一种金属铝-水反应制氢的试验系统与方法技术方案

本发明专利技术一种金属铝

【技术实现步骤摘要】
一种金属铝
‑
水反应制氢的试验系统与方法


[0001]本专利技术涉及金属铝燃料储能利用
，具体为一种金属铝
‑
水反应制氢的试验系统与方法。

技术介绍

[0002]面对化石燃料消耗殆尽的严峻形势，可再生能源的综合利用受到关注。其中，氢燃料具有较高的化学能量，燃烧产物无毒环保，是前景良好的化石燃料替代品。但氢的制取成本较高，通过金属铝
‑
水反应制氢是近年来的研究热点，而且金属铝
‑
水制氢可在需要的时候直接制取，避免了氢的储存和运输安全问题。
[0003]国内外很多研究集中于铝粉燃烧在不同气氛中的燃烧特性，如铝粉在空气或者氮气气氛中的反应，对铝粉在水蒸气环境中燃烧的研究较少。铝粉与水反应燃烧主要分为铝粉颗粒的点火过程，如铝粉颗粒的点火机理研究、铝粉燃烧的火焰结构研究等，以及铝
‑
水燃烧过程的研究，如铝
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水燃烧特性研究、铝
‑
水燃烧模型研究等。相较于国外的铝
‑
水基燃料研究，国内相关研究起步较晚，但在金属铝
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水基燃料的反应方面进行了一系列的探索，如助燃剂浓度对燃烧启动速度的影响，以及金属铝
‑
水反应的热力学特性分析等。
[0004]但其存在的问题在于，对于金属铝
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水反应制氢过程，铝粉表面有一层致密的氧化膜，且在燃烧过程中易出现高温熔化凝聚，从而堆积燃烧形成结渣，抑制了内部单质铝的氧化反应，造成铝粉不完全燃烧现象，使其燃烧效率降低，不能满足铝粉利用率最大化；而且对于水蒸气存在的湿环境条件，铝水反应产氢量和产氢速度的影响，少有报道。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种金属铝
‑
水反应制氢的试验系统与方法，设计合理，操作简单，效果明显，燃烧完全，燃烧效率较高。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种金属铝
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水反应制氢的试验系统，包括恒温反应系统，集气系统和抽气系统；
[0008]所述恒温反应系统包括水浴锅和密封反应器；所述密封反应器为立式圆筒状，底部置于水浴锅内，顶部通过带小孔的顶盖设置有抽气针管，侧壁上连接有测量记录装置；
[0009]所述集气系统包括集水瓶、冷凝装置、水槽和集气瓶；所述集气瓶为竖式圆管，顶端封口，底部设置有呈缩径开口的集气瓶缩径，侧壁上设置有刻度线，且集气瓶0刻度线位于上方，内部通过设置的集气管与冷凝装置的气体出口连通；所述集气瓶缩径的一侧与水槽内壁固定；所述冷凝装置底部的液体出口连接集水瓶，顶部的气体入口通过设置的排气管与抽气针管的出口连通，气体出口连接集气管；
[0010]所述抽气系统包括抽气泵，通过集气瓶顶端的抽气管与集气瓶内部连通。
[0011]进一步的，所述集气管一端通过集气瓶缩径的底端开口伸入集气瓶内，且与集气瓶轴向平行，出口端高于水槽且位于集气瓶0刻度线以下。
[0012]进一步的，所述集气瓶缩径的底端半径为集气管半径的
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倍，且集气瓶侧壁与水槽
内壁粘合固定。
[0013]进一步的，所述冷凝装置由多级冷凝管组成，其气体入口处的排气管上设置有滤尘管；所述滤尘管由装填填充物的竖式管组成，其底部与集水瓶连接；所述滤尘管内的填充物采用石英砂或者石英棉。
[0014]进一步的，所述冷凝装置气体出口设置有集气旋钮开关；集气瓶底部的抽气管上设置有抽气旋钮开关。
[0015]更进一步的，所述抽气旋钮开关与抽气泵之间还设置有缓冲瓶。
[0016]进一步的，所述测量记录装置包括热电偶、温控显示器、数据采集仪、计算机；所述热电偶探测端与密封反应器连接，输出端与温控显示器的输入端连接；所述温控显示器的输出端通过数据采集仪与计算机连接。
[0017]进一步的，所述水浴锅的进水管处还连接有超级恒温器。
[0018]一种金属铝
‑
水反应制氢的试验方法，包括，
[0019]将去离子水置于密封反应器内，水浴锅维持密封反应器的恒温环境，测量记录装置实时记录密封反应器内的反应温度数据；
[0020]当达到设定温度并恒定后，将铝粉和添加剂组成的混合样品粉末倒入密封反应器发生金属铝
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水燃烧反应；反应后的气体由抽气针管抽出后，较重的液体成分由集水瓶收集，较轻的气相组分经过冷凝装置冷凝；
[0021]冷凝后的液体物质送入集水瓶，轻的气相组分由集气管送入带刻度的集气瓶，并由抽气泵将集气瓶中液面提升到集气瓶0刻度线处，由集气瓶缩径处进入的气体，用集气排水的方式，记录产氢量以及产氢速率；
[0022]多次测量收集的气体，当没有气体产出，即集气瓶刻度恒定不变，结束试验。
[0023]进一步的，包括，
