專利名稱：一種利用金屬納米顆粒制氫的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用金屬納米顆粒制氫的方法和設(shè)備，屬于清潔能源制備技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景氫不但是最環(huán)保和最淸潔的能源，而且在自然界的存量及其豐富。氫可以再生氫由化 學(xué)反應(yīng)放出電能(或熱能)并生成水，而水又可轉(zhuǎn)化成氫和氧。但是，由于氫的生產(chǎn)和運(yùn)輸 成本都很高，因此，氫能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能推廣應(yīng)用。制氫途徑主要包括用水制氫，化石能源制氫，以及生物質(zhì)制氫等。由于化石原料在地球 上已經(jīng)瀕臨枯竭，而生物質(zhì)能源牽涉到與人類爭(zhēng)奪賴以生存的有限的土地資源和農(nóng)產(chǎn)品而受 到制約，相比之下，用水制氫具有光明的前景。目前，用水制氫的方法包括電解水制氫、熱化學(xué)制氫和高溫?zé)峤馑茪洹Ｆ渲须娊馑茪湎碾娏刻螅苛⒎矫讱錃怆姾臑?.5-5.5kwh左右，不具備開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值； 高溫?zé)峤馑茪涞牟僮鳒囟忍?通常在3000k以上)，因此在熱源、材料和氫與氧的 分離等方面存在很多問(wèn)題，目前也不具備開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值；熱化學(xué)制氫是指在水系統(tǒng)中， 在不同溫度下，經(jīng)歷一系列不同但又相互關(guān)聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)，最終將水分解為氫氣和氧 氣的過(guò)程。過(guò)程僅消耗水和一定熱量，反應(yīng)均可在較低的溫度(1073k-1273k)下進(jìn)行。 因此，熱化學(xué)制氫能耗低，能夠大規(guī)模生產(chǎn)，可以工業(yè)化應(yīng)用。中國(guó)專利局2006年11月1日公開(kāi)了一種利用金屬鋅制氫的方法，名稱為電化 學(xué)鋅-水制氫和儲(chǔ)氫方法，公開(kāi)號(hào)為CN1854063。它是一種由析氣電極-電解質(zhì)-鋅電 極組成的封閉系統(tǒng)，析氣電極和鋅電極均與外電路連接，制氫和儲(chǔ)氫都需要外電路供 電。該發(fā)明雖然操作簡(jiǎn)單，但產(chǎn)氫率太低，因?yàn)樗姆磻?yīng)只能發(fā)生在鋅電極的表面， 降低了材料利用率，因而不可能工業(yè)化生產(chǎn)。美國(guó)專利局1985年1月29日公開(kāi)了一 種將鋅蒸氣與水蒸氣直接反應(yīng)得到氧化鋅和氫氣的方法，公開(kāi)號(hào)為4496370。但這種 反應(yīng)是非均質(zhì)的和非均勻的，鋅顆粒和氧化鋅顆粒容易沉積在反應(yīng)器的器壁上，從而 降低了氫的產(chǎn)出率。歐洲專利局2005年12月14日和2005年12月15日分別公開(kāi)了 一種生產(chǎn)氫氣和氨氣的方法和設(shè)備以及一種能夠同對(duì)生產(chǎn)氫氣或氨氣和金屬氧化物納米顆粒的方法和 設(shè)備，公開(kāi)號(hào)分別為EP1604947和Wo2005118465，相關(guān)內(nèi)容也可見(jiàn)文獻(xiàn)Internationa]Journal of Hydrogen Enenrgy， 2006， 31: 55-61。引人注目的是，這是兩項(xiàng)首次涉及利 用納米鋅制氫的專利。其方法是先將大塊鋅在1023K-1073K的溫度下汽化，再將鋅 蒸汽在氬氣保護(hù)下與水蒸汽同時(shí)通入反應(yīng)器中，然后以5000K/s的速度使反應(yīng)器中的 物質(zhì)快速冷凝，從而得到顆粒尺度大約為69納米的鋅顆粒，這些納米鋅顆粒原位在容 器中與進(jìn)入的水蒸汽發(fā)生反應(yīng)而得到氫和氧化鋅。由于納米顆粒比表面積很大，反應(yīng) 幾乎是完全的。同時(shí)，大的比表面積使得反應(yīng)速率加快，強(qiáng)化了傳熱和傳質(zhì)過(guò)程，能 夠獲得較高的氫氣產(chǎn)出率。但是，1023K-1073K的汽化溫度和5000K/s的冷卻速度無(wú)疑 將造成很高的能量消耗，降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用價(jià)值，另一方面，從反映器的 結(jié)構(gòu)來(lái)看，由于必須使反應(yīng)器冷卻到一定的溫度才能得到納米顆粒，流體通過(guò)反映器 是相對(duì)緩慢的，而且是一次性的，即不能回流，加上顆粒尺度較大，因此，反應(yīng)不可 能完全，反應(yīng)速度也較慢。