專(zhuān)利名稱(chēng)：一種化學(xué)硼氫化物水解制氫的即時(shí)自控供氫的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水解制氫的方法及裝置，特別涉及采用化學(xué)硼氫化物水解制氫以及與燃料電池聯(lián)用。
背景技術(shù)：
燃料電池的最佳燃料為氫。但是用氫氣作燃料電池的燃料存在許多困難，主要是缺乏方便、可直接利用的供氫方法和安全、高效、經(jīng)濟(jì)和輕便的儲(chǔ)氫技術(shù)?，F(xiàn)有的儲(chǔ)氫技術(shù)包括高壓儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、金屬硼氫化物儲(chǔ)氫和化石燃料重整技術(shù)。高壓和液態(tài)儲(chǔ)氫特別是后者成本和技術(shù)限制了其實(shí)際應(yīng)用。金屬硼氫化物儲(chǔ)氫目前比較成熟的如AB5，AB2型儲(chǔ)氫合金在儲(chǔ)氫容量方面存在致命缺陷(＜2％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，從而導(dǎo)致儲(chǔ)氫裝置質(zhì)量過(guò)大，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足氫能裝置要求?；瘜W(xué)硼氫化物催化水解制氫技術(shù)因其儲(chǔ)氫量高、反應(yīng)可控且條件溫和而成為研究的熱點(diǎn)。雖然化學(xué)硼氫化物在儲(chǔ)氫容量上具有其他材料無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)(如NaBH4的儲(chǔ)氫容量為10.8％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，且通過(guò)簡(jiǎn)單的水解反應(yīng)即可放出氫氣，但是需要一種簡(jiǎn)便實(shí)用，安全易控，可以根據(jù)需求即時(shí)自控供氫的的方法及裝置。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)化學(xué)硼氫化物催化水解制氫技術(shù)主要集中在催化劑性能上的研究，中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)1438169)公布了一種氫氣的制備方法及裝置，該方法雖然制氫簡(jiǎn)單，成本較低，但是該方法及裝置只是在一個(gè)容器中完成制氫過(guò)程，裝置功能單一，不具備即時(shí)自控性能，使用不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)硼氫化物水解制氫的即時(shí)自控供氫的方法及裝置，該方法是利用裝置內(nèi)部?jī)擅荛]容器間的氫氣壓力差的作用，使反應(yīng)料在裝置內(nèi)的兩容器間流動(dòng)，調(diào)節(jié)反應(yīng)料與催化劑的接觸量，從而來(lái)控制氫氣的產(chǎn)生的速率和氫氣壓力。由于裝置內(nèi)部的氣壓可以隨外部氫氣的需求速率變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)該裝置根據(jù)外部氫氣的需求量來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)氫氣的生成速率，簡(jiǎn)便實(shí)用，安全易控，可以根據(jù)需求即時(shí)自控供氫。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是先將泡沫鎳載釕催化劑固定在反應(yīng)區(qū)容器頂端，然后打開(kāi)導(dǎo)氣管閥門(mén)，再將反應(yīng)料從儲(chǔ)料區(qū)容器上的進(jìn)料口加入，加入的儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管進(jìn)入反應(yīng)區(qū)容器后，蓋上進(jìn)料口的蓋子，加入的反應(yīng)料與反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的催化劑接觸，產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣有導(dǎo)氣管通往燃料電池。當(dāng)儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的壓力大于燃料電池內(nèi)氫氣的壓力時(shí)，或關(guān)閉導(dǎo)氣管閥門(mén)時(shí)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管被壓回到儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)，減少反應(yīng)料與催化劑接觸的量，從而控制反應(yīng)速率和壓力。
上述的方法中，當(dāng)關(guān)閉導(dǎo)氣管閥門(mén)時(shí)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)壓力增大，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管被壓回到儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)，反應(yīng)料與催化劑脫離，反應(yīng)停止。當(dāng)導(dǎo)氣管閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)氫氣被放出，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)壓力減小，儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)反應(yīng)料被壓回到反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)，反應(yīng)料與催化劑接觸，產(chǎn)生氫氣，供應(yīng)外需。
