CN114832622B - 基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳 - Google Patents

基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳 Download PDF

Info

Publication number
CN114832622B
CN114832622B CN202210399026.2A CN202210399026A CN114832622B CN 114832622 B CN114832622 B CN 114832622B CN 202210399026 A CN202210399026 A CN 202210399026A CN 114832622 B CN114832622 B CN 114832622B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silk screen
hydrogen
protective shell
reactor
wire mesh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210399026.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114832622A (zh
Inventor
于新海
袁帅帅
姚馨琪
张汝行
涂善东
李传东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN202210399026.2A priority Critical patent/CN114832622B/zh
Publication of CN114832622A publication Critical patent/CN114832622A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114832622B publication Critical patent/CN114832622B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/88Handling or mounting catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8671Removing components of defined structure not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8668
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/88Handling or mounting catalysts
    • B01D53/885Devices in general for catalytic purification of waste gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04Protecting sheathings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/14Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge constructed of aluminium; constructed of non-magnetic steel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/10Single element gases other than halogens
    • B01D2257/108Hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/01Reinforcing or suspension means
    • F17C2203/011Reinforcing means
    • F17C2203/012Reinforcing means on or in the wall, e.g. ribs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636Metals
    • F17C2203/0646Aluminium
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳,包括设置在氢气瓶外周的双层中空状保护壳以及填装在保护壳内部的丝网反应器;本专利发明丝网反应器结合离心法涂敷超疏水消氢催化剂的氢气瓶保护外壳,该金属丝网的结构具有优异传热传质性能和大的比表面积,本身拥有天然的氢气熄火功能,可确保消氢反应的安全,再结合离心法将超疏水消氢催化剂涂敷于丝网上,能够稳定有效地将泄露氢气消除。本发明保护壳层稍加改变便可布置于任何氢储运的装置或场所,如加氢站、氢燃料电池汽车、氢燃料电池轮船等,均可以有效地将泄漏的氢气消除。

