一種可控制的硼氫化鈉制氫的反應裝置的製作方法
2023-08-04 22:54:36 1
本實用新型涉及一種應用於制氫的低壓反應裝置，屬於氫能製備領域，尤其涉及一種可控制的硼氫化鈉制氫的反應裝置。
背景技術：
當前氫氧燃料電池的利用開發，特別是質子交換膜燃料電池的開發，已成為新世紀國際上攻克能源危機和環境汙染的前沿技術領域。性能優異且技術相對成熟的侄子江湖按摩燃料電池系統的應用領域廣闊且需求量大，一直受到人們廣泛的關注。但是，燃料電池大規模應用亟需解決的一個重要問題就是如何為燃料電池高效安全地提供氫源。
質子交換膜（PEM）燃料電池以其結構簡單、高校清潔，啟動溫度低，安靜無噪音等優點，成為極具前景的新一代發電技術，經過多年的基礎研究與應用開發，質子交換膜燃料電池各方面的研究已取得實質性進展，電池的體積和重量比功率得到了顯著提高，但昂貴的制氫、加氫設施基礎仍嚴重阻礙了燃料電池汽車的商業化進程。
氫氣作為一種新興的高能清潔能源載體，可通過多種方式製備。硼氫化鈉水解或醇解制氫是目前比較熱門的現場制氫技術，具有很多優點，如：原料產物環境友好，不排放有害氣體；儲氫量高；儲存、使用安全，運載方便；製備的氫氣純度高，不會造成燃料電池電極催化劑的毒化；能量利用率高，不需要外加能量就可以把NaBH4及一部分水中的氫氣釋放出來。通過對已公開的水解或者醇解制氫反應器的研究，我們發現目前裝置都存在反應裝置氣壓偏高、催化劑回收率低和反應控制效果較差等問題，阻礙了硼氫化物現場制氫技術在可攜式燃料電池電源設備和燃料電池汽車的應用。
有鑑於此，我們設計了一種新型氫氣發生器，以便克服現有制氫設備的上述缺陷。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種結構簡單、操作方便、反應器內壓力低下且使用安全，使用過程不排放含碳、氮的有害氣體，產生的氫氣純度較高，能有效的進行手動、自動控制反應速率，可以高效回收催化劑，並且不會造成燃料電池電極催化劑的毒化的可控制的硼氫化鈉制氫的反應裝置。
本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現的：一種可控制的硼氫化鈉制氫的反應裝置，包括制氫反應室、手動控制系統、催化劑放置元件、氣體過濾機構；制氫反應室設置有氫氣輸出埠，手動控制系統連接制氫反應室，並通過控制催化劑沒入溶液高度控制反應速率；制氫反應室底部設有廢液排出埠，防止氫氣與溶液洩露；埠採用螺紋方式密封連接，防止氫氣與溶液洩露；催化劑放置元件由篩網構成；催化劑放置元件上端通過一硬質杆與控制系統連結，可通過與其連結的齒輪調節氫氣輸出埠內的硬質長杆，由此調節催化劑的高度；控制系統位於制氫反應室上的氫氣輸出埠上，手動控制系統由催化劑放置元件的調控裝置、氣流速度顯示元件構成，可根據瞬時氣流速度調節控制系統上的旋鈕改變催化劑沒入高度，從而調節反應速率。
進一步的，催化劑放置元件內放置固體催化劑。
進一步的，催化劑放置元件由固定形狀的聚四氟乙烯材料的圓桶裝篩網構成，用於盛放固體催化劑。
進一步的，所述氣體過濾機構由過水裝置與分子篩構成，氫氣先通過變色矽膠除去氫氣中夾雜的大部分水分，再通過分子篩以除去其中夾帶的硼氫化鈉、片硼酸鈉等雜質。
一種可控制的硼氫化鈉制氫的反應裝置，包括制氫反應室、自動控制系統、催化劑放置元件、氣體過濾機構；制氫反應室設置有氫氣輸出埠，自動控制系統連接制氫反應室，並通過控制催化劑沒入溶液高度控制反應速率；制氫反應室底部設有廢液排出埠，防止氫氣與溶液洩露；埠採用螺紋方式密封連接，防止氫氣與溶液洩露；催化劑放置元件由篩網構成；催化劑放置元件上端通過一硬質杆與控制系統連結，可通過與其連結的齒輪調節氫氣輸出埠內的硬質長杆，由此調節催化劑的高度；控制系統位於制氫反應室上的氫氣輸出埠上，自動控制系統為置於氫氣輸出埠的浮力片，由上升氣流產生的浮力使氫氣輸出埠內的浮力片受力浮起，通過一硬質杆連結浮力片與催化劑放置元件，從而調節催化劑沒入溶液高度，可通過更換相應重量的浮力片以達到穩定於相應反應速率的效果。
