專利名稱：一種硼氫化物制氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氫氣制備裝置，具體地講是涉及一種硼氫化物制氫裝置。
背景技術(shù)：
氫是一種清潔燃料，因?yàn)槠淇梢栽跉錃庀难b置例如燃料電池或者內(nèi)燃機(jī)中與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生能量和水，在反應(yīng)中沒有其它副產(chǎn)物，因此，使用氫作為燃料有效的解決了使用石油燃料時(shí)伴隨的環(huán)境問題。但是，如何安全、有效的存儲(chǔ)氫氣一直是技術(shù)人員在努力解決的問題，許多氫載體包括烴、金屬氫化物和化學(xué)氫化物都被視為氫儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)，例如堿金屬氫化物、堿金屬鋁氫化物和堿金屬硼氫化物。其中硼氫化物是一種高儲(chǔ)氫含量的材料，既能催化水解釋放氫氣作為高容量、高純氫源材料，又可直接通過電化學(xué)方式作為高容量負(fù)極材料，在典型的多相催化體系中，硼氫化物和水產(chǎn)生氫氣和硼酸鹽的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)可以用下面的化學(xué)反應(yīng)表示
NaBH4 + 2比0 > AfeBOs + 4^2
但硼氫化鈉極易水解，即使在常溫下，硼氫化鈉溶液也會(huì)很快水解掉一半。因此，為了使硼氫化鈉能夠在現(xiàn)實(shí)生活中得到應(yīng)用，平時(shí)必須將其保持在強(qiáng)堿性溶液中。其余的硼氫化物也都必須保持在強(qiáng)堿性溶液中。硼氫化鈉水解是一個(gè)放熱反應(yīng)，每產(chǎn)生lmolH2放出75kJ熱量，從而使得反應(yīng)液的溫度升高。在較高的溫度下，生成的氫氣會(huì)將溶液中的堿液帶出。如果不除掉氫氣中的堿性雜質(zhì)，則會(huì)對(duì)燃料電池的電堆造成損害，縮短了電堆的使用壽命。
美國(guó)專利US715033B2公開了一種氫氣發(fā)生器系統(tǒng)，其利用用以存儲(chǔ)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的燃料材料的體積交換外殼和氫氣分離室，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)可滲透膜，其使得氫氣可以通過該膜而阻止水溶液通過該膜。該系統(tǒng)雖然在一定程度上解決了燃料電池的除堿問題，但是該系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)不夠緊湊，難以適用于小型用氫設(shè)備，而且其所用的滲透膜容易污堵，需要定期清理和更換，增加了運(yùn)行成本和日常維護(hù)的難度。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、能提供潔凈氫氣的硼氫化物制氫裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型硼氫化物制氫裝置包括燃料容器和設(shè)在燃料容器內(nèi)的內(nèi)管反應(yīng)器，具體結(jié)構(gòu)如下
3所述燃料容器包括殼體，其上設(shè)有可拆卸的氣液分離部分；所述的內(nèi)管反應(yīng)器上端 開口，其下端與燃料容器內(nèi)部連通；所述氣液分離部分的頂部設(shè)有氣體出口。 所述氣液分離部分和殼體可以螺旋連接密封，也可以卡接密封。 所述內(nèi)管反應(yīng)器下端設(shè)有閥門。
所述氣液分離部分的底部設(shè)有一透氣性隔板，其上裝填泡沫金屬，氫氣經(jīng)過氣液分離部 分裝填的泡沫金屬，可以實(shí)現(xiàn)有效的氣液分離。氫氣經(jīng)過泡沫金屬后，可以脫除其中的絕大 部分液體。
所述泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫鐵、泡沫銅、泡沫鎳銅中的一種。 所述的氣體出口處還設(shè)有一除堿裝置。
所述的除堿裝置內(nèi)部裝有分子篩、脫脂棉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、活性炭、變色硅 膠和FeCl3 6H20中的一種或其中幾種的混合物。 所述的除堿裝置可拆卸設(shè)于氣體出口處。
所述分子篩為3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩、13X HP分子篩、13X PG分子篩、13X APG分子篩、XH-5分子篩中的一種或其中幾種的混合物。
