一种金属铝-水燃烧产物组成的试验分析系统及方法技术方案

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
‑
水燃烧产物组成的试验分析系统及方法


[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
‑
水燃烧产物组成的试验分析系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，现有的储能技术难以同时满足高能量密度、长周期、大规模和全球能源贸易等问题。与传统的碳氢燃料相比，金属燃料具有更高能量密度特性，其燃烧热是普通燃料的5
‑
20倍，如常用的金属燃料锂(Li)、铍(Be)、硼(B)、镁(Mg)、铝(Al)，对应的燃烧热分别为4.30
×
104kJ/kg、6.41
×
104kJ/kg、5.83
×
104kJ/kg、2.52
×
104kJ/kg、3.05
×
104kJ/kg，对应的密度分别为0.53g/cm3、1.85g/cm3、2.34g/cm3、1.74g/cm3、2.70g/cm3。其中，金属铝由于能量密度大、燃烧热值较高、且其燃烧氧化物无毒、铝资源储备丰富等诸多优点，铝粉作为金属燃料转化利用是近年来金属储能的研究热点之一。
[0003]氢燃料由于较高的化学能量142MJ/kg，对环境无毒无害，在可再生能源种类中，是最有前景的化石燃料替代品。但制氢成本高，且氢的储运困难不安全。而铝自然存在地球上，成本较低，无安全危险运输问题，利用铝
‑
水反应制氢，不仅可以有效的解决制氢的高成本，也解决了储运困难和不安全等缺点。
[0004]国外早在20世纪40年代针对铝
‑
水反应产氢就进行了研究，而国内起步较晚，主要在铝
‑
水燃烧特性实验研究方面，通过考察过程中的关键参数，如压力、铝粉粒径、燃烧温度、铝水摩尔比等，对燃烧速率、产氢率的影响，进行动力学分析，从而获得铝
‑
水反应产氢机理。
[0005]但其存在的问题在于，铝粉表面容易被氧化成一层致密的氧化膜，大大阻碍了铝
‑
水反应的进行。为了更好的研究铝
‑
水燃烧反应特性，通过增加不同添加剂后的燃烧试验进行对比，对传统意义上的燃烧反应特性试验影响因素进行考察，而目前对金属铝粉
‑
水燃烧产物的系统分析较少，不能从反应过程中的反应路径来推断燃烧过程的化学反应机理，对研究化学反应机理缺乏数据支持。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种金属铝
‑
水燃烧产物组成的试验分析系统及方法，设计合理，操作简单，效果明显。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]一种金属铝
‑
水燃烧产物组成的试验分析系统，包括反应单元，连接在反应单元上的产物收集分析单元；
[0009]所述反应单元包括石英管式炉，配气装置和点火装置；所述石英管式炉的顶端设置管式炉出口，底端设置密封端口，炉内设置多孔陶瓷板；所述密封端口连接配气装置和点火装置；
[0010]所述产物收集分析单元包括依次连接在管式炉出口的蛇形冷凝管、圆底烧瓶和二
氯甲烷萃取瓶，连接在二氯甲烷萃取瓶气相出口的气相分析单元，以及固液分离收集单元、固相分析单元和液相分析单元；所述圆底烧瓶和二氯甲烷萃取瓶置于冷凝水槽内；所述固液分离收集单元用于接入圆底烧瓶和二氯甲烷萃取瓶内的重组分混合物进行固液分离；固相分析单元接入固液分离后的固相，液相分析单元接入固液分离后的液相。
[0011]进一步的，所述固液分离收集单元采用过滤浓缩收集装置；所述过滤浓缩收集装置包括用于物料依次处理的混合瓶、浓缩仪和过滤仪；混合瓶用于对圆底烧瓶和二氯甲烷萃取瓶的固相萃取物进行混合，浓缩仪用于对混合后的固相萃取物进行浓缩；过滤仪永固将浓缩后的混合物进行固液分离，分离后的固体物质送入固相分析单元，液相物质送入液相分析单元。
[0012]进一步的，所述固液分离收集单元采用离心萃取收集装置；所述离心萃取收集装置包括离心萃取仪和过滤仪；离心萃取仪用于接入圆底烧瓶和二氯甲烷萃取瓶固相产物进行萃取；过滤仪用于将萃取后的产物进行固液分离处理，分离后的固相物质送入固相分析单元，液相物质送入液相分析单元。
[0013]进一步的，所述管式炉出口和圆底烧瓶入口之间串联设置多个蛇形冷凝管。
[0014]进一步的，所述二氯甲烷萃取瓶和气相分析单元之间依次设置有阀门和集气袋；所述二氯甲烷萃取瓶的气相出口还设置有氢氧化钠瓶。
[0015]进一步的，所述配气装置包括气瓶；所述气瓶出口连接密封端口；所述气瓶和密封端口之间依次设置有减压阀、电磁阀和气体流量控制器。
[0016]进一步的，所述气相分析单元采用GC
‑
MS分析仪；所述固相分析单元采用FTIR分析仪；所述液相分析单元采用FTIR分析仪。
[0017]一种金属铝
‑
水燃烧产物组成的试验分析方法，包括，
[0018]按照化学当量比配置铝粉、水，成为混合均匀的浆液，根据实验工况要求，混合一定比例的添加剂，分别计量并记录，混合均匀后作为铝粉混合物燃料备用；
