一種微波液相等離子體醇類制氫裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種微波液相等離子體醇類制氫裝置，屬于非熱放電醇類制氫領(lǐng)域。包括微波發(fā)生器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有用于容納反應(yīng)物的空間，所述反應(yīng)器上部連接有所述復(fù)合真空計；所述液相放電電極位于所述空間的底部并焊接在所述反應(yīng)器上，所述液相放電電極上連接有所述波導(dǎo)同軸電纜，所述波導(dǎo)同軸電纜上連接有所述微波發(fā)生器；所述反應(yīng)器的側(cè)壁上部連接有排氣管，所述排氣管上依次連接有封閉閥門和干式真空泵，所述干式真空泵上連接有空氣排空閥門和氣體收集閥門；所述反應(yīng)器的上部連接有進料管；所述反應(yīng)器的底部連接有排料管。本實用新型具有氫氣制取速率快，放電裝置設(shè)計小型化，可以隨時隨地簡單方便的制取氫氣的優(yōu)點。
【專利說明】一種微波液相等離子體醇類制氫裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于非熱放電醇類制氫領(lǐng)域，提供了一種微波液相等離子體醇類制氫 >J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]在非再生能源日益窮竭和現(xiàn)代社會對能源需求日益強盛的現(xiàn)實矛盾面前，可再生清潔能源的充分開發(fā)利用已經(jīng)逐步得到了社會的重視，但類似于風(fēng)能、水能、太陽能等可再生能源由于存在地域性和時域性等瓶頸問題，新型清潔能源的開發(fā)和利用迫在眉睫。氫能是一種高熱值的清潔能源，其充分的開發(fā)利用為解決未來能源危機問題帶來了曙光，同時在研究開發(fā)的路程上也充滿了挑戰(zhàn)。
[0003]目前，氫氣的制取方法主要包括:天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫、甲醇重整制氫、水電解制氫。而前兩種方法是目前制氫領(lǐng)域中氫氣產(chǎn)量最大的方法，但是由于此方法一般都要求高溫高壓，設(shè)備投資較大，因此在一定程度上限制了氫氣的大規(guī)模應(yīng)用；而水電解制氫由于消耗的電能極大，制約了其發(fā)展，因此產(chǎn)量極少。新的氫氣產(chǎn)生方法的研發(fā)改進對于氫能的開發(fā)利用至關(guān)重要。
[0004]非熱放電制氫是一種新興制氫方法，目前國內(nèi)外諸多學(xué)者都嘗試利用介質(zhì)阻擋放電、滑動弧放電、隔膜輝光放電等非熱放電技術(shù)進行制氫，為未來氫能的開發(fā)利用開辟了一條新的研究途徑。但目前來看，此幾種方法存在產(chǎn)氫速率不高，能量利用率較低等問題，在液相中直接開發(fā)放電等離子體技術(shù)有助于改善此狀況。
[0005]微波液相放電技術(shù)制氫采用微波在反應(yīng)器內(nèi)置液相放電電極尖端產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的各種高能粒子對醇類分子進行碰撞分解，從而產(chǎn)生含有氫氣的混合氣體。
實用新型內(nèi)容
[0006]根據(jù)上述提出的天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫和甲醇重整制氫一般都要求高溫高壓，設(shè)備投資較大；水電解制氫消耗的電能極大，產(chǎn)量極少的技術(shù)問題，而提供一種微波液相等離子體醇類制氫裝置。本實用新型主要利用微波在醇類液相中產(chǎn)生等離子體制氫，從而起到氫氣制取速率快的效果。