Description

基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳
技术领域
本发明属于氢气防爆技术领域,具体涉及一种基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳。
背景技术
环境污染和能源危机是21世纪人类所面临的巨大挑战。随着经济的发展,人口数量的增加,对于能源的需求越来越大,而作为能源消费结构中的主体,化石燃料的储备量正逐年减少以及巨大的环境压力迫使人们面临着开发新型高效能源的需求,目前为止,氢能由于其燃烧后无污染和高的能量密度等被视为理想的未来能源。但氢能开发和应用过程中存在着一些棘手的问题,如何实现氢能装备在生产、储运、加注和使用全链条过程中“耐高压、高密封及燃爆安全”等性能的全面要求就是其中之一。氢气无色无味,为目前已知最轻的气体。常温下氢气性质稳定,但在点燃或加热等条件下,氢气能够与助燃剂发生反应,放出大量热量,甚至于触发链式反应,不受控制,对周围环境造成极大的破坏。氢气***条件非常宽泛,在氧气中的体积浓度为4~94%,在空气中的体积浓度为4~75%,均可能发生氢燃、氢爆。氢安全问题已经充斥在氢气的制、储、运和加氢站、用氢等各个环节。
氢气的一个主要的应用场景和燃料电池相结合。质子交换膜燃料电池作为新一代的燃料电池,因其工作温度低、启动快、比功率高等优点,拥有广泛的市场前景。目前在燃料电池汽车上主要使采用高压氢气瓶供氢。一旦氢气瓶发生泄露,若得不到及时处理,在封闭和半封闭空间将会带来极大的安全隐患。目前,关于氢气的消除有稀释法、催化燃烧法和微反应催化氧化法。发明专利CN101409353B和发明专利CN103474685A引入空气对氢气进行稀释,但稀释法需要大的储罐和附加装置,无法用于燃料电池汽车高压氢气瓶泄漏氢气的消除。催化燃烧法主要用于核电站的非能动氢复合器,消除核电站事故时产生的氢气,但非能动氢复合器目前普遍采用的金属板作为载体的设计未能确保板间距小于氢气燃烧的熄火半径,无法确保车高压氢气瓶泄漏消氢过程的本质安全。由于微反应器流道尺寸具有微米级的结构特征,能够有效地阻断链式效应,使消氢反应即便在氢气***区间内也能够安全进行。发明专利ZL201510136906.0采用涂有疏水Pt-Al2O3催化剂的铁铬铝板,对氢燃料电池的尾气进行催化处理,实现潮湿氛围下氢燃料电池尾气高效的处理。发明专利ZL201610936892.5将疏水Pd/Pt-Al2O3催化剂涂敷在铁铬铝金属板上,该金属板安装在氢气阀门填料压盖内外壁面开有的凹槽内,常温下实现高效的氢气阀门填料处氢气的高效消除。但目前报道的微反应催化氧化消氢是在封闭的微小直流道内进行,由于高压氢气瓶(包含瓶上的氢气阀)结构不规则,规则的微小直流道设计难以适用,目前的微反应催化氧化消氢装置无法用于车载高压氢气瓶泄漏氢气的消除。综上所述,燃料电池车载高压氢气瓶泄漏氢气高效消除方法尚无报道。
针对以上问题,本专利将丝网反应器特有的熄火功能与Pt系消氢催化剂涂层方法相结合,通过独创的离心法涂敷技术,将催化剂涂层牢固地涂敷于丝网之上,并通过催化剂表面超疏水处理降低消氢催化剂受水毒化的程度,进而将涂覆有催化剂涂层的丝网填装在高压氢气瓶的保护壳内部,实现高压氢气瓶泄漏氢气的高效和安全消除。即使消氢催化剂涂层发生失效,丝网反应器所特有的熄火功能也可有效降低泄露氢气在高压氢气瓶表面燃烧的风险。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
鉴于目前各类有关消氢装置的种种缺陷,如消氢反应装置难于和高压氢气瓶相匹配等。本发明提出一种基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳、制备方法及应用,得以有效解决上述各类问题。同时本发明还在于提出了一种丝网结构反应器的离心法涂覆催化剂方法。
本发明开发了一种基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳的方法,所述消氢装置由FeCrAl金属丝网并结合离心涂敷法将超疏水消氢催化剂涂敷于反应器上,金属丝网的结构具有优异传热传质性能和大的比表面积,其缠绕结构拥有天然的氢气熄火功能,可保证消氢反应的绝对安全,再结合离心法将超疏水消氢催化剂涂敷于丝网上,能够稳定有效地将泄露氢气消除。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点,提供了一种基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳,包括设置在氢气瓶外周的双层中空状保护壳以及填装在保护壳内部的丝网反应器;其中丝网反应器的制作方法包括以下步骤:
