制氫方法及機構與流程
2023-09-18 04:04:10
本發明涉及氫氣製備技術領域，尤其涉及一種制氫方法及機構。
背景技術：
隨著各國能源需求的不斷增長和環境保護的日益迫切，清潔能源成為未來的發展趨勢。其中，氫氣是一種發電效率極高的清潔能源，它具有燃燒性能好、無毒、利用率高、運輸方便等特點，是取代傳統能源的一個很有發展前景的清潔能源。
在各種制氫技術中，直接利用金屬與水溶液的化學反應來獲取氫氣近年來受到高度重視。這是因為金屬與水溶液發生反應會立即產生氫氣，不僅可確保即時供氫，而且反應物的來源廣泛、成本較低，這些因素都保證了這種制氫方法的廣泛應用。但是這種方法也存在不足，即金屬很容易被氧化，其表面生成的緻密保護膜會導致金屬與水溶液之間的化學反應停止。
技術實現要素：
本發明要解決的是現有技術中用於製造氫氣的金屬材料易被氧化的技術問題。
為解決上述問題，本發明提供一種制氫方法，該方法包括以下步驟：
將液態金屬和密封液依次裝入反應裝置中，使所述密封液蓋設在所述液態金屬上，使液態金屬的液面位於水溶液管道以下，使所述密封液的液面位於氫氣管道和水溶液管道之間；
通過所述水溶液管道向所述反應裝置內通入水溶液後，水溶液與液態金屬發生水解反應；
通過所述氫氣管道收集所述反應裝置中經水解反應後產生的氫氣。
其中，所述液態金屬為鋁鎵合金、鋁汞合金或鹼金屬。
其中，所述密封液為液體石蠟或無水煤油。
其中，所述水溶液為水、酸性溶液或鹼性溶液。
其中，在所述水解反應過程中，攪拌裝置攪拌液態金屬和水溶液。
本發明還提供了一種制氫機構，該機構包括第一閥門、第二閥門、氫氣管道、水溶液管道、收集裝置、反應裝置以及儲液裝置，所述氫氣管道的出口通過所述第一閥門與所述收集裝置連通、進口插設在所述反應裝置內，所述水溶液管道的進口通過所述第二閥門與所述儲液裝置連通、出口插設在所述反應裝置內，所述氫氣管道的進口的高度高於所述水溶液管道的出口的高度。
其中，還包括液體泵，所述液體泵串接在所述水溶液管道上。
其中，所述氫氣管道內設有乾燥過濾網。
其中，還包括檢測裝置，所述檢測裝置設於所述收集裝置上，用於檢測所述收集裝置中氫氣的濃度或壓力。
其中，還包括設於所述反應裝置的底部的攪拌裝置，用於攪拌設於反應裝置內的反應物。
本發明通過在液態金屬上蓋設密封液，既避免了液態金屬表面被氧化，又便於儲存和運輸，使得氫氣的獲取變得安全、可控且高效。
附圖說明
圖1是本發明實施例1的一種制氫方法的流程圖；
圖2是本發明實施例2的一種制氫機構的結構示意圖。
附圖標記：
1、反應裝置；2、密封液；3、液態金屬；4、儲液裝置；
5、水溶液；6、收集裝置；7、第一閥門；8、氫氣管道；
9、水溶液管道；10、第二閥門；11、攪拌裝置。
具體實施方式
為使發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合發明中的附圖，對發明中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於發明保護的範圍。
在本發明的描述中，除非另有說明，術語「上」、「下」、「頂」、「底」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在發明中的具體含義。
實施例1
如圖1所示，本發明提供了本發明提供一種制氫方法，該方法包括以下步驟：
將液態金屬和密封液依次裝入反應裝置中，使密封液蓋設在液態金屬上，使液態金屬的液面位於水溶液管道以下，使密封液的液面位於氫氣管道和水溶液管道之間；
通過水溶液管道向反應裝置內通入水溶液後，水溶液與液態金屬發生水解反應；