[0007]本實用新型采用的技術(shù)手段如下:
[0008]一種微波液相等離子體醇類制氫裝置，其特征在于:包括微波發(fā)生器，波導(dǎo)同軸電纜，液相放電電極，反應(yīng)器，封閉閥門，干式真空泵，空氣排空閥門，氣體收集閥門和復(fù)合真空;
[0009]所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有用于容納反應(yīng)物的空間，所述反應(yīng)器上部連接有所述復(fù)合真空計；所述液相放電電極位于所述空間的底部并焊接在所述反應(yīng)器上，所述液相放電電極上連接有所述波導(dǎo)同軸電纜，所述波導(dǎo)同軸電纜上連接有所述微波發(fā)生器；
[0010]所述反應(yīng)器的側(cè)壁上部連接有排氣管，所述排氣管上依次連接有封閉閥門和干式真空泵，所述干式真空泵上連接有空氣排空閥門和氣體收集閥門；
[0011]所述反應(yīng)器的上部連接有進料管；
[0012]所述反應(yīng)器的底部連接有排料管。
[0013]進一步地，所述進料管上依次連接有進料閥門，進料泵和原料儲存罐。
[0014]進一步地，所述排料管上依次連接有廢料排空閥門，排料泵和廢料儲存罐。
[0015]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0016]1、由于本實用新型采用的非熱放電技術(shù)，利用微波在液相中產(chǎn)生等離子體，因此較于氣相放電制氫，本實用新型具有等離子體密度高，氫氣制取效率高等優(yōu)點；
[0017]2、制氫條件較為寬松，不用外加催化劑等措施；
[0018]3、本實用新型所使用的原料為醇類(甲醇、乙醇優(yōu)先)，原料廉價易于取得，尤其是乙醇，可以通過秸桿發(fā)酵等方式制取，減少化石燃料的使用。
[0019]基于上述理由本實用新型可在非熱放電醇類制氫領(lǐng)域等領(lǐng)域廣泛推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0021]圖1是本實用新型的一種微波液相等離子體醇類制氫方法的流程圖及裝置示意圖。
[0022]其中，1、微波發(fā)生器2、波導(dǎo)同軸電纜3、液相放電電極4、反應(yīng)器5、封閉閥門6、干式真空泵7、空氣排空閥門8、氣體收集閥門9、原料儲存罐10、進料泵11、進料閥門12、廢料排空閥門13、排料泵14、廢料儲存罐15、復(fù)合真空計。

【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，一種微波液相等離子體醇類制氫裝置，該裝置包括微波發(fā)生器1，波導(dǎo)同軸電纜2，液相放電電極3，反應(yīng)器4，封閉閥門5，干式真空泵6，空氣排空閥門7，氣體收集閥門8，原料儲存罐9，進料泵10，進料閥門11，廢料排空閥門12，排料泵13，廢料儲存罐14和復(fù)合真空15 ；
[0024]所述反應(yīng)器4內(nèi)設(shè)有用于容納反應(yīng)物的空間，所述空間的容積為3L，所述反應(yīng)器4上部連接有所述復(fù)合真空計15 ;所述液相放電電極3位于所說空間的底部并焊接在所述反應(yīng)器4上，所述液相放電電極3上連接有所述波導(dǎo)同軸電纜2，所述波導(dǎo)同軸電纜2上連接有所述微波發(fā)生器I ;
[0025]所述反應(yīng)器4的側(cè)壁上部連接有排氣管，所述排氣管上依次連接有封閉閥門5和干式真空泵6，所述干式真空泵6上連接有空氣排空閥門7和氣體收集閥門8 ；
[0026]所述反應(yīng)器4的上部連接有進料管，所述進料管上依次連接有進料閥門11，進料泵10和原料儲存罐9 ；
[0027]所述反應(yīng)器4的底部連接有排料管，所述排料管上依次連接有廢料排空閥門12，排料泵13和廢料儲存罐14。
