[发明专利]用于产生氢气的硅粉体组合物、方法、反应器及装置

说明书

技术领域

本发明具体的涉及用于产生氢气的硅粉体组合物、方法、反应器及装置。

背景技术

氢气是一种具有良好前景的新能源。但是，氢气的高密度储运存在很多技术瓶颈。另一种方法是采用化学方式现场制备氢气以满足应用要求。

用金属氢化物进行化学反应制备氢气，能够获得较高的能量密度，例如：LiH+H₂O＝LiOH+H₂、NaBH₄+4H₂O＝NaB(OH)₄+4H₂。但是金属氢化物通常较为昂贵，而且毒性较大，因此不适合民用，仅适合军用。

硅能够与强碱溶液反应产生氢气，Si+2NaOH+(1+n)H₂O＝Na₂SiO₃.nH₂O+2H₂。硅具有价格低廉、安全环保等优点；但是硅与强碱溶液的反应过于猛烈、难于控制；另外，为了使得硅的反应充分完全，必须提供足够计量比的强碱，因此提高了成本，降低了环保性。曾有报道在民间作坊中，将硅铁合金粉、氢氧化钠、水灌入压力容器内反应制备氢气以便灌充玩具氢气球，结果反应失控发生爆炸，造成了人员伤亡。

中国专利申请201110076118.9提供了一种以发生氢气为目的的硅粉体组成物，其由含硅粉末和可形成水中溶解度小于1％的硅酸盐的金属元素的化合物质以及碱性物质构成，氢气发生使用的硅粉体组成物同水接触能平稳产生氢气，且发生的氢气会转换成能源。该项技术虽然指出了一个合理的方向，但是离实际应用仍有一定的距离；另外，对反应充分度等定量指标没有充分测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的用硅粉体组合物制氢的技术，离实际应用仍有一定距离的缺陷，而提供了一种用于产生氢气的硅粉体组合物、制氢方法、反应器及装置。本发明的硅粉体组合物是不需要预处理、不含强腐蚀性碱、保存不当而遇水时也不易燃爆的优化配方；本发明的反应器结构及装置的实用性也较强。

本发明人对背景技术201110076118.9进行了研究、思考和分析，认为：

虽然使用以Ca(OH)₂为代表的沉淀剂来复活NaOH，使得NaOH的用量可以小于计量比，但是用量仍然不可能太低，所以组合物的环保性仍然不够完美。

从本质上来看，NaOH可以看成是Na₂O.H₂O，因此包含了“隐形结晶水”。这种“隐形结晶水”的存在，导致了组合物在刚开始接触极少量水时，仍然会发生较为剧烈的反应。这就使得在应用系统的设计中，要求反应器能够承受这种较为剧烈的反应所导致的高温，而提高了反应器外壳的成本；并且还需要一个缓冲容器储存这部分在短时间内产生的过多的氢气；另外，剧烈反应造成的短时间大流量，会推动组合物粉末移动，破坏反应器内部结构的稳定性。如果采用对组合物高温加热预反应的方法来解决这个问题，会导致工艺成本的增加、储氢重量密度的降低、部分硅粉的浪费。

同时，背景技术只提供了组合物配方，没有提供反应器结构、装置，这就意味着离实际应用仍有一定的距离。

因此，为解决上述技术问题，本发明提供了下述技术方案：

本发明首先提供了一种用于产生氢气的硅粉体组合物，其包含硅粉、沉淀剂以及碱性物质，其中，所述的碱性物质是碱金属的弱酸盐；所述碱性物质与硅粉中的硅的质量比为0.06∶1～4∶1，进一步优选0.12∶1～2∶1，最优选0.25∶1～1∶1；所述的硅粉为平均粒径小于等于1mm的硅粉；所述的沉淀剂与硅粉中的硅的摩尔计量比大于等于0.12∶1，小于等于4∶1。

选用碱金属弱酸盐的优点是：

A，消除了“隐形结晶水”，不需要高温加热预反应就可避免刚开始使用时的较为剧烈的反应，因此不会导致工艺成本的增加、储氢重量密度的降低、部分硅粉的浪费。

B，虽然仍有碱性，但是显著低于NaOH，其腐蚀性已经大大降低，因此具有较好的环保性。

C，由于碱性弱于NaOH等原因，组合物在常温下接触水，不易启动反应，而需要在开始反应时提供短时间的预加热，反应启动后即不再需要加热而能够依靠反应热维持温度。这一特点虽然会略微增加应用系统的复杂性，但是却显著提高了组合物的安全性，当储运不当而意外接触常温的水时，尤其是较多的常温水时，不易因为产生大量氢气而导致燃爆危险。