為達(dá)到上述目的，反應(yīng)料可以以固體形式，也可以以液體的形式加入，催化劑可以循環(huán)多次使用，還可以在反應(yīng)區(qū)容器里安裝溫度傳感器和壓力傳感器，隨時(shí)記錄容器內(nèi)的反應(yīng)溫度和壓力，也可不用傳感器；通過(guò)控制催化劑和反應(yīng)物量，達(dá)到可控產(chǎn)氫速率和氫氣壓力的目的。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明設(shè)置儲(chǔ)料區(qū)1和反應(yīng)區(qū)2為兩個(gè)密閉容器，兩密閉容器通過(guò)導(dǎo)液管4來(lái)接通，儲(chǔ)料區(qū)1內(nèi)的反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管4進(jìn)入反應(yīng)區(qū)容器2，在催化劑3催化作用下產(chǎn)生氫氣，導(dǎo)氣管6連通反應(yīng)區(qū)2，垂直穿過(guò)儲(chǔ)料區(qū)1，外接燃料電池。產(chǎn)生的氫氣由導(dǎo)氣管6通往燃料電池。
反應(yīng)區(qū)2的上底和儲(chǔ)料區(qū)1的下底分別有蓋子密封，蓋子上分別有進(jìn)料口和出料口，用以加入反應(yīng)料和移出反應(yīng)產(chǎn)物。
上述反應(yīng)區(qū)容器頂部有固定泡沫鎳催化劑的部件，可以固定催化劑，更換催化劑。
上述裝置的兩密閉容器通過(guò)隔板隔離，隔板上有導(dǎo)液管4和導(dǎo)氣管6，導(dǎo)液管傳輸反應(yīng)料，導(dǎo)氣管導(dǎo)出產(chǎn)生的氫氣。
上述兩密閉容器的放置方式可以是上下放置，也可以是左右放置。
下面對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用進(jìn)一步說(shuō)明在裝置的應(yīng)用中，在密閉的兩容器內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)液管來(lái)接通，反應(yīng)的反應(yīng)料可以通過(guò)導(dǎo)液管在兩個(gè)密閉容器內(nèi)轉(zhuǎn)移。當(dāng)反應(yīng)料與催化劑接觸時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生氫氣，當(dāng)生成的氫氣量大于排出的氫氣量時(shí)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的壓力就會(huì)增大，為了保持兩容器內(nèi)的壓力平衡，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的反應(yīng)料就會(huì)通過(guò)導(dǎo)液管被壓回到儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)，這樣迫使反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)液面下降，直到與催化劑脫離，反應(yīng)停止不再有氫氣生成，此時(shí)大部分反應(yīng)料儲(chǔ)存在儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)，裝置內(nèi)的氣壓將大于外界氣壓。
當(dāng)需要?dú)錃鈺r(shí)候，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的氫氣被放出，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的氣壓就減少，這樣儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的氣壓就大于反應(yīng)區(qū)容器的氣壓，那么儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的反應(yīng)料就又被壓回反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)液面就會(huì)升高與催化劑接觸，在催化劑的催化作用下又產(chǎn)生氫氣，供應(yīng)外需。而反應(yīng)生成的氫氣速率與催化劑和反應(yīng)料接觸的量有關(guān)，隨著反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)液面的升高，與催化劑接觸的量就越大，生成氫氣的速率就越快，直到氫氣的生成速率與外界需求速率相同時(shí)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)液面不再升高時(shí)，兩容器間的壓力達(dá)到平衡，反應(yīng)將會(huì)穩(wěn)定的進(jìn)行下去，直到外界需求氫氣的量發(fā)生變化時(shí)，容器內(nèi)液面才會(huì)變化，反應(yīng)速率才會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化；當(dāng)導(dǎo)氣管閥門(mén)關(guān)閉，反應(yīng)就自行停止，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便實(shí)用，安全易控，可以根據(jù)需求即時(shí)自控供氫。


