CN105008270A - 通过与铝反应产生氢气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于铝与氢氧化物溶液中的水发生反应而通过与铝反应产生氢气的方法，包括在所述溶液中添加一元醇作为溶剂。一元醇是具有低密度、高汽化温度和低反应性的这类一元醇，优选为异丙醇、乙醇或生物乙醇。反应器首先装满铝，随后加入一元醇使得反应器完全装满。然后倒出部分一元醇，使得一元醇刚好覆盖铝，而剩下的空间被清空。然后根据氢气需求测量氢氧化物溶液。产生的氢气和一元醇蒸气在交换器中蒸馏。蒸馏的一元醇返回到反应器中，并且氢气经过过滤并储存。

Description

通过与铝反应产生氢气的方法
发明目的
本发明，如本说明权的标题所述，涉及一种通过与铝反应产生氢气的方法，该方法给旨在的功能带来随后将描述并且代表本申请领域的现有技术状态的改进的几个优点和创新特征。
更具体地讲，本发明的目的关注用于产生氢气的创新方法，其目的是用于燃料电池并且具有的特征是考虑在氢氧化物溶液中使用例如酒精的溶剂，从而在产生氢气中提供有权于铝与水反应的效果。
本发明的申请领域
本发明的申请领域落入专门用铝产生氢气用于燃料电池或其他工业用途的行业部门。
背景技术
历史上，用铝产生氢气所使用的方法基于在设置于具有水和试剂的反应器内的框中引入铝碎片；或者将铝变成粉末或纳米颗粒并将其与高温蒸汽结合；或者根据需权通过改变液位亦或连通器皿之间的压力或高度而将所有金属浸没在反应器中。
此外，有很多通过添加化学产物、汞合金和合金使铝与水反应的不同专权，本文不详细列出方法。
用铝的粉尘或纳米颗粒进行生产的问题是与原材料和环境有关的成本，所以优选的是从标准铝合金的产品或它们的废料来产生。
加速铝水反应以获得氢气的最普通的方法之一是使用例如氢氧化钠的碱，因为成本最低，原因在于在反应结束时回收氢氧化物并且未必需权能量输入。
这种反应如下：铝(固体)与水(液体)反应，并且获得氢氧化铝(固体)和氢气(气体)。
在原理上讲，氢氧化物仅用于去除金属表面上总是存在的氧化层。
Al(s)+H2O(liq)Al(OH)3(s)+3/2H2(g)
然而，由于氢氧化铝在铝的表面析出，当铝与水的接触被阻挡时反应停止。这就需权使用具有高浓度氢氧化钠的溶液进行生产以使氢氧化铝(固体)转化成溶解的铝酸钠(含水)。
使用高浓度氢氧化钠进行生产的一个问题在于反应更加剧烈，产生高温，产生的氢气的流速并不是随时间变化恒定的，并且氢气带走可能污染燃料电池的氢氧化钠颗粒。
浸渍铝或者在铝上定量配给液体进行生产所产生的另一个问题在于，当撤回液体或者液体沉积在铝上时所得的液滴在反应不活跃时会变成固态膜，这会延迟反应的重新启动。
因此，本发明的目的是开发一种通过铝与水反应来产生氢气的方法，该方法通过使用例如酒精的溶剂来避免上述问题，必须指出的是，至少申请人不知道存在具有与本文提出的受权权权权权保护的方法所呈现的这些特征相似的技术特性和本构特性的任何其他发明。
发明内容
因此，具体地，本发明提出了通过与铝发生反应并且在氢氧化物溶液中使用一元醇的一种产生用于燃料电池的氢气的方法。
在溶液或氢氧化钾溶液中添加一元醇有权于铝与水反应以便产生氢气。一元醇的优点在于它们不与铝发生反应，溶解氢氧化物，易混入水中并且具有比铝酸盐更小的密度。
一元醇的主权优点在于：
一元醇便于引入所有的铝到反应器中用于产生氢气并且避免用于铝的剂量的复杂的机械方法。
一元醇便于根据氢氧化钠溶液的剂量来控制并中断反应器所产生的氢气流速；一元醇允许停止以及快速实施。
一元醇便于通过醇类驱油来吹扫反应器中的空气。
一元醇便于排干反应器。
由于烧碱的密度低于溶液的密度而形成在最上方的薄膜，所以减少了烧碱颗粒的排放。
一元醇促进了铝薄片或铝颗粒与其搅拌之间的水共享，反应更加均匀。
一元醇便于控制反应，从而使所获得的氢气的反应和流速随时间变化更加恒定。
一元醇减少了反应器温度的迅速增加。
一元醇并不干涉反应，使得在滗析反应之后无法容易地回收一元醇。
在一元醇蒸发期间，一元醇带走通过蒸馏析出的氢氧化物的颗粒。
一元醇在溶液中所使用的浓度是占氢氧化钠重量的30％至40％以优化流速和所获得的总的氢气。
应该指出的是，根据使用不同的一元醇进行的试验，低密度的一元醇获得更好的结果。此外，在这些一元醇之中优选的是使用具有高汽化温度、低反应性和最佳价格的一元醇。
为此，异丙醇是优选的。再者，也可以使用乙醇和生物乙醇。
在异丙醇的优点之中，应当指出以下内容：
在超过60℃的温度下，在流速条件下的良好表现。
良好的铝氢量产率、低价格、低时间权重平均浓度的低毒性、便于控制蒸气的高沸点。
用异丙醇进行生产的缺点在于所获得的总氢气产率相比于理论产率大约是85％或90％。然而，这与添加少量的镁或氢氧化钾有关。
参照在反应器中使用乙醇进行生产的方法，步骤如下：
在反应器中填充条状、粒料、薄片、砖坯、压粉或片材形式的铝或铝合金。
将一元醇加入反应器中并且完全填满以去除内部空气。然后倒空部分一元醇使得一元醇仅覆盖铝，剩余的空间空置或者加入惰性气体或氢气。其他形式可以用于吹扫。
然后根据氢气需权定量氢氧化物溶液。
产生的氢气和酒精蒸气在交换器中蒸馏。
蒸馏的一元醇返回到反应器中。
氢气经过过滤并存储。
通过与铝发生反应来产生氢气的所述方法因此代表目前为止未知的结构特性和本构特性的创新，与其实用性结合的原因提供足够的依据来获得所申请的独占特权。
附图说明
为了实施正在进行的描述并且目的是为了帮助更好地理解本发明，一组附图附带在本说明权后作为说明权的不可分割的部分，在附图中用说明性的而非限制性的特征描述以下内容：
图1示出了在试验中使用一元醇和不使用一元醇所获得的氢气的流速之间的比较的曲线图。
图2示出了氢气生产的另一个比较图，在这种情况下添加剂未添加氢氧化镁。
图3示出了氢气流速与溶液的剂量流速之间的另一个比较图。
试验
在第一次试验中，对于30g 1mm厚的铝薄片的类似样品，根据以秒计的时间在具有异丙醇的一种溶液和其他不含酒精的一种溶液中用35％浓度的氢氧化钠获得的以升/分钟计的流速之间进行比较。通过立刻加入5ml溶液开始，随后以10毫升/分钟的计时逐滴加入，在250秒内增加定量给料。
如图1的曲线图所示，具有一元醇的溶液的流速用实线表示，不含一元醇的溶液的流速用虚线表示，可以看到，由于具有一元醇，对氢氧化钠剂量的变化更加迅速。当铝耗尽或者剂量减少时流速减小。
在第二次尝试中，将氢氧化镁的刮刀的顶端加入混合物中，并且观察到铝的量所获得的总的氢气产率增大。
接着，对于1mm厚纯度为85％的45g铝薄片，根据所获得的总的氢气(升)，比较在以10毫升/分钟的计时逐滴加入溶液的具有镁或不具有镁的35％浓度的烧碱所获的流速(以升/分钟计)。根据图2的曲线图，其中实线表示具有氢氧化镁的混合物中获得的氢气的演变，虚线表示不包含氢氧化镁的混合物中获得的氢气的演变，试验的结果值得赞赏。
关于定量给料，应当注意以下内容：
所获得的氢气的流速与添加的溶液的量成正比，从而提供足够的铝发生反应。它还取决于与反应池保持恒定的温度。
权注意的其他方面是薄片的厚度。
对于1mm厚的薄片以及60℃至75℃之间的温度，所获得的氢气的量大致等于0.3升/分钟的氢气每1毫升35％一元醇溶液/分钟。对于制造薄片混合物，它具有0.2升/分钟氢气每1毫升/分钟的35％一元醇溶液的量级。
图3的曲线图示出了对于含35重量百分比的氢氧化钠和200ml异丙醇的溶液(实线)、氢氧化镁刮刀的两个顶端以及100g 1mm厚的铝的根据产生的氢气的总量的氢气的流速(虚线)。
对于85％纯度的铝，总共获得115.5升氢气。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.通过与铝反应产生氢气的方法，根据任何金属形式的铝产生所述氢气，其特征在于，在反应器中共同容纳液体一元醇，并且其特征在于，在具有氢氧化物的溶液中加入的水。
 