步骤(1)、控制丝网的孔隙率,按照保护壳内部空间形状将丝网压制成型,将压制成型后的丝网结构进行预处理,再将预处理后的丝网结构焙烧使其表面生成Al2O3薄膜;
步骤(2)、配制Pt-Al2O3消氢催化剂浆料,浆料配比为氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1-2g:1-2ml:2-4ml:0.8-2mg:0.8-2.4ml,再将焙烧处理的丝网结构浸入催化剂浆料中3-15min;
步骤(3)、将焙烧处理后的丝网结构从催化剂浆料中取出,并放入低速离心机中在1500rpm-3000rpm下离心处理5-10min;
步骤(4)、将离心处理后的丝网结构悬挂干燥5-15min,随后再次浸泡于催化剂浆料中,如此反复1-5次,直至最后一次干燥结束后,丝网与催化剂涂层质量比约为29-50:1;
步骤(5)、将上述涂敷催化剂后的丝网结构干燥、焙烧、还原,得到丝网反应器;
步骤(6)、将涂敷有消氢催化剂涂层的丝网反应器进行超疏水处理;
步骤(7)、将超疏水处理后的丝网反应器填装在所述保护壳内部空间,形成保护夹层。优选的,所述步骤(1)中,丝网结构的孔隙率为50%-90%,丝网结构的预处理方法为:将丝网结构浸泡在丙酮溶液中并进行超声处理,随后将丝网结构浸泡在5wt.%的氢氧化钠溶液中浸泡时间为20min。
优选的,所述步骤(1)中采用的丝网为FeCrAl金属丝网,FeCrAl金属丝网包括以下质量百分比含量的铁55~70%,铬18~28%,铝10~24%。
优选的,所述步骤(5)中,涂覆催化剂后的丝网置于干燥箱中120℃温度下干燥处理2h,而后在马弗炉中以4℃·min-1的速率升温至400℃,在空气氛围中焙烧2h,随炉冷却;在疏水改性之前,将涂覆有Pt-Al2O3催化剂涂层的丝网经过氢气的还原预处理,实验条件为:在20%H2,Ar保护气氛围下,300℃温度下还原2h。
优选的,所述步骤(6)中,丝网结构完全浸泡于一定浓度乙醇水溶液中6h,随后将丝网结构用去离子水清洗,在干燥箱中在60℃下干燥6h后,将丝网结构浸泡于2wt.%全氟三乙基甲硅烷的乙醇溶液中24h,在此期间全氟三乙基甲硅烷与丝网结构载体表面羟基之间发生偶联反应。
优选的,所述FeCrAl金属丝网的组分为:包括以下质量百分比含量的铁63%,铬21%,铝16%;
催化剂浆料配比为氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g:1ml:2.4ml:1mg:1ml,丝网结构的浸泡时间为5min;离心机设定转速为2000rpm,离心时间为5min;离心处理后的丝网结构单次干燥时间为10min;将离心处理后的丝网结构悬挂干燥10min,再次浸泡于催化剂浆料中,如此重复1-5次,优选3-5次。至干燥后丝网结构与催化剂涂层的质量比为30:1。
优选的,所述保护壳内外层均采用铝合金板,内外层铝合金板上均匀开设有贯穿的小孔。
优选的,所述保护壳包括保护盖和保护壳本体,所述保护盖设置在氢气瓶阀门接头处,所述保护盖和保护壳本体采用双层保护壳结构,所述保护盖与保护壳本体采用法兰连接,所述保护盖的夹层内填充有丝网反应器,所述保护壳本体底部通过法兰连接一底座,所述底座为采用双层保护壳结构,所述底座的夹层内填充有丝网反应器。
本发明至少包括以下有益效果:
1、本专利发明丝网反应器结合离心法涂敷超疏水消氢催化剂的氢气瓶保护外壳,该金属丝网的结构具有优异传热、传质性能和大的比表面积,本身拥有天然的氢气熄火功能,可确保消氢反应的安全,再结合离心法将超疏水消氢催化剂涂敷于丝网上,能够稳定有效地将泄露氢气完全消除。
2、本发明保护壳层稍加改变便可布置于任何氢储运的装置或场所,如加氢站、氢燃料电池汽车、氢燃料电池轮船等,均可以有效将泄漏的氢气消除。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明氢气保护壳层侧视图;
图2是采用相同催化剂配比及涂覆工艺下不同丝网尺寸在实施案例中消氢性能测试结果;
图3是催化剂浆料配比对负载量影响示意图;
图4是不同离心转速涂覆工艺下结合力测试图;
图5是本发明氢气保护壳层内部结构示意图;
图6是本发明氢气保护壳层内部结构分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本专利所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明的涂敷有消氢催化剂的丝网反应器比表面积大,单位体积内可负载催化剂多,当氢气瓶发生泄漏时,可及时将泄露氢气反应消除,且丝网结构本身拥有熄火功能,可确保消氢反应的安全。