本實(shí)用新型提供的硼氫化物制氫裝置，將氣液分離部分從殼體上拆卸下來，然后將燃料 溶液注入燃料容器內(nèi)，將催化劑裝填在內(nèi)管反應(yīng)器內(nèi)，重新將氣液分離部分與殼體組裝在一 起，二者可以螺旋密封連接也可以卡接密封。需要啟動(dòng)制氫裝置時(shí)，打開內(nèi)管反應(yīng)器底部的 閥門，燃料溶液則會(huì)流入內(nèi)管反應(yīng)器，在催化劑的作用下開始產(chǎn)生氫氣，由于硼氫化物催化 制氫的反應(yīng)速率很快，生成的大量氫氣快速上涌，將內(nèi)管反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)液不斷的從內(nèi)管反 應(yīng)器上端的開口處帶出，重新返回到燃料容器內(nèi)，形成燃料從燃料容器到內(nèi)管反應(yīng)器再回到 燃料容器的循環(huán)。本實(shí)用新型催化反應(yīng)器內(nèi)置，無需外接燃料溶液的輸送管道、閥門，也無 需外接循環(huán)泵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，尤其適用于小型用氫設(shè)備，或?qū)w積有嚴(yán)格限制的用氫設(shè)備
生成的氫氣從內(nèi)管反應(yīng)器的上口逸出，此時(shí)的氫氣內(nèi)含有較多的堿液，其逸出后，氫氣 內(nèi)含有的堿液在自身重力的作用下會(huì)下落，而氫氣則會(huì)上升，因此從內(nèi)管反應(yīng)器上端開口處 逸出的氫氣在氣液分離部分完成第一次的氣液分離，大部分的堿液可以在這進(jìn)一步除去。在 氣液分離部分裝填泡沫金屬可以更有效地實(shí)現(xiàn)氣液分離功能，可以使絕大部分的堿液與氫氣 分離。經(jīng)過氣液分離部后的氫氣僅含有少量堿液，再經(jīng)過出口處設(shè)置的除堿裝置可以進(jìn)一步 除去氫氣中含有的堿液。除堿裝置中裝有除堿劑，如分子篩、脫脂棉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯 酰胺、活性炭、變色硅膠和FeCl3 6H20中的一種或其中幾種的混合物，這些除堿劑廉價(jià)易得，而且除雜效果好，除堿裝置為可拆卸裝置，因此可以與燃料容器中的燃料溶液配套使用 ，即可以預(yù)先根據(jù)燃料容器中燃料溶液的量來配置除堿裝置中需要的除堿劑的量，燃料溶液 消耗完，停止產(chǎn)氫，更換新鮮燃料溶液時(shí)同時(shí)更換新的除堿裝置。用過的除堿劑既可以再生 循環(huán)使用，也可以直接棄置。由于使用的除堿劑廉價(jià)易得，除堿效果好，而且除堿裝置可以 與燃料溶液相配套且更換容易，因此本實(shí)用新型具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單、能提供潔凈氫氣 的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是設(shè)有除堿裝置的本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一種硼氫化物的制氫裝置，如圖l、圖2所示，本實(shí)用新型硼氫化物的制氫裝置，包括燃 料容器1和設(shè)在燃料容器1內(nèi)的內(nèi)管反應(yīng)器3，具體結(jié)構(gòu)如下
所述燃料容器包括殼體4，其上設(shè)有可拆卸的氣液分離部分5;所述的內(nèi)管反應(yīng)器3上端 開口，其下端與燃料容器l內(nèi)部連通；所述氣液分離部分5的頂部設(shè)有氣體出口6。
所述內(nèi)管反應(yīng)器3下端設(shè)有閥門2 。
所述氣液分離部分5的底部設(shè)有一透氣性隔板，其上裝填泡沫金屬8。 所述泡沫金屬8為泡沫鎳、泡沫鐵、泡沫銅、泡沫鎳銅中的一種。 所述的氣體出口6處還設(shè)有一除堿裝置7。
所述的除堿裝置7內(nèi)部裝有分子篩、脫脂棉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、活性炭、變色 硅膠和FeCl3 6H20中的一種或其中幾種的混合物。 所述的除堿裝置7可拆卸設(shè)于氣體出口6處。
所述分子篩為3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩、13X HP分子篩、13X PG分子篩、13X APG分子篩、XH-5分子篩中的一種或其中幾種的混合物。 上述燃料溶液為硼氫化物的堿溶液。
上述硼氫化物堿溶液中的堿可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氫氧化鋰中的一種 或其中幾種的混合物。
上述硼氫化物包括硼氫化物鹽(M(BH4)n)、三硼氫化物鹽(MB3Hs)、十氫十硼酸鹽( M2Bk)Hkj)、十三氫十硼酸鹽(MB1()H13)、十二氫十二硼酸鹽(M2B12H12)、十八氫二十硼酸 鹽(M2B2()H18)中的一種或幾種的混合物，其中，M為堿金屬、堿土金屬或鋁的陽離子中的一種或者幾種的混合物。
上述催化劑為可以催化硼氫化物分解制氫的固定床催化劑，例如固定床雷尼鎳、雷尼鈷 、雷尼鎳鈷，負(fù)載微量貴金屬如鉑、釕、銠等的固定床雷尼鎳、雷尼鈷、雷尼鎳鈷，負(fù)載微 量貴金屬如鉑、釕、銠等的泡沫鎳、泡沫鈷、泡沫鎳鈷等中的一種或者幾種。
本實(shí)用新型硼氫化物的制氫裝置的使用過程如下
如


