CN218827248U - 燃料电池铂碳催化剂的生产系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池铂碳催化剂的生产系统，包括粉料处理区、浆料制备区、烘干区、反应区、超纯水制备区和仓储区；所述粉料处理区位于反应区尾端一侧；所述浆料制备区与粉料处理区同侧对应设于反应区前端；所述烘干区设于粉料处理区与浆料制备区之间；所述超纯水制备区设于反应区的另一侧；所述仓储区独立隔离设于生产区外；其中，反应区设有接收浆料制备区的原料浆料、且向烘干区输出过滤料饼的联体反应釜组。本实用新型布局合理，空间占用小，功能齐全，可大批量生产铂碳催化剂。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池催化剂生产装置，尤其涉及一种燃料电池铂碳催化剂的生产系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池是氢能产业链中将氢能转化为电能的重要途径，作为燃料电池核心部分的膜电极，它是燃料电池最为昂贵的部件。膜电极上氢氧化反应和氧还原反应主要受到催化剂控制，它是影响燃料电池性能的重要因素之一，决定了燃料电池的充放电性能、耐久性及经济性。
目前常用的质子交换膜燃料电池催化剂是铂碳催化剂，通过将铂纳米颗粒分散到碳载体上制备而成。铂碳催化剂生产线需要使用到反应釜体以及配套设备较多，铂碳催化剂作为碳纳米材料其生产条件严格，杂乱无章的车间布局，不仅导致催化剂生产率不高，而且较低的空间利用率导致成本增加。
实用新型内容
发明目的：本实用新型的目的是提供一种布局合理、空间占用小的燃料电池铂碳催化剂的生产系统。
技术方案：本实用新型所述的一种燃料电池铂碳催化剂的生产系统，包括粉料处理区、浆料制备区、烘干区、反应区、超纯水制备区和仓储区；所述粉料处理区位于反应区尾端一侧；所述浆料制备区与粉料处理区同侧对应设于反应区前端；所述烘干区设于粉料处理区与浆料制备区之间；所述超纯水制备区设于反应区的另一侧；所述仓储区独立隔离于生产区外；其中，反应区设有接收浆料制备区的原料浆料、且向烘干区输出过滤料饼的联体反应釜组。
优选的，所述联体反应釜组包括由输料管串接的混合釜、反应釜、浓缩釜和过滤釜。混合釜接收浆料制备区制备的碳黑浆料、氯铂酸溶液并混合均匀；混合料输送至反应釜并通过控制反应釜反应条件进行反应；反应浆料输送至浓缩釜，在浓缩釜中进行静置实现液固分离，浓缩浆料输送至过滤釜，在过滤釜中进行强制液固分离，滤液中有机溶剂收集后循环利用，滤饼输送至烘干区进行烘干，而后输送至粉料处理区磨粉制备催化剂成品。
优选的，所述超纯水制备区设有原水箱、超纯水主机、中间水箱和终端水箱，所述原水箱与超纯水主机进液端连通，所述中间水箱与超纯水主机循环接通，所述终端水箱接收并存储超纯水主机制备的超纯水。
优选的，所述粉料处理区设有球磨机、砂磨机、振动磨机或气流粉碎机中的一种或组合。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：1、布局合理，空间占用小；2、功能齐全，可大批量生产铂碳催化剂。
附图说明
图1是本实用新型装置的铂碳催化剂生产线布置结构示意图；
图2是本实用新型装置的联体反应釜组结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
如图1-2所示，本实用新型的一种燃料电池铂碳催化剂的生产系统，包括粉料处理区1、浆料制备区2、烘干区3、反应区4、超纯水制备区5和仓储区6；粉料处理区1位于反应区4尾端一侧，粉料处理区1设有球磨机、砂磨机、振动磨机或气流粉碎机中的一种或组合，碳黑原料或铂碳催化剂块料均可在粉料处理区内通过磨粉设备制备成达到粒度要求的直径备用。浆料制备区2与粉料处理区1同侧对应设于反应区4前端，浆料制备区2设有电子称14和均质机15，在粉料处理区完成磨粉的碳黑等原料转移至浆料制备区2内，并通过称量、均质等工序制备成碳黑浆料、氯铂酸溶液备用，而后通过输送管路自反应区4前端输送至联体反应釜组7进行铂碳催化剂的制备。烘干区3设于粉料处理区1与浆料制备区2之间，在烘干区3处设置有烘箱，通过烘箱可将进入粉料处理区前的碳黑或铂碳催化剂进行一定程度的烘干，以利于后续的粉料制备工艺。
超纯水制备区5设于反应区4的另一侧，超纯水制备区5设有原水箱16、超纯水主机17、中间水箱18和终端水箱19，原水箱16与超纯水主机17进液端连通，中间水箱18与超纯水主机17循环接通，终端水箱19接收并存储超纯水主机17制备的超纯水。工作时，生产水进入原水箱16中存储，而后进入超纯水主机17内进行超纯水的制备，在超纯水的制备过程中首先会产出纯水，纯水在中间水箱18存储并在超纯水主机17内循环，直至达到超纯水标准后存储在终端水箱19备用。工作时，能够为联体反应釜提供不少于200L/h、18兆欧级别的超纯水。
仓储区6独立隔离于生产区外，仓储区6采用独立于其他区域的设置，由于碳黑、铂碳催化剂具有较小的颗粒尺寸，存在爆燃的危险，因此单独于其他区域设置。烘干区3和仓储区6设有自动灭火装置，自动灭火装置为火探管式自动灭火器，提高烘干区、仓储区的安全性能。
