[实用新型]一种用镁盐或铝盐催化的高系统氢含量水解制氢系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及氢气制备领域。具体涉及一种高系统氢含量的制氢系统。 

背景技术

氢气是最为理想的燃料，其热值高，燃烧产物清洁无污染。针对目前的燃料电池技术，氢气是的最佳燃料，氢气的氧化反应和产物比较简单，同样条件下可以获得最高的电池转化效率和功率密度，所需的贵金属催化剂用量小，氧化产物对燃料电池组件几乎无损害。然而氢气不便于运输和储存，成为其在燃料电池应用中的技术瓶颈之一。因此可靠的氢气供应方式是燃料电池的重要配套技术。 

利用水解反应放出氢气是一种重要的储氢手段，由于金属便于携带，在需要氢气时利用金属与水反应放出氢气，非常适用于便携式燃料电池的氢源。作为便携式氢源，氢含量是其中最重要的指标之一。金属中Mg和Al因为放氢量高、同时价格便宜，因此最具实用性，按照化学计量比，Mg和Al与水反应可以制得的氢气质量相当于金属质量的8.3％和11.1％，但在工业上常用的制氢方法中用金属粉末水解制氢并不常见，此类方法常见于实验室进行小规模的实验，并且实际进行实验室制氢的时候，系统氢含量都远低于理论值，系统氢含量的定义为：产生氢气的质量与要制备此氢气的装置的质量比，然而此问题并没有得到大家的关注，更没有人花精力对其进行原因探究，本申请人在查阅了大量资料并且进行了多次试验后发现，导致系统氢含量都远低于理论值的原因主要 在于： 

1)消耗型添加剂的存在。以Al与水反应体系为例，由于表面氢氧化物的生产，必须借助NaOH促进反应，而反应过程中NaOH也被消耗，引入NaOH后，最理想的情况下材料体系氢含量也将大幅降低至固体总质量的4.5wt％，远低于Al的理论氢含量。因此为了提高系统氢含量，需要寻找不消耗的催化剂代替消耗型的添加剂。 

2)过量水的存在。为使水解反应充分进行，除反应所需的水外，还需要额外的水作为分散、传质的媒质，而这部分额外的水由于溶解有其他产物或者含有不溶的产物，使得这部分水的利用率降低，不能够成分发挥作用，导致系统氢产量降低，同时影响了系统氢含量。因此实现水解体系中水的充分利用，是提高系统氢含量的另一关键问题。 

实用新型内容

针对上述问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种用镁盐或铝盐制备高系统氢含量的制氢系统，此系统主要适用于申请人最近的研究发现，纳米级金属粉末可被同种金属离子催化，在不借助酸或碱的条件下较快的与水反应放出氢气，其原理可通过下面的式子表示： 

M₁(s)+nH₂O+M₂ⁿ⁺(aq)→M₂(OH)_n↓+H₂+M₁ⁿ⁺(aq) 

其中M₁，M₂为同一种金属M，其价态为n，但是来源不同，M₁来自于金属(s)，而M₂存在于溶液中(aq)，n是金属的价态。可见净反应是金属与水反应生成氢气与氢氧化物沉淀，整个过程中金属离子Mn+不消耗，即整个系统金属盐不会发生变化，这为实现高系统氢含量提供了可能。 

为实现上述目的，本实用新型提供一种用镁盐或铝盐制备高系统氢含量的制氢系统，所述系统包括依次串联连接的料仓、耐压反应器、净 化装置、增压泵，以及连接在增压泵和净化装置之间的稳压阀，通过稳压阀控制氢气流量的大小，从而实现对燃料电池的稳定氢气输出，输出压力和流量可以根据燃料电池的需要进行调节；还包括沉淀分离与溶液回收装置，所述沉淀分离与溶液回收装置与耐压反应器构成循环回路，所述沉淀分离与溶液回收装置包括过滤网和循环泵； 

反应物(纳米金属粉末和水)可以通过与耐压反应器连接的料仓引入反应系统，当纳米金属粉末与溶液接触后即反应放氢，产生的氢气通过净化装置除去杂质气体，如CO、H2S等对氢燃料电池催化剂有毒害的杂质气体，最终得到高纯度的氢气； 

所述净化装置可包含基于物理净化和化学净化的不同单元或不同单元的组合，包括但不限于冷凝器、冷阱、吸附柱、分离膜等净化装置；沉淀分离和溶液回收装置可包含不限于沉淀、过滤、加压过滤等固液分离手段； 

所述料仓与净化装置之间连接有增压泵，一部分生成的氢气引入料仓，排除料仓空间中的空气，同时使料仓和反应器之间保持稳定的压力差，可以利用高压气体将固体粉末吹入反应器，同时防止料仓的阀门开启时耐压反应器中水汽进入料仓；