通過氫氣管道收集反應裝置中經水解反應後產生的氫氣。
由此，當需要製造氫氣時，可將水溶液通過水溶液管道通入反應裝置內。由於水溶液的密度大於密封液的密度，因此水溶液可直接穿過密封液與液態金屬接觸並發生水解反應產生氫氣。由於，氫氣的密度很小，氫氣在浮力作用下可依次穿過液態金屬和水溶液的混合液以及密封液，並通過氫氣管道進入收集裝置。其中，將水溶液管道的出口浸沒在密封液中，既可避免液態金屬被氧化，又可避免氫氣被洩露。這是由於，若將水溶液管道的出口設置在密封液的液面以上，當密封液的厚度較薄時，水溶液在重力作用下，以一定的速度落在密封液上，可能會打散密封液而導致部分液態金屬被氧化；另外，產生的部分氫氣會直接通過水溶液管道進入儲液裝置，從而造成氫氣的浪費。若將水溶液管道的出口浸沒在液態金屬中，進入水溶液管道的部分液態金屬與水溶液產生的氫氣會沿著水溶液管道直接進入儲液裝置，造成氫氣的浪費。另外，若水溶液管道的管壁上附著有可與液態金屬反應的雜質，就會影響氫氣的純度。
優選地，液態金屬為鋁鎵合金、鋁汞合金或鹼金屬。例如，可選用鈉和鉀的質量比為1:3的鉀鈉合金。
優選地，密封液為液體石蠟或無水煤油。
優選地，水溶液為水、酸性溶液或鹼性溶液。
另外，在水解反應過程中，攪拌裝置攪拌液態金屬和水溶液。通過攪拌裝置以指定的速度轉動，可使液態金屬與水溶液充分接觸，進而提高了單位時間產生氫氣的量。
實施例2
如圖2所示，本發明還提供了一種制氫機構，該機構包括第一閥門7、第二閥門10、氫氣管道8、水溶液管道9、收集裝置6、反應裝置1以及儲液裝置4，氫氣管道8的出口通過第一閥門7與收集裝置6連通、進口插設在反應裝置1內，水溶液管道9的進口通過第二閥門10與儲液裝置4連通、出口插設在反應裝置1內，氫氣管道8的進口的高度高於水溶液管道9的出口的高度。
由此，當需要製造氫氣時，依次打開第二閥門10和第一閥門7，使水溶液5通過水溶液管道9通入反應裝置1內與液態金屬3發生水解反應。水解反應產生的氫氣在浮力作用下通過氫氣管道8進入收集裝置6。當收集裝置6中的氫氣量達到需求時，可依次關閉第二閥門10和第一閥門7。另外，由於氫氣管道8的進口的高度高於水溶液管道9的出口的高度。當在反應裝置1中依次充入液態金屬3和密封液2，使液態金屬3的液面位於水溶液管道9以下，使密封液2的液面位於氫氣管道8和水溶液管道9之間，就相當於氫氣管道8的進口位於密封液2的液面以上，水溶液管道9的出口浸沒在密封液2中。
另外，水溶液管道9的進口可插設在儲液裝置4的下部。這樣設置的好處在於：一方面、由於距離儲液裝置4頂部越遠水壓越大，從而可利用水壓促使水溶液5通過水溶液管道9流入反應裝置1中；另一方面、可避免儲液裝置4底部沉積的水溶液5不能被排出而造成浪費。
其中，還包括液體泵，液體泵串接在水溶液管道9上，以為水溶液5流入反應裝置1提供動力。
進一步地，氫氣管道8內設有乾燥過濾網。由於反應裝置1內產生的氫氣需依次穿過液態金屬3和水溶液5的混合液以及密封液2才能進入收集裝置6，因此氫氣在進入收集裝置6前可能帶有水蒸氣。因此通過在氫氣管道8內設置乾燥過濾網來吸收水蒸氣，可提高收集裝置6內氫氣的純度。
其中，還包括檢測裝置，檢測裝置設於收集裝置6上，用於檢測收集裝置6中氫氣的濃度或壓力。由於氫氣無色，因此難以用肉眼辨別收集裝置6中是否已經收集滿氫氣，而通過比較檢測裝置的壓力或濃度與設定值的大小就可實現氫氣量的監測。
其中，還包括設於反應裝置1的底部的攪拌裝置11，用於攪拌設於反應裝置1內的反應物即液態金屬3和水溶液5。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離發明各實施例技術方案的精神和範圍。