涉及利用金屬鋅制氫的方法還有液態(tài)鋅制氫，相關(guān)內(nèi)容見(jiàn)文獻(xiàn)International Journal of Hydrogen Enenrgy, 2000， 25: 957-967。顯然，這種方法首先需要將大塊鋅在 大約500"C的溫度下熔化成液態(tài)，能耗也很髙。同時(shí)，向反應(yīng)器屮連續(xù)輸入液態(tài)鋅和從反映器 中連續(xù)輸出副產(chǎn)物氧化鋅都是很困難的，因此，該技術(shù)缺乏操作性和實(shí)用性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出的一種利用金屬納米顆粒制氫的方法和設(shè)備，目的是克服現(xiàn)有技術(shù)制氫技術(shù) 的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)包括(1)材料利用率太低，反應(yīng)只能發(fā)生在金屬電極的表面；(2) 鋅蒸氣與水蒸氣直接反應(yīng)，反應(yīng)是非均質(zhì)和非均勻的，制氫率低，金屬或金屬氧化物 顆粒容易沉積在反應(yīng)器的器壁上；(3)雖然利用納米鋅制氫，但納米鋅是通過(guò)高溫蒸 發(fā)和快速冷凝制取的，造成很高的能量消耗。另外，流體通過(guò)反應(yīng)器是相對(duì)緩慢的， 一次性的，不能回流，因此，反應(yīng)不可能完全，反應(yīng)速度較慢；(4)利用液態(tài)鋅制氫， 不但能耗高，而且向反應(yīng)器中連續(xù)輸入液態(tài)鋅和從反應(yīng)器中連續(xù)輸出副產(chǎn)物氧化鋅都是很困 難的，缺乏操作性和實(shí)用性。利用金屬制氫技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于如何降低反應(yīng)溫度(即降低能耗)，提高生產(chǎn)效率。 毫無(wú)疑問(wèn)，納米材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用為制氫技術(shù)的發(fā)展注入了強(qiáng)大的動(dòng)力，能夠大幅度提高產(chǎn) 物的產(chǎn)率，但一般來(lái)說(shuō)，納米材料制備的本身就可能產(chǎn)生很高的能耗，比如上述的包含有利 用高溫蒸發(fā)和快速冷凝制備金屬納米顆粒的發(fā)明。由此可見(jiàn)，控制納米制備過(guò)程的能耗對(duì)于 制氫技術(shù)來(lái)說(shuō)具有源頭節(jié)能和創(chuàng)新的意義。另一方面，反應(yīng)器技術(shù)本身也對(duì)制氫的效率具有重要影響。因此，本發(fā)明提出一種利用金屬納米顆粒制氫的方法和設(shè)備，它是在已經(jīng)授權(quán)的國(guó)家發(fā)明專利"滾壓振動(dòng)磨機(jī)"(專利號(hào)ZL 99112092.2;授權(quán)日2003年6月18日。發(fā)明人王樹(shù)林)上，在室溫條件下，采用"一種用于制造單晶納米結(jié)構(gòu)的振動(dòng)滾壓法"(申請(qǐng)?zhí)?00510030647. x，發(fā)明人王樹(shù)林)，先將金屬材料以低成本、低消耗和大批量制成納米顆粒，然后在反應(yīng)器中經(jīng)化學(xué)反應(yīng)制出氫氣。一種利用金屬納米顆粒制氫的方法，采用"一種用于制造單晶納米結(jié)構(gòu)的振動(dòng)滾壓法"，在"滾壓振動(dòng)磨機(jī)"上實(shí)施金屬納米顆粒的加工制造；然后將IO納米以下的金屬納米顆粒和 水蒸氣分別由惰性氣體攜帶直接進(jìn)入旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器，在25(TC以下溫度進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，制取氫氣并收集至氫氣收集器，較粗的金屬顆粒物從下部排出旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器，金屬氧化物由靜 電除塵器收集，惰性氣體可循環(huán)使用。所述的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器中的流場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的多相紊流流場(chǎng)，流場(chǎng)內(nèi)部有眾多旋渦。