專利名稱：化學(xué)氫化物貯氫材料體系的制氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
化學(xué)氬化物貯氫材料體系的制氫裝置
本實(shí)用新型涉及化學(xué)氪化物貯氬材料體系與制氳技術(shù)，具體為堿金屬或堿土 金屬硼氫化物貯氬材料體系的制氫裝置。
發(fā)展高性能貯氫系統(tǒng)為氫燃料電池車及^^種軍用、民用移動(dòng)電源^是供氫源
是氫能應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在各種貯氫方式中，材料基貯ii^安全性、貯氫密度方
面顯著優(yōu)于高壓氣弁l^"氐溫液氫，被公認(rèn)為最具^JL前景。但經(jīng)過多年研究，目
前尚無一種可逆貯氬材料能夠滿足車載貯氫系統(tǒng)在重量/體積貯氫密度、操作溫 度、吸/放氮速率等方面的綜合要求，因而發(fā)展非可逆系統(tǒng)成為目前貯氫材料領(lǐng)域 的研究熱點(diǎn)。
不同于可逆系統(tǒng)利用固^A應(yīng)實(shí)現(xiàn)可逆充y放氫，非可逆貯氬材^Ht過催化水 解(或固氣)^i制氬，通過化工過程完成氬化物再生，因而也稱為化學(xué)氬化物。 由刊爭(zhēng)放氫與充氫兩個(gè)環(huán)節(jié)分離開來，化學(xué)貯iU及大地P爭(zhēng)低了開發(fā)實(shí)用化貯氫系 統(tǒng)的技術(shù)難度，在現(xiàn)階段更Jl^應(yīng)用可行性。
典型的化學(xué)氫化物的水解制氪反應(yīng)可由(1)式表示<formula>formula see original document page 3</formula>(1)其中M代束堿金屬或堿土金屬，X為1或2?；瘜W(xué)貯氬的優(yōu)點(diǎn)在于高貯氮容量 .室溫制氫、氫氣生成速率可控、操作安全。目前已有多家國(guó)外公司推出了化學(xué) 貯氬原型裝置，其設(shè)計(jì)原理為在化學(xué)氫化物水溶液中加入NaOH堿液穩(wěn)定劑以 提高其貯存穩(wěn)定性，在需要制氫時(shí)采用連續(xù)流動(dòng)方式將反應(yīng)液注AJ^室與催化 劑接觸，催化水解制得的氫氣與液相分離、收集后應(yīng)用。此方式裝置簡(jiǎn)單、安全 性高，但存在如下缺點(diǎn)
(1) 添加堿液穩(wěn)定劑會(huì)減緩7jC解反應(yīng)速率，并P務(wù)低系統(tǒng)制氫量；
(2) 添加堿液會(huì)破壞催化劑/載體結(jié)構(gòu)、降低負(fù)載牢固度，it^催化劑損失；
(3) 連續(xù)水解^過程中7jc解產(chǎn)物難以及時(shí)有效去除，將^^催化劑表面導(dǎo)致 催化活性降低、水解反應(yīng)不完全，降低系統(tǒng)實(shí)際貯氫容量；
(4) 連續(xù)式供^Ht成貯氫系統(tǒng)無法根據(jù)終端的用氫需求變化作出快速響應(yīng)。 這些缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了化學(xué)氬化物貯氬技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。皿實(shí)用化的化學(xué)氮技術(shù) 需要從系統(tǒng)構(gòu)成與裝置設(shè)計(jì)方面加以根本變革。
實(shí)用 內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型化學(xué)氯化物貯氫體系的制氬裝置，用于 高效、安全貯氫與即時(shí)供氫。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是
化學(xué)氬化物貯氮材料體系的制氳裝置，包括貯料器、水箱、〉'財(cái)牛器、泵、 反應(yīng)器、緩存器及收集器，貯料器和水箱分別通過管路與混料器相通，混料器通 過管路與録器相通，^Z器內(nèi)設(shè)催化劑，^器分別與緩存器和收集器相連。
化學(xué)氮化物與7K在^前分別貯存，在需要制氫時(shí)分別定量投料，化學(xué)氯化 物粉體與水在^浙器中通過挽4衫豆時(shí)間內(nèi)^^均勻，由泵提供給^器，在預(yù)置 催化劑的^I室內(nèi)發(fā)生水解反應(yīng)制取氫氣。反應(yīng)結(jié)束后，^室內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物水 溶液^卩排》t^收集器，F(xiàn)話依用氫需要實(shí)施下一次投津轉(zhuǎn)'J氬，整個(gè)過程可通過 信號(hào)采集、程序控制自動(dòng)完成。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于