为了便于测试本发明产品的消氢效果,设计了2组不同尺寸的丝网反应器。
实施例1
Figure BDA0003598846530000051
(直径×高度)丝网催化剂涂层制备:
丝网的基体材料为FeCrAl合金,将丝网压制成目标形状,控制丝网结构的初始质量在29g左右。首先进行预处理,将丝网结构采用丙酮溶液浸泡超声,后用去离子水洗净;然后在配置的5wt.%的氢氧化钠溶液中浸泡超声20min,以去离子水洗净。随后将丝网结构放入马弗炉中焙烧,以4℃·min-1升至900℃,保温2h,随炉冷却。再将焙烧后的丝网浸渍于催化剂浆料中(催化剂浆料配比为氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g:1ml:2.4ml:1mg:1ml),取出后将丝网放入离心机内离心,转速设定2000rpm,离心时间5min,后室温干燥10min。如此反复5次直至丝网增重大约1g。随后将丝网置于干燥箱120℃干燥2h后,在马弗炉的空气氛围中以4℃·min-1升至400℃,保持400℃2h,随炉冷却。
在疏水改性之前,将涂覆有Pt-Al2O3催化剂涂层的丝网经过氢气的还原处理,实验条件为20%H2,Ar保护气氛围下,300℃温度下还原2h。最后将丝网完全浸泡于一定浓度乙醇水溶液中6h以增加表面的羟基密度,随后将丝网用去离子水清洗,在干燥箱中60℃下干燥6h后将丝网浸泡于2wt.%全氟三乙基甲硅烷乙醇溶液24h,在此期间全氟三乙基甲硅烷与载体表面羟基之间发生偶联反应。
性能验证1
实验条件:反应气体组成为4%H2和96%Air,反应气体经过干燥,反应温度为313K,空速选择为15000ml g-1h-1
Figure BDA0003598846530000052
(直径×高度)丝网涂覆有1g催化剂。为避免管路中残留气体对测量结果的影响,第一个数据点测于将混合气接入反应器后的5min。在反应的140min内,反应器出口氢气浓度维持在20~40ppm之间,表明丝网反应器的消氢催化性能优异,且非常稳定,实验结果如图2。同时此丝网孔隙率为70%,孔隙小于氢气的淬熄半径(0.3mm),故该丝网反应器能够有效的抑制氢燃烧***的发生,可确保消氢反应的安全,有实际的应用价值。
实施例2
Figure BDA0003598846530000061
(直径×高度)丝网催化剂涂层制备:
丝网的基体材料为FeCrAl合金,将丝网压制成目标形状,控制丝网结构的初始质量在20g左右。首先进行预处理,将丝网结构采用丙酮溶液浸泡超声,后用去离子水洗净;然后在配置的5wt.%的氢氧化钠溶液中浸泡超声20min,以去离子水洗净。随后将丝网结构放入马弗炉中焙烧,以4℃·min-1升至900℃,保温2h,随炉冷却。再将焙烧后的丝网浸渍于催化剂浆料中(催化剂浆料配比为氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g:1ml:2.4ml:1mg:1ml),取出后将丝网放入离心机内离心,转速设定2000rpm,离心时间5min,后室温干燥10min。如此反复5次直至丝网增重大约0.6g。随后将丝网置于干燥箱120℃干燥2h后,在马弗炉的空气氛围中以4℃·min-1升至400℃,保持400℃2h,随炉冷却。
在疏水改性之前,将涂覆有Pt-Al2O3催化剂涂层的丝网经过氢气的还原处理,实验条件为20%H2,Ar保护气氛围下,300℃温度下还原2h。最后将丝网完全浸泡于一定浓度乙醇水溶液中6h以增加表面的羟基密度,随后将丝网用去离子水清洗,在干燥箱中60℃下干燥6h后将丝网浸泡于2wt.%全氟三乙基甲硅烷乙醇溶液24h,在此期间全氟三乙基甲硅烷与载体表面羟基之间发生偶联反应。
性能验证2
实验条件:反应气体组成为4%H2和96%Air,反应气体经过干燥,反应温度为303K,空速选择为15000ml g-1h-1,所选用的丝网上涂敷大约有0.6g催化剂。为避免管路中残留气体对测量结果的影响,第一个数据点测于将混合气接入反应器后的5min。在反应的140min内,反应器出口氢气浓度维持在10~30ppm之间,表明丝网反应器的消氢催化性能优异,且非常稳定,实验结果如图2。同时此丝网缠绕方式形成的空隙小于氢气的淬熄半径(0.3mm),故该丝网反应器能够有效的抑制氢燃烧***的发生,可确保消氢反应的安全,有实际的应用价值。
