[發(fā)明專利]一種金屬鋁-水反應(yīng)制氫的試驗系統(tǒng)與方法

在審

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• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113655172A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向小鳳;白文剛;張波;高煒;楊玉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司;華能集團技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發(fā)明一種金屬鋁?水反應(yīng)制氫的試驗系統(tǒng)與方法，系統(tǒng)包括恒溫反應(yīng)系統(tǒng)，集氣系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)；恒溫反應(yīng)系統(tǒng)包括水浴鍋和密封反應(yīng)器；密封反應(yīng)器為立式圓筒狀，底部置于水浴鍋內(nèi)，頂部通過帶小孔的頂蓋設(shè)有抽氣針管，側(cè)壁上連接測量記錄裝置；集氣系統(tǒng)包括集水瓶、冷凝裝置、水槽和集氣瓶；集氣瓶為豎式圓管，頂端封口，底部設(shè)呈縮徑開口的集氣瓶縮徑，側(cè)壁上設(shè)有刻度線，且集氣瓶0刻度線位于上方，內(nèi)部通過設(shè)置的集氣管與冷凝裝置氣體出口連通；集氣瓶縮徑一側(cè)與水槽內(nèi)壁固定；冷凝裝置底部液體出口連接集水瓶，頂部氣體入口通過與抽氣針管出口連通，氣體出口連接集氣管；抽氣系統(tǒng)包括抽氣泵，通過集氣瓶頂端的抽氣管與集氣瓶內(nèi)部連通。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬鋁燃料儲能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種金屬鋁-水反應(yīng)制氫的試驗系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

面對化石燃料消耗殆盡的嚴峻形勢，可再生能源的綜合利用受到關(guān)注。其中，氫燃料具有較高的化學(xué)能量，燃燒產(chǎn)物無毒環(huán)保，是前景良好的化石燃料替代品。但氫的制取成本較高，通過金屬鋁-水反應(yīng)制氫是近年來的研究熱點，而且金屬鋁-水制氫可在需要的時候直接制取，避免了氫的儲存和運輸安全問題。

國內(nèi)外很多研究集中于鋁粉燃燒在不同氣氛中的燃燒特性，如鋁粉在空氣或者氮氣氣氛中的反應(yīng)，對鋁粉在水蒸氣環(huán)境中燃燒的研究較少。鋁粉與水反應(yīng)燃燒主要分為鋁粉顆粒的點火過程，如鋁粉顆粒的點火機理研究、鋁粉燃燒的火焰結(jié)構(gòu)研究等，以及鋁-水燃燒過程的研究，如鋁-水燃燒特性研究、鋁-水燃燒模型研究等。相較于國外的鋁-水基燃料研究，國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，但在金屬鋁-水基燃料的反應(yīng)方面進行了一系列的探索，如助燃劑濃度對燃燒啟動速度的影響，以及金屬鋁-水反應(yīng)的熱力學(xué)特性分析等。

但其存在的問題在于，對于金屬鋁-水反應(yīng)制氫過程，鋁粉表面有一層致密的氧化膜，且在燃燒過程中易出現(xiàn)高溫熔化凝聚，從而堆積燃燒形成結(jié)渣，抑制了內(nèi)部單質(zhì)鋁的氧化反應(yīng)，造成鋁粉不完全燃燒現(xiàn)象，使其燃燒效率降低，不能滿足鋁粉利用率最大化；而且對于水蒸氣存在的濕環(huán)境條件，鋁水反應(yīng)產(chǎn)氫量和產(chǎn)氫速度的影響，少有報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種金屬鋁-水反應(yīng)制氫的試驗系統(tǒng)與方法，設(shè)計合理，操作簡單，效果明顯，燃燒完全，燃燒效率較高。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種金屬鋁-水反應(yīng)制氫的試驗系統(tǒng)，包括恒溫反應(yīng)系統(tǒng)，集氣系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)；

所述恒溫反應(yīng)系統(tǒng)包括水浴鍋和密封反應(yīng)器；所述密封反應(yīng)器為立式圓筒狀，底部置于水浴鍋內(nèi)，頂部通過帶小孔的頂蓋設(shè)置有抽氣針管，側(cè)壁上連接有測量記錄裝置；

所述集氣系統(tǒng)包括集水瓶、冷凝裝置、水槽和集氣瓶；所述集氣瓶為豎式圓管，頂端封口，底部設(shè)置有呈縮徑開口的集氣瓶縮徑，側(cè)壁上設(shè)置有刻度線，且集氣瓶0刻度線位于上方，內(nèi)部通過設(shè)置的集氣管與冷凝裝置的氣體出口連通；所述集氣瓶縮徑的一側(cè)與水槽內(nèi)壁固定；所述冷凝裝置底部的液體出口連接集水瓶，頂部的氣體入口通過設(shè)置的排氣管與抽氣針管的出口連通，氣體出口連接集氣管；

所述抽氣系統(tǒng)包括抽氣泵，通過集氣瓶頂端的抽氣管與集氣瓶內(nèi)部連通。

進一步的，所述集氣管一端通過集氣瓶縮徑的底端開口伸入集氣瓶內(nèi)，且與集氣瓶軸向平行，出口端高于水槽且位于集氣瓶0刻度線以下。

進一步的，所述集氣瓶縮徑的底端半徑為集氣管半徑的-倍，且集氣瓶側(cè)壁與水槽內(nèi)壁粘合固定。

進一步的，所述冷凝裝置由多級冷凝管組成，其氣體入口處的排氣管上設(shè)置有濾塵管；所述濾塵管由裝填填充物的豎式管組成，其底部與集水瓶連接；所述濾塵管內(nèi)的填充物采用石英砂或者石英棉。

進一步的，所述冷凝裝置氣體出口設(shè)置有集氣旋鈕開關(guān)；集氣瓶底部的抽氣管上設(shè)置有抽氣旋鈕開關(guān)。

更進一步的，所述抽氣旋鈕開關(guān)與抽氣泵之間還設(shè)置有緩沖瓶。