圖1是本發(fā)明即時(shí)自控供氫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1為儲(chǔ)料區(qū)，2為反應(yīng)區(qū)，3為催化劑，4為導(dǎo)液管，5為反應(yīng)料，6為導(dǎo)氣管，7為閥門(mén)，8為進(jìn)料口，9為殼體圖2是平衡壓力隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
當(dāng)硼氫化物選擇硼氫化鈉時(shí)，稱(chēng)取硼氫化鈉固體1.5g，氫氧化鈉0.1075g，配置成8.505ml水溶液，此時(shí)PH為13.5，硼氫化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.833％，制備好的泡沫鎳載釕催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％。先將泡沫鎳載釕催化劑固定在反應(yīng)區(qū)容器頂端，然后打開(kāi)導(dǎo)氣管閥門(mén)，再將反應(yīng)料從儲(chǔ)料區(qū)容器上的進(jìn)料口加入，加入到的儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管進(jìn)入反應(yīng)區(qū)容器后，蓋上儲(chǔ)液區(qū)容器上端的蓋子；加入的反應(yīng)料與反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的催化劑接觸，產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣通過(guò)導(dǎo)氣管通往燃料電池，供應(yīng)外需。
設(shè)置儲(chǔ)料區(qū)1(容積40ml)和反應(yīng)區(qū)2(容積40ml)為兩個(gè)密閉容器，兩密閉容器通過(guò)導(dǎo)液管4來(lái)接通，儲(chǔ)料區(qū)1內(nèi)的反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管4進(jìn)入反應(yīng)區(qū)容器2，導(dǎo)氣管6連通反應(yīng)區(qū)2，垂直穿過(guò)儲(chǔ)料區(qū)1，外接燃料電池。
反應(yīng)區(qū)2的上底和儲(chǔ)料區(qū)1的下底分別有蓋子密封，蓋子上分別有進(jìn)料口和出料口，用以加入反應(yīng)料和移出反應(yīng)產(chǎn)物。反應(yīng)區(qū)2頂部有固定泡沫鎳催化劑的夾子，用以固定催化劑，更換催化劑。兩密閉容器通過(guò)隔板隔離，隔板上有導(dǎo)液管4和導(dǎo)氣管6，導(dǎo)液管傳輸反應(yīng)料，導(dǎo)氣管導(dǎo)出產(chǎn)生的氫氣。兩密閉容器上下放置。
實(shí)施例1關(guān)閉導(dǎo)氣管出氣口的閥門(mén)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的壓力就會(huì)增大，為了保持兩容器內(nèi)的壓力平衡，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管被壓回到儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)，這樣迫使反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)液面下降，直到與催化劑脫離，反應(yīng)停止不再有氫氣生成。此時(shí)大部分反應(yīng)料儲(chǔ)存在儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)，裝置內(nèi)的氣壓將大于外界氣壓，記錄反應(yīng)停止時(shí)的平衡壓力為0.181Mpa。記錄壓力隨時(shí)間的變化如圖2。
實(shí)施例2當(dāng)需要?dú)錃鈺r(shí)候，打開(kāi)導(dǎo)氣管閥門(mén)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的氫氣被放出，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的氣壓就減少，這樣儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的氣壓就大于反應(yīng)區(qū)容器的氣壓，那么儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的反應(yīng)料就又被壓回反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)液面就會(huì)升高與催化劑接觸，在催化劑的催化作用下又產(chǎn)生氫氣，供應(yīng)外需。