反应区4设有接收浆料制备区2的原料浆料、且向烘干区3输出过滤料饼的联体反应釜组7。联体反应釜组7包括由输料管串接的混合釜8、反应釜9、浓缩釜10和过滤釜11，各釜体均配置有进料口、出料口，且反应釜内均配置有搅拌器，搅拌器可对反应釜内进行搅拌；联体反应釜组中各釜体均通过负压实现料液的转移输送。浓缩釜10、过滤釜11上端设有注水口，超纯水可通过注水口进入浓缩釜、过滤釜对铂碳催化剂进行清洗；浓缩釜10上端设置有可升降调节的出液管20，出液管采用钛合金或玻璃材质，防止被强酸性的浆料腐蚀；过滤釜11的釜体使用316不锈钢材质制得，或采用在304不锈钢釜体内衬PTFE塑料或陶瓷内衬；过滤釜配备有空气压缩机，通过空气压缩机向过滤釜内通入压风，可利用正压排出滤液，以降低铂碳催化剂滤饼的含水量。每一釜体中央可设置有观察窗21，以实现对反应釜内情况的观察。与混合釜8配合设有低温恒温循环机12，低温恒温循环机12可为混合釜提供热能，并保持恒定的混料温度；与反应釜9配合设有高低温一体机13，高低温一体机可为反应釜提供热能，以满足铂碳催化剂制备所需温度。工作时，混合釜接收浆料制备区制备的碳黑浆料、氯铂酸溶液并混合均匀；混合料负压输送至反应釜并通过控制反应釜反应条件进行反应。反应完成后，反应浆料输送至浓缩釜，在浓缩釜中进行静置实现液固分离，上层清液中含有大量的有机溶剂，可升降出液管可将上清液负压抽吸至过滤釜中，有机溶剂中含有的少量铂碳催化剂在过滤釜中被微孔滤膜阻隔，回收有机溶剂；浓缩釜下部的浓缩浆料输送至过滤釜，在过滤釜中进行强制液固分离，滤液中有机溶剂收集后循环利用，滤饼输送至烘干区进行烘干，而后输送至粉料处理区磨粉制备催化剂成品；也可在反应釜9中连续生产2-5批铂碳催化剂浆料后，集中输送至浓缩釜中进行静置分层，而后进行有机溶剂和催化剂的过滤清洗。
本实用新型的工作原理或工作方法：
首先，将所需碳黑在粉料处理区1充分研磨达到所需的粒度。
其次，在浆料制备区2中，使用电子称14称取所需碳黑、氯铂酸、溶剂及添加剂，使用均质机15制得碳黑浆料、氯铂酸溶液。
再次，将碳黑浆料和氯铂酸溶液加入联体反应釜组7中的混合釜8中，通过低温恒温循环机12控制混合釜的温度并充分搅拌混合。混合浆料通过负压输送至反应釜中，并通过高低温一体机13完成反应釜升温，实现铂碳催化剂制备反应。反应完成后的浆料负压输送至浓缩釜，在浓缩釜中静置至分层，其中浓缩浆料负压输送至过滤釜进行液固分离，滤液可用于回收有机溶剂，并进行清洗后获得铂碳催化剂滤饼。
最后，过滤釜过滤后获得铂碳催化剂滤饼输送至烘干区3进行烘干；烘干后的铂碳催化剂块料输送至粉料处理区1研磨成粉末状，达到所需粒径的铂碳催化剂粉料转运至仓储区6。
Claims (8)
1.一种燃料电池铂碳催化剂的生产系统，其特征在于，包括粉料处理区(1)、浆料制备区(2)、烘干区(3)、反应区(4)、超纯水制备区(5)和仓储区(6)；所述粉料处理区(1)位于反应区(4)尾端一侧；所述浆料制备区(2)与粉料处理区(1)同侧对应设于反应区(4)前端；所述烘干区(3)设于粉料处理区(1)与浆料制备区(2)之间；所述超纯水制备区(5)设于反应区(4)的另一侧；所述仓储区(6)独立隔离于生产区外；其中，反应区(4)设有接收浆料制备区(2)的原料浆料、且向烘干区(3)输出过滤料饼的联体反应釜组(7)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池铂碳催化剂的生产系统，其特征在于，所述联体反应釜组(7)包括由输料管串接的混合釜(8)、反应釜(9)、浓缩釜(10)和过滤釜(11)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池铂碳催化剂的生产系统，其特征在于，所述混合釜(8)连接有低温恒温循环机(12)。
4.根据权利要求2所述的燃料电池铂碳催化剂的生产系统，其特征在于，所述反应釜(9)连接有高低温一体机(13)。
5.根据权利要求1所述的燃料电池铂碳催化剂的生产系统，其特征在于，所述超纯水制备区(5)设有原水箱(16)、超纯水主机(17)、中间水箱(18)和终端水箱(19)，所述原水箱(16)与超纯水主机(17)进液端连通，所述中间水箱(18)与超纯水主机(17)循环接通，所述终端水箱(19)接收并存储超纯水主机(17)制备的超纯水。
6.根据权利要求1所述的燃料电池铂碳催化剂的生产系统，其特征在于，所述粉料处理区(1)设有球磨机、砂磨机、振动磨机或气流粉碎机中的一种或组合。
7.根据权利要求1所述的燃料电池铂碳催化剂的生产系统，其特征在于，所述浆料制备区(2)设有电子称(14)和均质机(15)。
8.根据权利要求1所述的燃料电池铂碳催化剂的生产系统，其特征在于，所述烘干区(3)和仓储区(6)设有自动灭火装置。
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2022
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