【摘 要】
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氢燃料的使用范围非常广泛,无论是燃料电池还是燃料电池,在交通、工业、民用等领域都有广泛的应用,比如火箭、飞机、汽车、叉车、氢燃料电池等。目前,在工业生产中,通常使用矿物燃料和电解水制氢,由于其生产效率低,能耗大。同时也会产生严重的环境污染。铝/水法生产氢气具有温度适中、安全、方便、无污染等优点,但目前我国采用铝/水法生产氢气的设备普遍存在反应不充分、纯度低、只适合小型生产等缺点。本研究团队以金属铝
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氢燃料的使用范围非常广泛,无论是燃料电池还是燃料电池,在交通、工业、民用等领域都有广泛的应用,比如火箭、飞机、汽车、叉车、氢燃料电池等。目前,在工业生产中,通常使用矿物燃料和电解水制氢,由于其生产效率低,能耗大。同时也会产生严重的环境污染。铝/水法生产氢气具有温度适中、安全、方便、无污染等优点,但目前我国采用铝/水法生产氢气的设备普遍存在反应不充分、纯度低、只适合小型生产等缺点。本研究团队以金属铝为主材,通过改善铝的活性,成功得到了一种适用环境广、0-100℃均可反应的铝基合金材料,可实现在线制氢、即制即用,攻克了氢气的高密度、安全储运这一工程化技术难题。本文以铝基合金材料为媒介,设计一套可实现在线制氢、即制即用、氢气纯度高并稳定输出给氢燃料电池的制氢装置。取得研究成果如下:（1）从铝水反应制氢的国内外发展现状出发,依据铝基合金水解反应原理和装置制氢原理进行了小试实验,实验得出铝水比例在1:30,反应温度维持在60℃是最佳反应条件,并通过实验计算出了该铝基合金的动力学参数活化能Ea为36.68k J,指前因子A为1.78×10~8,并运用Aspen plus化工流程模拟软件对铝水反应过程进行了模拟验证,模拟结果显示,该模拟所得模型能较好地描述铝基合金水解反应历程。（2）从小试实验出发,确定了本系统的反应条件和换热形式,并设计了中试制氢装置工艺流程,并把制氢流程分为了装置排气处理、铝基合金水解反应、系统冷却及干燥和废液处理四个流程,确定了该中试制氢装置是为14kw氢燃料电池提供氢能,从供需关系确定了一次反应需要2kg铝基合金和60kg水,并对其进行了物料衡算和能量衡算。（3）对中试制氢装置的主要设备进行参数优化和附件设备选型。装置主要设备分为加料系统、反应釜系统、用水系统、氢气纯化系统、渣液处理系统五个部分,进一步确定了反应的换热形式为内外盘管形式进行散热,并对五个部分关键设备进行了参数优化和部分选型;针对装置所涉及的阀门执行件依据不同功能进行了选型。（4）本文根据所述设计的工艺参数进行了中试现场布置和细化了多釜联动反应周期安排;对中试制氢流程进行了模拟性质的预测,结果表明,模拟结果符合预期设想。
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