所述的金屬納米顆粒和水蒸氣分別由惰性氣體攜帶直接進(jìn)入旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器，它們是在 不同位置、以不同速度，分別沿順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较蛲瑫r(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的，從而使兩束載 流體產(chǎn)生加速度，并發(fā)生碰撞與充分混合，使金屬發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣在反應(yīng)器中形 成中心氣柱，與惰性氣體及金屬氧化物顆粒之間形成分離層，氫氣通過(guò)反應(yīng)器頂部中心的雙 層管的內(nèi)管輸出，惰性氣體及金屬氧化物顆粒通過(guò)反應(yīng)器頂部中心的雙層管的外管輸出。所述的金屬納米顆?？梢允卿\、鐵、鋁、鈦、鎂、鋯。所述的惰性氣體可以是氬氣。所述的金屬納米顆?？梢允卿\，其粒徑在3-5納米。一種利用金屬納米顆粒制氫的設(shè)備，包括帶有保溫層的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器、冷凝器、氫氣 收集器、干燥器、靜電除塵器和引風(fēng)機(jī)，其特征在于旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的上部為柱體，下部 為錐體，在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的器壁上分別開(kāi)有金屬納米顆粒物入口和水蒸氣入口，錐體底部 開(kāi)有粗顆粒物出口，在柱體頂部中心處連接有雙層管，雙層管內(nèi)管為氫氣出口管，雙層管外 管為金屬氧化物和惰性氣體出口管，雙層管內(nèi)管通過(guò)管道經(jīng)閥門(mén)依次與冷凝器和氫氣收集器 串聯(lián)連接；雙層管外管通過(guò)管道經(jīng)閥門(mén)依次與冷凝器、干燥器、靜電除塵器和引風(fēng)機(jī)與金屬 納米顆粒物入口串聯(lián)連接。所述的金屬納米顆粒物入口和水蒸氣入口，是在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的不同位置與反應(yīng)器器 壁相切，并分別沿順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较虿贾?。本發(fā)明本方法的第一步是在滾壓搌動(dòng)磨機(jī)上，利用振動(dòng)滾壓法在干法室溫狀態(tài)下批量制 備金屬納，?；蚣{米結(jié)構(gòu)，這種納米顆粒的尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有的通過(guò)高溫蒸發(fā)和快速冷凝得到的產(chǎn)物，制備的納米顆粒的尺度一般在10納米以下，比如金屬鋅的粒度為3-5納米，而且是單晶的，透明的，均勻的，隨機(jī)取向的，幾乎等軸的，大部分無(wú)缺陷(見(jiàn)王樹(shù)林等，Nanostructural evolution of Zn by dry roller vibration milling at room temperature, Progress in Natural Science, 2006, 16 (4): 441-444)，就制氫而言，這種顆粒尺度是 目前最小的。由于比表面積迅速增大，這些納米量子點(diǎn)為進(jìn)一步降低反應(yīng)溫度、提高反應(yīng)速 率和實(shí)現(xiàn)完全反應(yīng)提供了更為可靠的保證，初步實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的反應(yīng)溫度在250。C以下， 進(jìn)一步降低反應(yīng)溫度的空間還有很大。從另一方面看，每產(chǎn)出150克這種納米顆粒，電耗只 有1千瓦，如果按照材料完全參加反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，每制備1立方米氫氣，本過(guò)程的能耗大約 只有現(xiàn)有同類技術(shù)的十分之一，考慮到較粗顆粒不可能完全反應(yīng)，這種節(jié)能的估算是偏于保 守的。本發(fā)明的第二步是將尺度在10納米以下的金屬顆粒用惰性氣體攜帶沿旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器器 壁的切線方向順時(shí)針從一個(gè)入口以較低的速度送入旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器，同時(shí)，載有水蒸汽的惰 性氣體沿旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器器壁的切線方向逆時(shí)針從另一個(gè)入口以較高的速度進(jìn)入旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反 應(yīng)器，兩束載流氣體產(chǎn)生加速度，并發(fā)生碰撞與充分混合，使金屬發(fā)生水解反應(yīng)。