而反應(yīng)生成的氫氣速率與催化劑和反應(yīng)料接觸的量有關(guān)，隨著反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)液面的升高，與催化劑接觸的量就越大，生成氫氣的速率就越快，直到氫氣的生成速率與外界需求速率相同時(shí)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)液面不再升高時(shí)，兩容器間的壓力達(dá)到平衡，反應(yīng)將會(huì)穩(wěn)定的進(jìn)行下去，直到外界需求氫氣的量發(fā)生變化時(shí)，容器內(nèi)液面才會(huì)變化，反應(yīng)速率才會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化；當(dāng)導(dǎo)氣管閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，發(fā)生的過(guò)程就會(huì)重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)硼氫化物水解制氫的即時(shí)自控供氫方法，將泡沫鎳載釕催化劑固定在反應(yīng)區(qū)容器頂端，其特征在于，打開(kāi)導(dǎo)氣管閥門(mén)時(shí)，將反應(yīng)料從儲(chǔ)料區(qū)容器上的進(jìn)料口加入，加入的儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管進(jìn)入反應(yīng)區(qū)容器后，蓋上進(jìn)料口的蓋子，加入的反應(yīng)料與反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)的催化劑接觸，產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣由導(dǎo)氣管通往燃料電池；當(dāng)儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的壓力大于燃料電池內(nèi)氫氣的壓力時(shí)，或關(guān)閉導(dǎo)氣管閥門(mén)時(shí)，反應(yīng)區(qū)容器內(nèi)反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管被壓回到儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)，減少反應(yīng)料與催化劑接觸的量，從而控制反應(yīng)壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)硼氫化物水解制氫的即時(shí)自控供氫方法，其特征在于，反應(yīng)料以固體形式或以液體的形式加入，催化劑循環(huán)多次使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)硼氫化物水解制氫的即時(shí)自控供氫方法，其特征在于，在反應(yīng)區(qū)容器里安裝溫度傳感器和壓力傳感器。
4.為實(shí)施權(quán)利要求1的即時(shí)自控供氫裝置，其特征在于，設(shè)置儲(chǔ)料區(qū)(1)和反應(yīng)區(qū)(2)為兩個(gè)密閉容器，兩密閉容器通過(guò)導(dǎo)液管(4)來(lái)接通，儲(chǔ)料區(qū)(1)內(nèi)的反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管(4)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)容器(2)，導(dǎo)氣管(6)連通密閉容器(2)，垂直穿過(guò)密閉容器(1)，外接燃料電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的即時(shí)自控供氫裝置，其特征在于，上述密閉容器(2)的上底和密閉容器(1)的下底分別有蓋子密封，蓋子上分別有進(jìn)料口和出料口。
6.根據(jù)權(quán)利要求4、5所述的即時(shí)自控供氫裝置，其特征在于，上述密閉容器(2)的頂部有固定泡沫鎳催化劑的部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5所述的即時(shí)自控供氫裝置，其特征在于，上述兩密閉容器通過(guò)隔板隔離，隔板上有導(dǎo)液管(4)和導(dǎo)氣管(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5所述的即時(shí)自控供氫裝置，其特征在于，上述兩密閉容器的放置方式是上下放置或是左右放置。
全文摘要
一種化學(xué)硼氫化物水解的即時(shí)自控供氫方法及裝置，涉及水解制氫以及與燃料電池聯(lián)用。該方法是利用裝置內(nèi)部?jī)扇萜鏖g的氫氣壓力差的作用，使反應(yīng)料在裝置內(nèi)的兩容器間流動(dòng)，調(diào)節(jié)反應(yīng)料與催化劑的接觸量，從而來(lái)控制氫氣的產(chǎn)生的速率和氫氣壓力。由于裝置內(nèi)部的氣壓可以隨外部氫氣的需求速率變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)該裝置根據(jù)外部氫氣的需求量來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)氫氣的生成速率，達(dá)到即時(shí)自控供氫目的。該方法是在密閉兩容器內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)液管來(lái)接通，兩密閉容器分別是反應(yīng)區(qū)容器和儲(chǔ)料區(qū)容器，儲(chǔ)料區(qū)容器內(nèi)的反應(yīng)料通過(guò)導(dǎo)液管進(jìn)入反應(yīng)區(qū)容器后，在催化劑催化作用下產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣再由導(dǎo)氣管通往燃料電池。本發(fā)明簡(jiǎn)便實(shí)用，安全易控，可以根據(jù)需求即時(shí)自控供氫。
文檔編號(hào)B01J23/46GK101049907SQ20071009915
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者王新東, 程杰 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)