由图3可见,离心法涂覆工艺中,催化剂浆料的配比(氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇)很大程度的影响了丝网上催化剂的负载量。随着催化剂浆料黏度增大,通过浸渍离心法后负载于丝网上的催化剂量随之增加。但当催化剂浆料黏度过大时,会出现搅拌困难,活性组分分散不均匀,催化剂性能不佳从而影响反应器性能。图3考察了四种配比下的负载量关系:(a)氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g:1ml:2ml:1mg:1ml;(b)氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g:1ml:2.4ml:1mg:1ml;(c)氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g:1ml:2.8ml:1mg:1ml;(d)氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g:1ml:3.2ml:1mg:1ml。
在超声波功率和频率分别为200W和52kHz的条件下,研究了不同离心转速下涂覆的丝网反应器表面催化剂涂层的附着力。由图4可见,当离心转速为1500rpm时,涂覆的丝网在超声振动的过程中催化剂脱落量相较于离心转速为2000/3000rpm时更多。但是2000rpm与3000rpm涂覆的催化剂在超声振动过程中脱落量几乎一致。因此在2000rpm时涂覆催化剂结合力已达到最佳。
由上述实验得出在离心法涂覆催化剂时,采用催化剂浆料配比为氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g:1ml:2.4ml:1mg:1ml为最佳;而对于丝网反应器的催化剂涂覆量则应控制在丝网反应器本体质量的0.033倍左右时,相对应产生的压降最小;离心机的转速设定为2000rpm/min时便可以使得所涂催化剂其结合力已达最佳,本发明专利中的丝网结构通过上述加工工艺进行催化剂涂覆,得到具有消氢功能的丝网反应器。
本发明提供了一种基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳,如图1和5、6所示,氢气瓶保护外壳包括设置在氢气瓶外周的双层中空状保护壳以及填装在保护壳内部的丝网反应器400;并且所述保护壳内外层均采用铝合金板,内外层铝合金板上均匀开设有贯穿的宏观孔,使得氢气瓶保护外壳内外流通,保护外壳将氢气瓶包络在其中,当氢气瓶发生泄漏时,泄漏的氢气透过内层铝合金板进入夹层中,被丝网反应器反应吸收,控制氢气的泄漏浓度,结合丝网反应器丝网缠绕间隙小于氢气的淬火半径(0.3mm),故该丝网反应器能够有效的抑制氢燃烧***的发生,保证实验的绝对安全,有实际的应用价值。夹层中的气体可以通过镂空的外层铝合金板向外流出,避免气体在夹层中憋气,增加内压,当氢气发生泄漏时,气体可以内外流动,提升氢气与丝网反应器的接触率,从而提升对泄漏氢气的吸收率。
具体的,所述保护壳包括保护盖300和保护壳本体100,所述保护盖300设置在氢气瓶阀门接头处,用于包络凸出来的氢气瓶阀门接头,所述保护盖300和保护壳本体100均采用双层保护壳结构,所述保护盖300与保护壳本体100采用法兰510连接,所述保护盖300的夹层内填充有丝网反应器400,所述保护壳本体100底部通过法兰520连接一底座600,所述底座600为采用双层保护壳结构,所述底座600的夹层内填充有丝网反应器400。
保护壳本体100的内层铝合金板220和外层铝合金板210,内层铝合金板220上开设有宏观孔120,外层铝合金板210上开设有宏观孔110,保护盖300的内层铝合金板上开设有宏观孔320,外层铝合金板上开设有宏观孔310。
保护壳本体100套设在将氢气瓶外周,保护壳本体100底部通过法兰520和底座600连接,将保护盖300通过法兰510安装在保护壳本体100顶部,从而将氢气瓶完全包括在双层保护壳中,双层保护壳中填充有利用本发明方法制作的具有消氢功能丝网反应器,通过双层保护壳的镂空结构与内侧空间连通,反应吸收可能从氢气瓶中泄露出来的氢气,结合丝网反应器丝网缠绕间隙小于氢气的淬火半径(0.3mm),有效的抑制氢燃烧***的发生。
由上所述,本专利发明丝网反应器400结合离心法涂敷超疏水消氢催化剂的氢气瓶保护外壳,该金属丝网的结构具有优异传热传质性能和大的比表面积,本身拥有天然的氢气熄火半径,阻止了氢气泄漏后燃烧***的可能,再结合离心法将超疏水消氢催化剂涂敷于丝网上,能够稳定有效的将泄露氢气完全消除。本发明保护壳层稍加改变便可布置于任何可产氢、存氢的装置或场所,如核电站、储氢场所、氢燃料电池汽车等,均可以有效将氢气消除。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳,其特征在于,包括设置在氢气瓶外周的双层中空状保护壳以及填装在保护壳内部的丝网反应器;其中丝网反应器的制作方法包括以下步骤:
步骤(1)、控制丝网的孔隙率,按照保护壳内部空间形状将丝网压制成型,将压制成型后的丝网结构进行预处理,再将预处理后的丝网结构焙烧使其表面生成Al2O3薄膜;
步骤(2)、配制Pt- Al2O3消氢催化剂浆料,浆料配比为氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1-2g : 1-2ml : 2-4ml : 0.8-2mg : 0.8-2.4ml,再将焙烧处理的丝网结构浸入催化剂浆料中3-15min;
步骤(3)、将焙烧处理后的丝网结构从催化剂浆料中取出,并放入低速离心机中在1500rpm-3000rpm下离心处理5-10min;
步骤(4)、将离心处理后的丝网结构悬挂干燥5-15min,随后再次浸泡于催化剂浆料中,如此反复1-5次,直至最后一次干燥结束后,丝网与催化剂涂层质量比为29-50 : 1;
步骤(5)、将上述涂敷催化剂后的丝网结构干燥、焙烧、还原后得到丝网反应器;
步骤(6)、将涂敷有消氢催化剂涂层的丝网反应器进行超疏水处理;
步骤(7)、将超疏水处理后的丝网反应器填装在所述保护壳内部空间,形成保护夹层;
其中,所述步骤(1)中,丝网结构的孔隙率为50%-90%,丝网结构的预处理方法为:将丝网结构浸泡在丙酮溶液中并进行超声处理,随后将丝网结构在5wt.%的氢氧化钠溶液中浸泡20min;所述步骤(5)中,涂敷后的丝网结构置于干燥箱中120 ℃温度下干燥处理 2h后,在马弗炉中以4℃·min-1的速率升温至400℃,在空气氛围中焙烧 2 h,随炉冷却;在疏水改性之前,将Pt-Al2O3催化剂涂层经过氢气的还原预处理,实验条件为:在20% H2,Ar保护气氛围下,300℃温度下还原2h;所述步骤(6)中,丝网结构完全浸泡于一定浓度乙醇水溶液中6h,随后将丝网结构用去离子水清洗,在干燥箱中在60℃下干燥6h后,将丝网结构浸泡于2wt.% 全氟三乙基甲硅烷的乙醇溶液中24h,在此期间全氟三乙基甲硅烷与丝网结构载体表面羟基之间发生偶联反应;所述保护壳内外层均采用铝合金板,内外层铝合金板上均匀开设有贯穿的宏观孔。
2.如权利要求1所述的基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳,其特征在于,所述步骤(1)中采用的丝网为FeCrAl金属丝网,FeCrAl金属丝网包括以下质量百分比含量的铁55~70%、铬18~28%、铝10~24%。
3.如权利要求2所述的基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳,其特征在于,所述FeCrAl金属丝网包括以下质量百分比含量的铁63%、铬21%、铝16%;
催化剂浆料配比为氧化铝:浓硝酸:去离子水:氯铂酸:乙醇=1g : 1ml : 2.4ml :1mg: 1ml,丝网结构的浸泡时间为5min;离心机设定转速为2000rpm,离心时间为5min;离心处理后的丝网结构单次干燥时间为10min;将离心处理后的丝网结构悬挂干燥10min,再次浸泡于催化剂浆料中,直到干燥后丝网结构与催化剂涂层的质量比为30:1。
4.如权利要求3所述的基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳,其特征在于,所述保护壳包括保护盖和保护壳本体,所述保护盖设置在氢气瓶阀门接头处,所述保护盖和保护壳本体采用双层保护壳结构,所述保护盖与保护壳本体采用法兰连接,所述保护盖的夹层内填充有丝网反应器,所述保护壳本体底部通过法兰连接一底座,所述底座为采用双层保护壳结构,所述底座的夹层内填充有丝网反应器。
CN202210399026.2A 2022-04-15 2022-04-15 基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳 Active CN114832622B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210399026.2A CN114832622B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210399026.2A CN114832622B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114832622A CN114832622A (zh) 2022-08-02
CN114832622B true CN114832622B (zh) 2023-06-20