[0019]将铝粉混合物燃料放置在多孔陶瓷板上，通过配气装置控制送入石英管式炉炉内气体的量；当炉内气体气氛稳定后，控制石英管式炉内温度达到设定值，点火装置使铝粉混合物燃料发生燃烧反应，反应后的产物从管式炉出口送出；
[0020]反应后的产物通过管式炉出口依次经过蛇形冷凝管和置于冷凝水槽内的圆底烧瓶冷凝，再进入二氯甲烷萃取瓶萃取生成气相产物和重组分混合物；
[0021]气相产物送入气相分析单元进行分析；
[0022]重组分混合物经过固液分离收集单元，分离成固相产物和液相产物；固相产物送入固相分析单元进行分析，液相产物送入液相分析单元进行分析。
[0023]进一步的，
[0024]所述固液分离收集单元还收集包括多次冲洗管式炉出口的出气口管路、多级的蛇形冷凝管和圆底烧瓶收集的二氯甲烷冲洗液，以及多孔陶瓷板上的反应残余物；
[0025]当固液分离收集单元采用过滤浓缩收集装置时，重组分混合物依次经过混合瓶、浓缩仪和过滤仪，完成固相产物和液相产物分离；固相产物送入固相分析单元进行分析，液相产物送入液相分析单元进行分析；
[0026]当固液分离收集单元采用过滤浓缩收集装置时，重组分混合物先依次经过混合瓶和过滤仪进行混合过滤，完成固相产物和液相产物分离；固相产物送入固相分析单元进行
分析，液相产物再经过浓缩仪的浓缩后送入液相分析单元进行分析；
[0027]当固液分离收集单元采用离心萃取收集装置时，重组分混合物依次经过离心萃取仪和过滤仪，完成固相产物和液相产物分离；固相产物送入固相分析单元进行分析，液相产物送入液相分析单元进行分析。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0029]本专利技术系统通过采用设置有多孔陶瓷板的石英管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属铝
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水燃烧产物组成的试验分析系统，其特征在于，包括反应单元，连接在反应单元上的产物收集分析单元；所述反应单元包括石英管式炉(7)，配气装置和点火装置(5)；所述石英管式炉(7)的顶端设置管式炉出口(11)，底端设置密封端口(6)，炉内设置多孔陶瓷板(8)；所述密封端口(6)连接配气装置和点火装置(5)；所述产物收集分析单元包括依次连接在管式炉出口(11)的蛇形冷凝管(12)、圆底烧瓶(13)和二氯甲烷萃取瓶(16)，连接在二氯甲烷萃取瓶(16)气相出口的气相分析单元(19)，以及固液分离收集单元、固相分析单元(23)和液相分析单元(24)；所述圆底烧瓶(13)和二氯甲烷萃取瓶(16)置于冷凝水槽(14)内；所述固液分离收集单元用于接入圆底烧瓶(13)和二氯甲烷萃取瓶(16)内的重组分混合物进行固液分离；固相分析单元(23)接入固液分离后的固相，液相分析单元(24)接入固液分离后的液相。2.根据权利要求1所述的一种金属铝
‑
水燃烧产物组成的试验分析系统，其特征在于，所述固液分离收集单元采用过滤浓缩收集装置；所述过滤浓缩收集装置包括用于物料依次处理的混合瓶(20)、浓缩仪(21)和过滤仪(22)；混合瓶(20)用于对圆底烧瓶(13)和二氯甲烷萃取瓶(16)的固相萃取物进行混合，浓缩仪(21)用于对混合后的固相萃取物进行浓缩；过滤仪(22)永固将浓缩后的混合物进行固液分离，分离后的固体物质送入固相分析单元(23)，液相物质送入液相分析单元(24)。3.根据权利要求1所述的一种金属铝
‑
水燃烧产物组成的试验分析系统，其特征在于，所述固液分离收集单元采用离心萃取收集装置；所述离心萃取收集装置包括离心萃取仪(25)和过滤仪(22)；离心萃取仪(25)用于接入圆底烧瓶(13)和二氯甲烷萃取瓶(16)固相产物进行萃取；过滤仪(22)用于将萃取后的产物进行固液分离处理，分离后的固相物质送入固相分析单元(23)，液相物质送入液相分析单元(24)。4.根据权利要求1所述的一种金属铝
‑
水燃烧产物组成的试验分析系统，其特征在于，所述管式炉出口(11)和圆底烧瓶(13)入口之间串联设置多个蛇形冷凝管(12)。5.根据权利要求1所述的一种金属铝
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水燃烧产物组成的试验分析系统，其特征在于，所述二氯甲烷萃取瓶(16)和气相分析单元(19)之间依次设置有阀门和集气袋(18)；所述二氯甲烷萃取瓶(16)的气相出口还设置有氢氧化钠瓶(17)。6.根据权利要求1所述的一种金属铝
‑
水燃烧产物组成的试验分析系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：向小凤，白文刚，高炜，杨玉，张波，
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：