[0028]下面通過例舉具體參數(shù)實施例來對本實用新型的制氫做進一步說明。
[0029]實施例1
[0030]制氫裝置如圖1所示，具體制氫步驟如下所述:
[0031]①進料前，將所述進料閥門11，所述廢料排空閥門12和所述封閉閥門5同時關(guān)閉；將無水乙醇與純水混合，配置體積分數(shù)為8%的乙醇水溶液，將配制的所述乙醇水溶液儲存于所述原料儲存罐9中，打開所述進料閥門11，啟動所述進料泵10，將2L所述乙醇水溶液注入到所述反應(yīng)器4中，所述乙醇水溶液的溫度為20°C ;之后關(guān)閉所述進料閥門11 ；
[0032]②在收集氣體前，打開所述封閉閥門5和所述空氣排空閥門7，關(guān)閉所述氣體收集閥門8 ;啟動所述干式真空泵6，將所述反應(yīng)器4中的空氣排出，使所述反應(yīng)器4內(nèi)的壓強控制在 3000Pa ；
[0033]③啟動所述微波發(fā)生器1，功率設(shè)置為450W，產(chǎn)生的微波(頻率為2.45GHz)經(jīng)所述波導(dǎo)同軸電纜2注入到所述液相放電電極3，則可在所述乙醇水溶液中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的高能粒子對乙醇分子進行碰撞分解，即可產(chǎn)生含有氫氣的混合氣體，混合氣體的產(chǎn)氣速率為810ml/min,其中氫氣占總混合體積的64.55%, —氧化碳占總混合體積的26.57%，其他氣體占總混合體積的8.88% ;將所述空氣排空閥門7繼續(xù)保持打開，待所述反應(yīng)器4及連接管路中殘留的少量空氣排出后關(guān)閉所述空氣排空閥門7，同時打開所述氣體收集閥門8進行所述混合氣體的收集儲存；所述混合氣體收集后,將所述封閉閥門5，所述干式真空泵6和所述微波發(fā)生器I依次關(guān)閉；
[0034]④廢料的收集:打開廢料排空閥門12，開啟所述排料泵，將廢液排入到所述廢料儲存罐14中。
[0035]實施例2
[0036]制氫裝置如圖1所示，具體制氫步驟如下所述:
[0037]①進料前，將所述進料閥門11，所述廢料排空閥門12和所述封閉閥門5同時關(guān)閉；將無水乙醇與純水混合，配置體積分數(shù)為4%的乙醇水溶液，將配制的所述乙醇水溶液儲存于所述原料儲存罐9中，打開所述進料閥門11，啟動所述進料泵10，將2L所述乙醇水溶液注入到所述反應(yīng)器4中，所述乙醇水溶液的溫度為20°C ;之后關(guān)閉所述進料閥門11 ；
[0038]②在收集氣體前，打開所述封閉閥門5和所述空氣排空閥門7，關(guān)閉所述氣體收集閥門8 ;啟動所述干式真空泵6，將所述反應(yīng)器4中的空氣排出，使所述反應(yīng)器4內(nèi)的壓強控制在 3000Pa ；
[0039]③啟動所述微波發(fā)生器1，功率設(shè)置為100W，產(chǎn)生的微波(頻率為2.45GHz)經(jīng)所述波導(dǎo)同軸電纜2注入到所述液相放電電極3，則可在所述乙醇水溶液中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的高能粒子對乙醇分子進行碰撞分解，即可產(chǎn)生含有氫氣的混合氣體，混合氣體的產(chǎn)氣速率為125ml/min,其中氫氣占總混合體積的58.36%, 一氧化碳占總混合體積的20.71%，其他氣體占總混合體積的20.93%;將所述空氣排空閥門7繼續(xù)保持打開，待所述反應(yīng)器4及連接管路中殘留的少量空氣排出后關(guān)閉所述空氣排空閥門7，同時打開所述氣體收集閥門8進行所述混合氣體的收集儲存；所述混合氣體收集后,將所述封閉閥門5，所述干式真空泵6和所述微波發(fā)生器I依次關(guān)閉；