圖1所示，將氣液分離部分5從殼體4上拆卸下來，然后將燃料溶液注入燃料容器l內(nèi)， 將催化劑裝填在內(nèi)管反應(yīng)器3內(nèi)，重新將氣液分離部分5與殼體4組裝在一起，二者可以螺旋 密封連接也可以卡接密封。需要啟動(dòng)制氫裝置時(shí)，打開內(nèi)管反應(yīng)器3底部的閥門2使燃料溶液 流入內(nèi)管反應(yīng)器3，燃料溶液在催化劑的作用下開始產(chǎn)生氫氣，由于硼氫化物的催化制氫的 反應(yīng)速率很快，生成的大量氫氣快速上涌，將內(nèi)管反應(yīng)器3內(nèi)的反應(yīng)液不斷的從內(nèi)管反應(yīng)器3 上端的開口處帶出，使反應(yīng)后的燃料溶液重新返回到燃料容器l內(nèi)，形成燃料溶液從燃料容 器1到內(nèi)管反應(yīng)器3再回到燃料容器1的循環(huán)。生成的氫氣從氣體出口6輸出。生成的氫氣從內(nèi) 管反應(yīng)器3的上口逸出后，此時(shí)的氫氣內(nèi)含有較多的堿液，其逸出后，氫氣內(nèi)的堿液在自身 重力的作用下會(huì)下落，而氫氣則會(huì)上升，因此從內(nèi)管反應(yīng)器3上端開口處逸出的氫氣在上升 到氣液分離部分5這一過程中，完成第一次的氣液分離，大部分的堿液可以在這一步除去。
如圖2所示，在氣液分離部分5裝填泡沫金屬8可以更有效地實(shí)現(xiàn)氣液分離功能，可以使 絕大部分的堿液與氫氣分離。含有少量堿液的氫氣經(jīng)過出口6處設(shè)置的除堿裝置7可以進(jìn)一步 除去氫氣中含有的堿液。除堿裝置7中裝有分子篩、脫脂棉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、活 性炭、變色硅膠和FeCl3'6H20中的一種或其中幾種的混合物，這些除堿劑廉價(jià)易得，而且 除雜效果好，除堿裝置7為可拆卸裝置，因此可以與燃料容器l中的燃料溶液配套使用，即可 以預(yù)先根據(jù)燃料容器1中燃料溶液的量來計(jì)算除堿裝置7中需要的除堿劑的量，燃料溶液消耗 完，停止產(chǎn)氫，更換新鮮燃料溶液時(shí)同時(shí)更換新的除堿裝置7。用過的除堿劑既可以再生循 環(huán)使用，也可以直接棄置。
權(quán)利要求權(quán)利要求1一種硼氫化物制氫裝置，包括燃料容器(1)和設(shè)在燃料容器(1)內(nèi)的內(nèi)管反應(yīng)器(3)，其特征是所述燃料容器包括殼體(4)，其上設(shè)有可拆卸的氣液分離部分(5)；所述的內(nèi)管反應(yīng)器(3)上端開口，其下端與燃料容器(1)內(nèi)部連通；所述氣液分離部分(5)的頂部設(shè)有氣體出口(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硼氫化物制氫裝置，其特征是在于所述內(nèi)管 反應(yīng)器(3)下端設(shè)有閥門(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硼氫化物制氫裝置，其特征是在于所述 氣液分離部分(5)的底部設(shè)有一透氣性隔板，其上裝填泡沫金屬(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硼氫化物制氫裝置，其特征是在于所述泡沫 金屬(8)為泡沫鎳、泡沫鐵、泡沫銅、泡沫鎳銅中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硼氫化物制氫裝置，其特征是在于所述 的氣體出口 (6)處還設(shè)有一除堿裝置(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硼氫化物制氫裝置，其特征是在于所述的除堿裝置(7)內(nèi)部裝有分子篩、脫脂棉、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、活性炭、變色硅膠和 PeC'b卜6I^C)中的一種或其中幾種的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硼氫化物制氫裝置，其特征是在于所述的除 堿裝置(7)可拆卸設(shè)于氣體出口 (6)處。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硼氫化物制氫裝置，其特征是在于所述分子 篩為3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩、13X HP分子篩、13X PG分子篩、13X APG分子篩、 XH-5分子篩中的一種或其中幾種的混合物。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種硼氫化物制氫裝置。它包括燃料容器(1)、設(shè)在燃料容器(1)內(nèi)的內(nèi)管反應(yīng)器(3)和閥門(2)；所述燃料容器包括殼體(4)，其上設(shè)有可拆卸的氣液分離部分(5)；所述的內(nèi)管反應(yīng)器(3)上端開口，其下端與燃料容器(1)內(nèi)部連通；所述氣液分離部分(5)的頂部設(shè)有氣體出口(6)。本實(shí)用新型提供的制氫裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、能提供潔凈氫氣等優(yōu)點(diǎn)。屬于為燃料電池提供氫氣的氫氣發(fā)生器領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01B3/06GK201261718SQ20072020133
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者侯曉峰, 王玉曉, 鋼 肖 申請(qǐng)人:漢能科技有限公司