[0024]打开抽气旋钮开关，抽气泵工作，使集气瓶的液面提升到集气瓶0刻度线处，关闭抽气旋钮开关；打开集气旋钮开关，同时记录集气时间和对应的集气瓶刻度；
[0025]由抽气针管从密封反应器中抽出的气体，经过滤尘管过滤掉气体中多余的固相和液相，过滤后产生的液体由集水瓶收集；
[0026]超级恒温器保持水浴锅的温度恒定。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0028]本专利技术系统通过在水槽内设置特殊结构的集气瓶，并通过依次连接的抽气针管、冷凝装置和集气管将密封反应器中产生的氢气用抽气泵送入集气瓶内，进行集气排水的同时利用测量记录装置记录的数据和集气瓶瓶身刻度变化，记录产氢量及产氢速率，过程高效可靠，而且能有效提高试验时的燃烧效率和铝粉利用率最大化；同时通过水浴锅为密封反应器提供反应所需的恒定温度，采用设置集水瓶的方式收集反应过程中气体中的多余水分，从而提高测量结果的准确性，减少水蒸气等湿环境条件带来的干扰，整体系统气密性好，操作方便。
[0029]进一步，本专利技术系统采用集气管从集气瓶底部伸入集气瓶内的方式，能有效提高反应的测量准确度。
[0030]进一步，本专利技术系统通过将集气瓶缩径的底端半径设置为集气管半径的1
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2倍，能更好的提高排水集气的效果，从而确保反应过程高效；同时将集气瓶一侧与水槽一角内壁
粘合，能起到支撑集气瓶的作用。
[0031]进一步，本专利技术系统采用滤尘管能有效避免铝粉因抽气带出影响后续集气分析现象的发生，而且能对气体进行初步的气液分离，有效提高的后续系统测量准确性。
[0032]进一步，本专利技术系统通过设置集气旋钮开关和抽气旋钮开关，能方便控制系统中气体的抽取，使操作更加高效可靠。
[0033]进一步，本专利技术系统采用设置缓冲瓶的方式，可以避免误操作使集气瓶中的液体吸入抽气系统，安全可靠。
[0034]进一步，本专利技术系统通过将热电偶探测端与密封反应器连接，输出端与温控显示器的输入端连接，再将温控显示器的输出端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属铝
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水反应制氢的试验系统，其特征在于，包括恒温反应系统，集气系统和抽气系统；所述恒温反应系统包括水浴锅(2)和密封反应器(9)；所述密封反应器(9)为立式圆筒状，底部置于水浴锅(2)内，顶部通过带小孔的顶盖设置有抽气针管(10)，侧壁上连接有测量记录装置；所述集气系统包括集水瓶(13)、冷凝装置(14)、水槽(19)和集气瓶(20)；所述集气瓶(20)为竖式圆管，顶端封口，底部设置有呈缩径开口的集气瓶缩径(17)，侧壁上设置有刻度线，且集气瓶0刻度线(18)位于上方，内部通过设置的集气管(16)与冷凝装置(14)的气体出口连通；所述集气瓶缩径(17)的一侧与水槽(19)内壁固定；所述冷凝装置(14)底部的液体出口连接集水瓶(13)，顶部的气体入口通过设置的排气管(11)与抽气针管(10)的出口连通，气体出口连接集气管(16)；所述抽气系统包括抽气泵(23)，通过集气瓶(20)顶端的抽气管(24)与集气瓶(20)内部连通。2.根据权利要求1所述的一种金属铝
‑
水反应制氢的试验系统，其特征在于，所述集气管(16)一端通过集气瓶缩径(17)的底端开口伸入集气瓶(20)内，且与集气瓶(20)轴向平行，出口端高于水槽(19)且位于集气瓶0刻度线(18)以下。3.根据权利要求1所述的一种金属铝
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水反应制氢的试验系统，其特征在于，所述集气瓶缩径(17)的底端半径为集气管(16)半径的1
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2倍，且集气瓶(20)侧壁与水槽(19)内壁粘合固定。4.根据权利要求1所述的一种金属铝
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水反应制氢的试验系统，其特征在于，所述冷凝装置(14)由多级冷凝管组成，其气体入口处的排气管(11)上设置有滤尘管(12)；所述滤尘管(12)由装填填充物的竖式管组成，其底部与集水瓶(13)连接；所述滤尘管(12)内的填充物采用石英砂或者石英棉。5.根据权利要求1所述的一种金属铝
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水反应制氢的试验系统，其特征在于，所述冷凝装置(14)气体出口设置有集气旋钮开关(15)；集气瓶(20)底部的抽气管(24)上设置有抽气旋钮开关(21)。6.根据权利要求5所述的一种金属铝
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【专利技术属性】
技术研发人员：向小凤，白文刚，张波，高炜，杨玉，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：