2.根据权利要求1所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的一元醇选自密度低于1g/ml的一元醇，因为粘性减缓反应。
 
3.根据权利要求2所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的一元醇选自温度超过65℃以防止形成过量蒸气的一元醇。
 
4.根据权利要求1所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的一元醇是异丙醇。
 
5.根据权利要求1所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的一元醇是乙醇。
 
6.根据权利要求1所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的一元醇是生物乙醇。
 
7.根据权利要求1-6的任一项所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
    在反应器中填充条状、粒料、薄片、砖坯、压粉或片材形式的铝或铝合金；
    将一元醇加入反应器中并且完全填满以去除内部空气；然后倒空部分一元醇使得一元醇仅覆盖铝，剩余的空间空置；
    然后根据氢气需求定量氢氧化物溶液；
    产生的氢气和酒精蒸气在交换器中蒸馏；
    使蒸馏的一元醇返回到反应器中；
    过滤并存储氢气。

Claims (7)

1.通过与铝反应产生氢气的方法，根据任何金属形式的铝产生所述氢气，其特征在于，在反应器中共同容纳液体醇，并且其特征在于，在具有氢氧化物的溶液中加入的水。
2. 根据权利要求1所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的醇选自密度最低的醇之中。
3. 根据权利要求2所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的醇选自汽化温度较高而反应度较低的醇之中。
4. 根据权利要求1所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的醇是异丙醇。
5. 根据权利要求1所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的醇是乙醇。
6. 根据权利要求1所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所使用的醇是生物乙醇。
7. 根据权利要求1-6的任一项所述的通过与铝反应产生氢气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
    在反应器中填充条状、粒料、薄片、砖坯、压粉或片材形式的铝或铝合金；
    将醇加入反应器中并且完全填满以去除内部空气；然后倒空部分醇使得醇仅覆盖铝，剩余的空间空置；
    然后根据氢气需求定量氢氧化物溶液；
    产生的氢气和醇蒸气在交换器中蒸馏；
    使蒸馏的醇返回到反应器中；
    过滤并存储氢气。
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