旋轉(zhuǎn)流場(chǎng) 反應(yīng)器中的溫度控制在25(TC以下，在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器中產(chǎn)出氫氣和金屬氧化物，由于氫氣在 所有已知的元素中最輕，它的原子量通常比惰性氣體小數(shù)十倍，因而在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)中處于中心 部位，形成中心氣柱，并與惰性氣體及金屬顆粒之間形成自然分離，使得在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器 中將氫氣與惰性氣體及金屬氧化物分離開(kāi)成為可能，即從旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器頂部的雙層管內(nèi)管 取走氫氣，從雙層管外管取走惰性氣體及金屬氧化物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是納米金屬材料的制作采用機(jī)械方法，在正常室溫下進(jìn)行， 加工制作過(guò)程高效節(jié)能，由于金屬顆粒的粒度僅為3-5納米，因此在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器中，在 250°C以下反應(yīng)完全、反應(yīng)溫度低，能耗消耗少，制取氫氣率高，不會(huì)使顆粒沉積于反應(yīng)器壁 表面，制氫過(guò)程無(wú)污染，易于工業(yè)化應(yīng)用。


附圖是本發(fā)明一種利用金屬納米顆粒制氫的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖。1.旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器，2.冷凝器，3.氫氣收集器，4.粗顆粒物出口， 5.干燥器，6.靜電除塵器，7.引風(fēng)機(jī)，8.納米金屬顆粒入口， 9.水蒸汽入口， 10.雙層管外管，11.雙層管內(nèi)管。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明選用金屬鋅粉為原料制取氯氣。惰性氣體采用氬氣。一種利用金屬納米顆粒制氫的設(shè)備，包括帶有保溫層的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器l、冷凝器2、氫 氣收集器3、干燥器5、靜電除塵器6和引風(fēng)機(jī)7，其特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器1的上部為柱 體，下部為錐體，納米金屬顆粒入口 8在柱體的器壁上沿器壁的切線方向順時(shí)針布置，水蒸 氣入口 9在錐體的器壁上沿器壁切線方向逆時(shí)針布置，錐體底部開(kāi)有粗顆粒物出口 4，在柱體 頂部中心處連接有雙層管，雙層管內(nèi)管11為氫氣出口管，雙層管外管IO為金屬氧化物和惰 性氣體出口管，雙層管內(nèi)管通過(guò)管道經(jīng)閥門(mén)依次與冷凝器2和氫氣收集器3串聯(lián)連接；雙層 管外管通過(guò)管道經(jīng)閥門(mén)依次與冷凝器2、干燥器5、靜電除塵器6和引風(fēng)機(jī)7與納米金屬顆粒 入口 8串聯(lián)連接。利用金屬納米顆粒制氫的方法是1. 首先將鋅粉放入"滾壓振動(dòng)磨機(jī)"，在室溫下，采用"一種用于制造單晶納米結(jié)構(gòu)的振動(dòng) 滾壓法"，對(duì)金屬鋅粉實(shí)施金屬納米顆粒的加工制造，金屬納米顆粒粒徑在10納米以下， 最好在3-5納米之間。2. 將旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器l加溫，當(dāng)溫度達(dá)到要求后，同時(shí)打開(kāi)納米金屬顆粒入口8和水蒸汽入 口9的閥門(mén)，將3-5納米的金屬納米顆粒和水蒸氣分別由氬氣氣體攜帶，由納米金屬顆粒 入口8和水蒸汽入口9，直接進(jìn)入旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器l,由于納米金屬顆粒入口8和水蒸氣入 口 9分別設(shè)計(jì)在沿旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的器壁的不同位置、與旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器器壁相切、順時(shí) 針和逆時(shí)針?lè)较虿贾?，所以向反?yīng)器通入的攜帶納米金屬顆粒和攜帶水蒸汽的兩股載流氬 氣，在反應(yīng)器中產(chǎn)生加速度并發(fā)生碰撞，形成旋轉(zhuǎn)的紊流流場(chǎng)，并形成眾多旋渦，使納米 顆粒與水分子能夠充分混合和接觸，在250。