开内管反应器3底部的阀门2使燃料溶液流入内管反应器3，燃料溶液在催化剂的作用下开始产生氢气，由于硼氢化物的催化制氢的反应速率很快，生成的大量氢气快速上涌，将内管反应器3内的反应液不断的从内管反应器3上端的开口处带出，使反应后的燃料溶液重新返回到燃料容器1内，形成燃料溶液从燃料容器1到内管反应器3再回到燃料容器1的循环。生成的氢气从气体出口6输出。生成的氢气从内管反应器3的上口逸出后，此时的氢气内含有较多的碱液，其逸出后，氢气内的碱液在自身重力的作用下会下落，而氢气则会上升，因此从内管反应器3上端开口处逸出的氢气在上升到气液分离部分5这一过程中，完成第一次的气液分离，大部分的碱液可以在这一步除去。
如图2所示，在气液分离部分5装填泡沫金属8可以更有效地实现气液分离功能，可以使绝大部分的碱液与氢气分离。含有少量碱液的氢气经过出口6处设置的除碱装置7可以进一步除去氢气中含有的碱液。除碱装置7中装有分子筛、脱脂棉、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、活性炭、变色硅胶和FeCl3·6H2O中的一种或其中几种的混合物，这些除碱剂廉价易得，而且除杂效果好，除碱装置7为可拆卸装置，因此可以与燃料容器1中的燃料溶液配套使用，即可以预先根据燃料容器1中燃料溶液的量来计算除碱装置7中需要的除碱剂的量，燃料溶液消耗完，停止产氢，更换新鲜燃料溶液时同时更换新的除碱装置7。用过的除碱剂既可以再生循环使用，也可以直接弃置。

Claims (8)

  1. 【权利要求1】一种硼氢化物制氢装置，包括燃料容器(1)和设在燃料容器(1)内的内管反应器(3)，其特征是：所述燃料容器包括壳体(4)，其上设有可拆卸的气液分离部分(5)；所述的内管反应器(3)上端开口，其下端与燃料容器(1)内部连通；所述气液分离部分(5)的顶部设有气体出口(6)。
  2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的硼氢化物制氢装置，其特征是在于所述内管反应器(3)下端设有阀门(2)。
  3. 【权利要求3】根据权利要求1或2所述的硼氢化物制氢装置，其特征是在于所述气液分离部分(5)的底部设有一透气性隔板，其上装填泡沫金属(8)。
  4. 【权利要求4】根据权利要求3所述的硼氢化物制氢装置，其特征是在于所述泡沫金属(8)为泡沫镍、泡沫铁、泡沫铜、泡沫镍铜中的一种。
  5. 【权利要求5】根据权利要求1或2所述的硼氢化物制氢装置，其特征是在于所述的气体出口(6)处还设有一除碱装置(7)。
  6. 【权利要求6】根据权利要求5所述的硼氢化物制氢装置，其特征是在于所述的除碱装置(7)内部装有分子筛、脱脂棉、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、活性炭、变色硅胶和FeCl3·6H2O中的一种或其中几种的混合物。
  7. 【权利要求7】根据权利要求5所述的硼氢化物制氢装置，其特征是在于所述的除碱装置(7)可拆卸设于气体出口(6)处。
  8. 【权利要求8】根据权利要求6所述的硼氢化物制氢装置，其特征是在于所述分子筛为3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、13X HP分子筛、13X PG分子筛、13X APG分子筛、XH-5分子筛中的一种或其中几种的混合物。
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