[0040]④廢料的收集:打開廢料排空閥門12，開啟所述排料泵，將廢液排入到所述廢料儲存罐14中。
[0041]實施例3
[0042]制氫裝置如圖1所示，具體制氫步驟如下所述:
[0043]①進料前，將所述進料閥門11，所述廢料排空閥門12和所述封閉閥門5同時關(guān)閉；將無水乙醇與純水混合，配置體積分數(shù)為15%的乙醇水溶液，將配制的所述乙醇水溶液儲存于所述原料儲存罐9中，打開所述進料閥門11，啟動所述進料泵10，將2L所述乙醇水溶液注入到所述反應(yīng)器4中，所述乙醇水溶液的溫度為40°C ;之后關(guān)閉所述進料閥門11 ；
[0044]②在收集氣體前，打開所述封閉閥門5和所述空氣排空閥門7，關(guān)閉所述氣體收集閥門8 ;啟動所述干式真空泵6，將所述反應(yīng)器4中的空氣排出，使所述反應(yīng)器4內(nèi)的壓強控制在 4000Pa ；
[0045]③啟動所述微波發(fā)生器1，功率設(shè)置為150W，產(chǎn)生的微波(頻率為2.45GHz)經(jīng)所述波導(dǎo)同軸電纜2注入到所述液相放電電極3，則可在所述乙醇水溶液中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的高能粒子對乙醇分子進行碰撞分解，即可產(chǎn)生含有氫氣的混合氣體，混合氣體的產(chǎn)氣速率為295ml/min,其中氫氣占總混合體積的62.93%, 一氧化碳占總混合體積的25.27%，其他氣體占總混合體積的11.80%;將所述空氣排空閥門7繼續(xù)保持打開，待所述反應(yīng)器4及連接管路中殘留的少量空氣排出后關(guān)閉所述空氣排空閥門7，同時打開所述氣體收集閥門8進行所述混合氣體的收集儲存；所述混合氣體收集后,將所述封閉閥門5，所述干式真空泵6和所述微波發(fā)生器I依次關(guān)閉；
[0046]④廢料的收集:打開廢料排空閥門12，開啟所述排料泵，將廢液排入到所述廢料儲存罐14中。
[0047]實施例4
[0048]制氫裝置如圖1所示，具體制氫步驟如下所述:
[0049]①進料前，將所述進料閥門11，所述廢料排空閥門12和所述封閉閥門5同時關(guān)閉；將無水乙醇與純水混合，配置體積分數(shù)為50%的乙醇水溶液，將配制的所述乙醇水溶液儲存于所述原料儲存罐9中，打開所述進料閥門11，啟動所述進料泵10，將2L所述乙醇水溶液注入到所述反應(yīng)器4中，所述乙醇水溶液的溫度為15°C ;之后關(guān)閉所述進料閥門11 ；
[0050]②在收集氣體前，打開所述封閉閥門5和所述空氣排空閥門7，關(guān)閉所述氣體收集閥門8 ;啟動所述干式真空泵6，將所述反應(yīng)器4中的空氣排出，使所述反應(yīng)器4內(nèi)的壓強控制在 100Pa ；
[0051]③啟動所述微波發(fā)生器1，功率設(shè)置為300W，產(chǎn)生的微波(頻率為2.45GHz)經(jīng)所述波導(dǎo)同軸電纜2注入到所述液相放電電極3，則可在所述乙醇水溶液中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的高能粒子對乙醇分子進行碰撞分解，即可產(chǎn)生含有氫氣的混合氣體，混合氣體的產(chǎn)氣速率為625ml/min,其中氫氣占總混合體積的51.33%, 一氧化碳占總混合體積的20.53%，其他氣體占總混合體積的28.14%;將所述空氣排空閥門7繼續(xù)保持打開，待所述反應(yīng)器4及連接管路中殘留的少量空氣排出后關(guān)閉所述空氣排空閥門7，同時打開所述氣體收集閥門8進行所述混合氣體的收集儲存；所述混合氣體收集后，將所述封閉閥門5，所述干式真空泵6和所述微波發(fā)生器I依次關(guān)閉；
[0052]④廢料的收集:打開廢料排空閥門12，開啟所述排料泵，將廢液排入到所述廢料儲存罐14中。