1.本實(shí)用新型所提供的化學(xué)氬化物制氫裝置具有響應(yīng)時(shí)間快、供氬速率快 等特征，并可根據(jù)終端的用氫需求自動(dòng)調(diào)節(jié)制氫過程，為車載貯氫及各種移動(dòng)電 源才是供了實(shí)用化的貯氬纟支術(shù)與裝置。
附困說明


圖1 NaOH濃度對(duì)體系制氫量及制氬速率的影響。
圖2催化劑量對(duì)體系制氫量及制氳速率的影響。
圖3催化劑用量為0.3克(5%重量比)時(shí)，NaBH4濃度對(duì)體系制氫量及制
氳速率的影響。
圖4添加10。/oNaOH情況下水解循環(huán)次數(shù)及催化劑清洗處理對(duì)體系制氳量
的影響。
圖5未添加NaOH情況下水解循環(huán)次數(shù)及催化劑清洗處S^f體系制氫量的影響。
圖6 UBhU濃度對(duì)體系制氬量的影響。
圖7以擔(dān)載于活性炭載體上的C02B粉為催化劑時(shí)，室溫^^牛下NaBH4水解 制氫量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖線。
圖8化學(xué)氬化物水解制氫裝置簡(jiǎn)圖。圖中，1、貯料器；2、水箱；3、閥； 4、〉'財(cái)牛器；5、閥；6、泵；7、催化劑；8、碧器；9、壓力表；10、安全閥； 11、緩存器；12、收集器；13、閥。
糾實(shí)齢式
如圖8所示，本實(shí)用新型制氫裝置由貯料器1、水箱2、；融牛H4、泵6、反應(yīng) 器8、緩存器11及收集器12構(gòu)成；貯料器1通過設(shè)有閥3的管路送至';融十H4，水箱 2通過設(shè)有閥5的管路與)'紹+l!4相通，原料(化學(xué)氬化物)在';財(cái)十器4內(nèi)充分?jǐn)嚢?> ^均勻后，由泵6送至^I器8內(nèi)，^器8內(nèi)設(shè)催化劑7，反應(yīng)器8分別與緩存 器11和收集器12相連，緩存器11上設(shè)有壓力表9和安全閥10，收集器12出口設(shè)有 閥3,其中緩存器的功能在于提高系統(tǒng)的供氫能力，實(shí)現(xiàn)即時(shí)供氫并減小氫氣壓 力波動(dòng)?；瘜W(xué)氬化物與水在^前分別貯存，在需要制氫時(shí)分別定量投料，貯料 器提^4分體的定量范圍在0.01-lA/秒，水量的定量范圍在0.05-5毫升/秒，制氬速 率范圍為0.003-3升/秒，化學(xué)氫化物粉體與水在〉'敘+器中通過攪拌在數(shù)秒至1分鐘 內(nèi)fA均勻，由泵提供給^i器，在預(yù)置催化劑的^S室內(nèi)發(fā)生水解反應(yīng)制取氫 氣；^結(jié)束后，^室內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物7jc溶液^財(cái)非放至收集器，F(xiàn)g依需要實(shí) 施下一次投料制氯。制氬周期為10-20分鐘；制氫間隔時(shí)間為10秒-5分鐘。
以下通過實(shí)施例詳述本實(shí)用新型，所涉及到的加入量、純度和濃度均按重量 比計(jì)。
比較例1
以NaBH4、 H20、 NaOH為反應(yīng)原料，Ru為催化劑，717陰離子交換樹脂為 催化劑載體，其中NaBH4純度為96。/。，粒徑約0.1毫米，用量0.5克；^〇采用去
離子水，用量5毫升；NaOH純度為98Q/o;催化劑在載體上的擔(dān)載率約5。/。重量百 分比，粒徑約0.45毫米，催化劑采用不銹鋼網(wǎng)作包裝體，其網(wǎng)孔約為0.33毫米。 NaBH4濃度為20。/。， NaOH濃度分別為0、 5%、 10%、 20%,催化劑用量為0.3 克，占貯氬材料體系總重量的約5%。采用體積法測(cè)試材料的制IU4率及制氬量， 實(shí)驗(yàn)測(cè)試在23。C, 1atm壓力下進(jìn)行。
圖1給出了NaOH用量對(duì)體系制tii率及制氫量的影響。隨NaOH用量增加， 制氳速率及放氫量均減少。
實(shí)施例1
采用原料中無NaOH,其余原料及測(cè)試方法、測(cè)試條件同比較例1。催化劑用 量為0.1-0.5克，占貯氬材料體系總重量的2-9%。