C以下溫度，即可發(fā)生金屬的水解反應(yīng)，并產(chǎn)出 氫氣。由于氫氣的原子質(zhì)量比惰性氣體及金屬顆粒的原子質(zhì)量小很多，在慣性力的作用下， 產(chǎn)出的氣氣會(huì)集中在反應(yīng)器的中心，形成中心氣柱，并向上溢出，與惰性氣體和金屬顆粒 物分離。3. 在雙層管內(nèi)管11出口處可設(shè)置一透明膠管，其中放置有氧化銅試劑，如果氧化銅由黑變 紅，則銅已經(jīng)還原，說(shuō)明氫氣已經(jīng)產(chǎn)出，此時(shí)，打開(kāi)雙層管內(nèi)管11的閥門(mén)，以及氫氣收 集器3的閥門(mén)，氫氣經(jīng)過(guò)冷凝器2冷卻后，進(jìn)入氫氣收集器3儲(chǔ)存，而冷凝器中產(chǎn)生的水 可從冷凝器的下部出口排出并回收利用。另一方面，在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器內(nèi)部壓力和引風(fēng)機(jī)的共同作用下，攜帶金屬氧化物顆粒的氬氣將從雙層管外管10進(jìn)入冷凝器2、干燥器5和 靜電除塵器6，分別得到冷卻、干燥和氣固分離，分離后的金屬氧化物顆粒得到收集，而 氬氣將根據(jù)需要，可以再次作為載流體經(jīng)由引風(fēng)機(jī)的出口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的納米金屬 顆粒入口8。從冷凝器2析出的水可從下部出口排出并回收利用。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果混有較大的固體粗顆粒，則將從旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器1下部的粗顆粒物出口 4排出并回收利用。 本發(fā)明可制備的金屬納米顆粒除了鋅之外，還可以是鐵，鋁，鈦，鎂，鋯，等，顆粒尺 度一般不超過(guò)io納米。與現(xiàn)有發(fā)明和技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是-a) 生產(chǎn)成本低，效率高，大幅度節(jié)能降耗，具有光明的應(yīng)用前景。b) 反應(yīng)進(jìn)行的完全徹底，反應(yīng)速度更快。這是因?yàn)楸景l(fā)明的反應(yīng)器屮的流場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的紊 流流場(chǎng)，并形成眾多旋渦，使納米顆粒與水分子能夠充分混合和接觸，而且顆粒粒徑 比現(xiàn)有技術(shù)小很多。c) 本技術(shù)的副產(chǎn)物 一 納米氧化鋅是重要的納米半導(dǎo)體材料，可用于納米器件(如氣敏 傳感器，薄膜晶體管等)開(kāi)發(fā)。d) 本發(fā)明的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生任何污染物，具有工業(yè)化應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1. 一種利用金屬納米顆粒制氫的方法，其特征在于采用“一種用于制造單晶納米結(jié)構(gòu)的振動(dòng)滾壓法”，在“滾壓振動(dòng)磨機(jī)”上實(shí)施金屬納米顆粒的加工制造；然后將10納米以下的金屬納米顆粒和水蒸氣分別由惰性氣體攜帶直接進(jìn)入旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器，在250℃以下溫度進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，制取氫氣并收集至氫氣收集器，粗顆粒物從下部排出旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器，金屬氧化物由靜電除塵器收集，惰性氣體可循環(huán)使用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬納米顆粒制氫的方法，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng) 反應(yīng)器中的流場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的多相紊流流場(chǎng)，流場(chǎng)內(nèi)部有眾多旋渦。