[0053]實施例5
[0054]制氫裝置如圖1所示，具體制氫步驟如下所述:
[0055]①進料前，將所述進料閥門11，所述廢料排空閥門12和所述封閉閥門5同時關(guān)閉；將無水甲醇與純水混合，配置體積分數(shù)為8%的甲醇水溶液，將配制的所述甲醇水溶液儲存于所述原料儲存罐9中，打開所述進料閥門11，啟動所述進料泵10，將2L所述甲醇水溶液注入到所述反應(yīng)器4中，所述甲醇水溶液的溫度為20°C ;之后關(guān)閉所述進料閥門11 ；
[0056]②在收集氣體前，打開所述封閉閥門5和所述空氣排空閥門7，關(guān)閉所述氣體收集閥門8 ;啟動所述干式真空泵6，將所述反應(yīng)器4中的空氣排出，使所述反應(yīng)器4內(nèi)的壓強控制在 3000Pa ；
[0057]③啟動所述微波發(fā)生器1，功率設(shè)置為150W，產(chǎn)生的微波(頻率為2.45GHz)經(jīng)所述波導(dǎo)同軸電纜2注入到所述液相放電電極3，則可在所述甲醇水溶液中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的高能粒子對甲醇分子進行碰撞分解，即可產(chǎn)生含有氫氣的混合氣體，混合氣體的產(chǎn)氣速率為270ml/min，其中氫氣占總混合體積的64.52 %，一氧化碳占總混合體積的26.22%，其他氣體占總混合體積的9.26% ;將所述空氣排空閥門7繼續(xù)保持打開，待所述反應(yīng)器4及連接管路中殘留的少量空氣排出后關(guān)閉所述空氣排空閥門7，同時打開所述氣體收集閥門8進行所述混合氣體的收集儲存；所述混合氣體收集后，將所述封閉閥門5，所述干式真空泵6和所述微波發(fā)生器I依次關(guān)閉；
[0058]④廢料的收集:打開廢料排空閥門12，開啟所述排料泵，將廢液排入到所述廢料儲存罐14中。
[0059]實施例6
[0060]制氫裝置如圖1所示，具體制氫步驟如下所述:
[0061 ] ①進料前，將所述進料閥門11，所述廢料排空閥門12和所述封閉閥門5同時關(guān)閉；將無水甲醇與純水混合，配置體積分數(shù)為4%的甲醇水溶液，將配制的所述甲醇水溶液儲存于所述原料儲存罐9中，打開所述進料閥門11，啟動所述進料泵10，將2L所述甲醇水溶液注入到所述反應(yīng)器4中，所述甲醇水溶液的溫度為80°C ;之后關(guān)閉所述進料閥門11 ；
[0062]②在收集氣體前，打開所述封閉閥門5和所述空氣排空閥門7，關(guān)閉所述氣體收集閥門8 ;啟動所述干式真空泵6，將所述反應(yīng)器4中的空氣排出，使所述反應(yīng)器4內(nèi)的壓強控制在 8000Pa ；
[0063]③啟動所述微波發(fā)生器1，功率設(shè)置為125W，產(chǎn)生的微波(頻率為2.45GHz)經(jīng)所述波導(dǎo)同軸電纜2注入到所述液相放電電極3，則可在所述甲醇水溶液中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的高能粒子對甲醇分子進行碰撞分解，即可產(chǎn)生含有氫氣的混合氣體，混合氣體的產(chǎn)氣速率為300ml/min,其中氫氣占總混合體積的34.52%, 一氧化碳占總混合體積的13.81%，其他氣體占總混合體積的51.67%;將所述空氣排空閥門7繼續(xù)保持打開，待所述反應(yīng)器4及連接管路中殘留的少量空氣排出后關(guān)閉所述空氣排空閥門7，同時打開所述氣體收集閥門8進行所述混合氣體的收集儲存；所述混合氣體收集后，將所述封閉閥門5，所述干式真空泵6和所述微波發(fā)生器I依次關(guān)閉；
[0064]④廢料的收集:打開廢料排空閥門12，開啟所述排料泵，將廢液排入到所述廢料儲存罐14中。
[0065]實施例7