圖2給出了催化劑用量對(duì)體系制氯量及制組率的影響。隨催化劑用量的增 加，制氬量及制氬速率均提高。
實(shí)施例2
采用原料及測(cè)試方法、測(cè)試條件同實(shí)施例1。 NaBhMc溶液濃度為 NaBH4:H20=1:1-1:10。催化劑用量0.3克，占貯氪材料體系總重量的5%。
圖3給出了NaBH4濃度對(duì)體系制氳量及制feit率的影響。隨NaBH4濃度增大， 體系制氫量及制IUi率首先增加，當(dāng)想'j1:5時(shí)iiiU最佳，繼續(xù)增大NaBH4濃度導(dǎo)
致制氳速率降低。
比較例2
采用原剩-及測(cè)-汰方法、測(cè)試務(wù)陣同比較例1， NaOH濃度為100/0。圖4給出了 添加10。/oNaOH情況下水解循環(huán)次數(shù)及催化劑清洗處5對(duì)寸體系制氯量的影響。對(duì) 于添加10o/oNaOH穩(wěn)定劑的材料體系，制氬量隨循環(huán)次數(shù)增加逐步衰減，催化劑 清洗處理可在一定程度上減緩制氫量衰減。
實(shí)施例3
采用原料及測(cè)試方法、測(cè)試^^牛同實(shí)施例1。圖5給出了未添加NaOH情況下 水解循環(huán)次數(shù)及催化劑清洗處理對(duì)體系制氫量的影響。對(duì)于未添加NaOH的材料
體系，制氬量隨循環(huán)次數(shù)增加大體穩(wěn)定，催化劑清洗處理可進(jìn)一步提高放氬量穩(wěn) 定性。
實(shí)施例4
以L舊H4、 H20為反應(yīng)原料，L舊H4純度為96。/。，粒徑約0.1毫米，添加量為0.2 克。催化劑/載體及測(cè)試方法、測(cè)試^^牛同比較例1。圖6給出了UBH4濃度對(duì)體系 制氫量的影響。隨UBH4濃度增大，體系制氫量首先增加，當(dāng)&'』40%時(shí)達(dá)到最 高值，繼續(xù)增大L舊H4濃度導(dǎo)致制氫量降低。
實(shí)施例5
以NaBHU、 H20為^I原料，原料^f牛及添加量同比較例1。催化劑為擔(dān)載于 活性炭載體上的C02B粉，C02B粉粒徑約1-5微米，催化劑在載體上的擔(dān)載率為 10%重量百分比。催化劑用量為0.3克，占貯氬材#牛體系總重量的約5%。催化劑 采用不#4岡網(wǎng)作包裝體，其網(wǎng)孔約為0.1毫米。測(cè)試方法、測(cè)試條件同比4交例1。 圖7給出了以擔(dān)載于活性炭載體上的0)2已粉為催化劑時(shí)，室溫^^牛下NaBH4水解 制氬量與>^應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖線。
權(quán)利要求1.化學(xué)氫化物貯氫材料體系的制氫裝置，其特征在于裝置由貯料器(1)、水箱(2)、混料器(4)、泵(6)、反應(yīng)器(8)、緩存器(11)及收集器(12)構(gòu)成；貯料器(1)通過管路與混料器(4)相通，水箱(2)通過管路與混料器(4)相通，混料器(4)通過管路與反應(yīng)器(8)相通，反應(yīng)器(8)內(nèi)設(shè)催化劑(7)，反應(yīng)器(8)分別與緩存器(11)和收集器(12)相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及化學(xué)氫化物貯氫材料體系與制氫技術(shù)，具體為堿金屬或堿土金屬硼氫化物貯氫材料體系的制氫裝置，用于高效、安全貯氫與即時(shí)供氫，裝置由貯料器、水箱、混料器、泵、反應(yīng)器、緩存器及收集器構(gòu)成；貯料器通過管路與混料器相通，水箱通過管路與混料器相通，混料器通過管路與反應(yīng)器相通，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)催化劑，反應(yīng)器分別與緩存器和收集器相連。本實(shí)用新型所提供的化學(xué)氫化物制氫裝置響應(yīng)時(shí)間快、供氫速率快，并可根據(jù)終端的用氫需求自動(dòng)調(diào)節(jié)制氫過程，為車載貯氫及各種移動(dòng)電源提供了實(shí)用化的貯氫技術(shù)與裝置。
文檔編號(hào)C01B3/06GK201046911SQ20062016883
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者紅 劉, 成會(huì)明, 平 王 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所