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬納米顆粒制氫的方法，其特征在于所述的金屬納米 顆粒和水蒸氣分別由惰性氣體攜帶直接進(jìn)入旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器，它們是在反應(yīng)器的不同位置、 以不同速度，分別沿順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较蛲瑫r(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的，從而使兩束載流體產(chǎn)生 加速度并發(fā)生碰撞與充分混合，使金屬發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣在反應(yīng)器中形成中心氣 柱，與惰性氣體及金屬氧化物顆粒之間形成分離層，氫氣通過(guò)反應(yīng)器頂部中心雙層管內(nèi)管 輸出，惰性氣體及金屬氧化物顆粒通過(guò)反應(yīng)器頂部中心雙層管外管輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬納米顆粒制氫的方法，其特征在于所述的金屬納米 顆?？梢允卿\、鐵、鋁、鈦、鎂、鋯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬納米顆粒制氫的方法，其特征在于所述的惰性氣體 可以是氬氣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬納米顆粒制氫的方法，其特征在于所述的金屬納米顆?？梢允卿\，其粒徑在3-5納米。
7. —種利用金屬納米顆粒制氫的設(shè)備，包括帶有保溫層的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器、冷凝器、氫氣收集器、干燥器、靜電除塵器和引風(fēng)機(jī)，其特征在于旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的上部為柱體，下部 為錐體，旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的器壁上分別帶有金屬納米顆粒物入口和水蒸氣入口，錐體底部 開(kāi)有粗顆粒物出口，在柱體頂部中心連接有雙層管，雙層管內(nèi)管為氫氣出口管，雙層管外 管為金屬氧化物和惰性氣體出口管，雙層管內(nèi)管通過(guò)管道經(jīng)閥門(mén)依次與冷凝器和氫氣收集 器串聯(lián)連接；雙層管外管通過(guò)管道經(jīng)閥門(mén)依次與冷凝器、干燥器、靜電除塵器和引風(fēng)機(jī)與金屬納米顆粒物入口串聯(lián)連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種利用金屬納米顆粒制氫的設(shè)備，其特征在于所述的金屬納米顆粒物入口和水蒸氣入口，是在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的不同位置與反應(yīng)器器壁相切，并分別沿順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较虿贾谩?br> 全文摘要
一種利用金屬納米顆粒制氫的方法和設(shè)備，利用振動(dòng)滾壓法加工金屬納米顆粒；將金屬納米顆粒和水蒸氣分別以不同速度沿旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器的順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较?，由惰性氣體攜帶同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器，使兩束載流體發(fā)生碰撞與混合，在250℃以下溫度進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制取氫氣；旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器上部為柱體，下部為錐體，氫氣經(jīng)柱體頂部中心雙層管內(nèi)管輸出，通過(guò)管道經(jīng)閥門(mén)依次進(jìn)入冷凝器和氫氣收集器；惰性氣體及金屬氧化物顆粒通過(guò)雙層管外管輸出，依次經(jīng)冷凝器、干燥器、靜電除塵器和引風(fēng)機(jī)進(jìn)入金屬納米顆粒物入口；粗顆粒物從旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)反應(yīng)器下部排出，金屬氧化物由靜電除塵器收集，惰性氣體可循環(huán)使用。本發(fā)明能耗低、制氫率高，無(wú)污染。
文檔編號(hào)C01B3/10GK101249948SQ20071003769
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月25日
發(fā)明者丁浩冉, 張清華, 王樹(shù)林, 陳星建, 韓光強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)