進一步的，催化劑放置元件內放置固體催化劑。
進一步的，催化劑放置元件由固定形狀的聚四氟乙烯材料的圓桶裝篩網構成，用於盛放固體催化劑。
進一步的，所述氣體過濾機構由過水裝置與分子篩構成，氫氣先通過變色矽膠除去氫氣中夾雜的大部分水分，再通過分子篩以除去其中夾帶的硼氫化鈉、片硼酸鈉等雜質。
作為本發明的一種優選方案，選取以泡沫鎳為載體電鍍Co、Ru、Pt、Co等非貴金屬作為制氫催化劑，該催化劑具有良好的機械強度、不吸附氫氣、耐鹼腐蝕、耐高溫等良好特性；
本實用新型的工作原理為：根據情況選擇控制模式並選用相應控制系統，催化劑先加入放置元件中並與控制系統連結，然後於制氫反應室中加入濃度為20-30%的NaBH4溶液，要求其溫度在80℃左右，然後將控制系統固定於氫氣輸出埠上，並連結氣體簡易過濾機構，溶液與催化劑接觸、反應，產生氫氣，氫氣經過過濾機構送入氫燃料電池中；
本實用新型具有以下優點：（1）裝置結構簡單，操作方便；（2）反應氣壓低，裝置實用安全；（3）使用過程不排放含碳和含氮的有害氣體，不存在汙染；（4）產生的氫氣純度高，不會造成燃料電池點擊催化劑的毒化；（5）反應速率控制效果良好，適用性強；（6）制氫催化劑的回收方便且回收效率高。
附圖說明
圖1 是本實用新型裝置的制氫反應室與控制系統示意圖。
圖2是本實用新型中控制系統氣體過濾系統的示意圖。
圖3是本實用新型中催化劑放置元件的結構示意圖。
附圖標記：1、制氫反應室，2、催化劑放置元件，3、控制旋鈕，4、廢液排出埠，5、浮力片，6、氣體過濾機構，7、催化劑放置室，8、可開關蓋帽。
具體實施方式
下面結合附圖和實例對本實用新型進一步詳細的說明。
請參閱圖1，本實用新型揭示了一種可控制的硼氫化鈉制氫的反應裝置，所述反應裝置包括：制氫反應室1、控制系統3、催化劑放置元件2和氣體過慮機構6。
首先準備兩個氣體過濾機構6，分別在過濾室內放置變色矽膠和分子篩，並且旋緊開關防止漏氣，將放置變色矽膠的過濾室上端的導氣口與放置分子篩過濾室下端的導氣口相連，氣體先後通過變色矽膠與分子篩，並從分子篩過濾室上端通出。
將電鍍好的固體催化劑置於催化劑放置元件2內，將可開關蓋帽8閉合，並將蓋帽上方的硬質杆與控制系統連結。
將制氫反應室1下方廢液排出埠4閉合，選取硼氫化鈉為制氫反應物質，稱取硼氫化鈉固體300g，純水700g，在溫度80℃下配置為溶液，此時硼氫化鈉溶液質量分數為30%，將溶液倒入制氫反應室1，並將催化劑放置元件2放入制氫反應室1內，將控制系統固定於制氫反應室1上方氫氣輸出埠，並通過導氣管將氫氣輸出埠與內置變色矽膠的氣體過濾機構6的下方的導氣管連接。
實施例1：選取手動控制系統，完整連接氫氣發生裝置並正常產生氫氣時，通過氫氣輸出埠外的旋鈕將催化劑放置元件2上調至全部脫離液面，反應基本停止不再有氫氣產生，此時反應料儲存在制氫反應室1中；通過旋鈕下調催化劑放置元件2再次慢慢沒入液面時，產生氫氣的速率隨之慢慢提高。
實施例2：選取自動控制系統，完整連接氫氣發生裝置並開始正常產生氫氣時，初始階段反應速率較低，浮力片5位於氫氣輸出埠底端，催化劑放置元件2完全沒入反應料中；反應中段氫氣產生速率開始提升，浮力片受到上升氣流作用漂浮於氫氣輸出埠內，並通過硬質杆帶起催化劑放置元件2，反應穩定時浮力片將浮動於預期控制速率附近，此時可通過浮力片的改變預期控制速率。