Family

ID=82565107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210399026.2A Active CN114832622B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114832622B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101015806A (zh) * 2007-02-15 2007-08-15 浙江工业大学 一种金属丝网型催化燃烧催化剂及其制备和应用
CN102125836A (zh) * 2010-12-30 2011-07-20 青岛科技大学 一种用于硼氢化物水解制氢的整体催化剂及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104733758B (zh) * 2015-03-26 2017-03-15 华东理工大学 一种燃料电池尾气催化处理的装置及其方法
CN105390168B (zh) * 2015-10-23 2017-08-25 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 具有防爆功能的消氢单元
CN106402475B (zh) * 2016-10-25 2018-09-18 华东理工大学 具有泄露氢气去除功能的氢气阀门
CN110459787A (zh) * 2019-08-26 2019-11-15 广东国鸿氢能科技有限公司 一种氢燃料电池消氢装置
CN212625685U (zh) * 2020-06-30 2021-02-26 北京佳安氢源科技股份有限公司 一种用于氢燃料电堆的氢气消除***
CN213896017U (zh) * 2020-10-19 2021-08-06 武汉威蒙环保科技有限公司 一种柱形催化消氢装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101015806A (zh) * 2007-02-15 2007-08-15 浙江工业大学 一种金属丝网型催化燃烧催化剂及其制备和应用
CN102125836A (zh) * 2010-12-30 2011-07-20 青岛科技大学 一种用于硼氢化物水解制氢的整体催化剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114832622A (zh) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7378450B2 (en) Aerogel and metallic compositions
CN107552083A (zh) 一种FeP/C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用
CN103435320B (zh) 一种高性能气凝胶复合材料及其制备方法和设备
CN108987687A (zh) 一种低温锂离子电池石墨负极材料及其制备方法
CN114832622B (zh) 基于丝网反应器消氢功能的高压氢气瓶保护外壳
KR100974932B1 (ko) 수소 제거용 수소 재결합기 제조방법
CN106960962A (zh) 一种聚苯胺包覆碳载体的铂基脱合金燃料电池催化剂及其制备方法
CN114094268B (zh) 一种动力电池防护装置及防护方法
CN102400745B (zh) 一种三元催化器及其催化层的涂覆方法
CN102533390B (zh) 一种催化煤直燃的夹层核壳结构铁基载氧体及其制备方法
CN110553275B (zh) 一种用于密闭体系的消氢器及消氢方法
CN104733758A (zh) 一种燃料电池尾气催化处理的装置及其方法
CN106784837A (zh) 一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法
CN110518168A (zh) 一种电池包热失控防护***
CN106402475A (zh) 具有泄露氢气去除功能的氢气阀门
Patermarakis et al. Catalysis over porous anodic alumina film catalysts with different pore surface concentrations
CN208393638U (zh) 一种基于光催化氧化法惰化燃油箱的装置
CN114628706A (zh) 质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法
CN110010906B (zh) 一种高氧还原活性的Pt/TiN@CN催化剂及其制备方法和应用
CN113231062B (zh) 一种含Pt汽油车三效催化剂及其制备方法
CN110828837B (zh) 燃料电池用高性能碳载型PtPb纳米片催化剂及其制备方法
CN107020138B (zh) 一种负载型Pd催化剂及其制备方法和应用
CN108583915A (zh) 一种基于光催化氧化法惰化燃油箱的装置
CN113769750B (zh) 一种简便的NiO@C纳米粉末的制备方法及其在储氢材料中的应用
CN111330570A (zh) 一种汽油车三效催化剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Yu Xinhai

Inventor after: Yuan Shuaishuai

Inventor after: Yao Xinqi

Inventor after: Zhang Ruxing

Inventor after: Tu Shandong

Inventor after: Li Chuandong

Inventor before: Yu Xinhai

Inventor before: Yuan Shuaishuai

Inventor before: Yao Xinqi

Inventor before: Zhang Ruxing

Inventor before: Tu Shandong

Inventor before: Li Chuandong