[0066]制氫裝置如圖1所示，具體制氫步驟如下所述:
[0067]①進料前，將所述進料閥門11，所述廢料排空閥門12和所述封閉閥門5同時關(guān)閉；將無水甲醇與純水混合，配置體積分數(shù)為45%的甲醇水溶液，將配制的所述甲醇水溶液儲存于所述原料儲存罐9中，打開所述進料閥門11，啟動所述進料泵10，將2L所述甲醇水溶液注入到所述反應(yīng)器4中，所述甲醇水溶液的溫度為25°C ;之后關(guān)閉所述進料閥門11 ；
[0068]②在收集氣體前，打開所述封閉閥門5和所述空氣排空閥門7，關(guān)閉所述氣體收集閥門8 ;啟動所述干式真空泵6，將所述反應(yīng)器4中的空氣排出，使所述反應(yīng)器4內(nèi)的壓強控制在 5000Pa ；
[0069]③啟動所述微波發(fā)生器1，功率設(shè)置為200W，產(chǎn)生的微波(頻率為2.45GHz)經(jīng)所述波導(dǎo)同軸電纜2注入到所述液相放電電極3，則可在所述甲醇水溶液中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的高能粒子對甲醇分子進行碰撞分解，即可產(chǎn)生含有氫氣的混合氣體，混合氣體的產(chǎn)氣速率為300ml/min,其中氫氣占總混合體積的50.12%, 一氧化碳占總混合體積的20.05%，其他氣體占總混合體積的29.83%;將所述空氣排空閥門7繼續(xù)保持打開，待所述反應(yīng)器4及連接管路中殘留的少量空氣排出后關(guān)閉所述空氣排空閥門7，同時打開所述氣體收集閥門8進行所述混合氣體的收集儲存；所述混合氣體收集后,將所述封閉閥門5，所述干式真空泵6和所述微波發(fā)生器I依次關(guān)閉；
[0070]④廢料的收集:打開廢料排空閥門12，開啟所述排料泵，將廢液排入到所述廢料儲存罐14中。
[0071]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微波液相等離子體醇類制氫裝置，其特征在于:包括微波發(fā)生器(1)，波導(dǎo)同軸電纜(2)，液相放電電極(3)，反應(yīng)器(4)，封閉閥門(5)，干式真空泵(6)，空氣排空閥門(7)，氣體收集閥門(8)和復(fù)合真空(15)； 所述反應(yīng)器(4)內(nèi)設(shè)有用于容納反應(yīng)物的空間，所述反應(yīng)器(4)上部連接有所述復(fù)合真空計(15);所述液相放電電極(3)位于所述空間的底部并焊接在所述反應(yīng)器⑷上，所述液相放電電極(3)上連接有所述波導(dǎo)同軸電纜(2)，所述波導(dǎo)同軸電纜(2)上連接有所述微波發(fā)生器⑴； 所述反應(yīng)器(4)的側(cè)壁上部連接有排氣管，所述排氣管上依次連接有封閉閥門(5)和干式真空泵(6)，所述干式真空泵(6)上連接有空氣排空閥門(7)和氣體收集閥門(8)； 所述反應(yīng)器(4)的上部連接有進料管； 所述反應(yīng)器(4)的底部連接有排料管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波液相等離子體醇類制氫裝置，其特征在于:所述進料管上依次連接有進料閥門(11)，進料泵(10)和原料儲存罐(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波液相等離子體醇類制氫裝置，其特征在于:所述排料管上依次連接有廢料排空閥門(12)，排料泵(13)和廢料儲存罐(14)。
【文檔編號】C01B3/22GK203922718SQ201420366488
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】孫冰, 王波, 朱小梅, 嚴志宇 申請人:大連海事大學(xué)