CN104891436A - 液相脉冲放电制氢装置及其制氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液相脉冲放电制氢装置及其制氢方法，所述制氢装置包括：液相反应室；压盖在液相反应室上的基座；所述基座与所述液相反应室构成容置反应物和完成制氢反应的密闭空间；置于所述密闭空间内，且相对设置的针电极和板电极；所述针电极和板电极均由金属材料制成；以及与所述密闭空间相连通的导气孔；所述液相反应室底部设置有收集部，该收集部用于收集制氢反应中所产生的碳。本发明有效提高了从液体中过滤分离碳的效率。

Description

液相脉冲放电制氢装置及其制氢方法

技术领域

本发明涉及一种制氢装置及其制氢方法，具体为一种液相脉冲放电制氢装置及其制氢方法。

背景技术

随着工业的发展，化石燃料的消耗越来越多，人们日益重视能源问题，同时社会对环境质量的要求也逐渐关注，化石燃料燃烧所产生的硫化物、碳氧化物是人们极力渴望避免的，针对以上两点需求，氢能源进入人们的视野。氢元素来源广泛，且氢气作为清洁燃料，具有燃烧热值高、燃烧产物是水、不会对环境排放温室气体的特点。现有技术中的制氢方式有：催化重整制氢方式、水分解制氢方式、生物质制氢方式等，随着制氢方式研究的深入，等离子体制氢方式也被一些科研工作者所关注。等离子体被喻为固、液、气外的第四态，因其中含有高能活性粒子而被广泛应用于环境保护和材料合成等领域，而目前利用等离子体的制氢方式主要还停留在气相放电制氢技术上，这种制氢方式的缺点如下：产气流量小，氢气选择性一般，能量效率不高，进而限制了等离子体制氢的发展；在放电过程中会产生碳沉积附着在电极表面，随着放电时间的增加，放电强度逐步变弱，制氢效果大幅降低。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种液相脉冲放电制氢装置及其制氢方法。

本发明的技术手段如下：

一种液相脉冲放电制氢装置，包括：

液相反应室；

压盖在液相反应室上的基座；所述基座与所述液相反应室构成容置反应物和完成制氢反应的密闭空间；

置于所述密闭空间内，且相对设置的针电极和板电极；所述针电极和板电极均由金属材料制成；

以及与所述密闭空间相连通的导气孔；

所述液相反应室底部设置有收集部，该收集部用于收集制氢反应中所产生的碳；

进一步地，所述收集部底部设置有用于排出所收集的碳的阀门；

进一步地，所述收集部为梯形槽；

进一步地，所述针电极和板电极上下相对设置；所述针电极连接在所述基座上；所述板电极连接在所述液相反应室底部；

进一步地，所述针电极和板电极左右相对设置；所述针电极和板电极分别连接在所述液相反应室两侧；

进一步地，所述针电极连接高压脉冲电源正极；所述板电极连接高压脉冲电源负极；

进一步地，所述针电极由高熔点金属材料制成；所述板电极由锌材料或铝材料制成；

另外，还包括盛装在所述液相反应室内的醇溶液；

一种如上任一项所述的液相脉冲放电制氢装置的制氢方法，包括如下步骤：

步骤1：配制体积分数为5％～95％的醇溶液置于液相反应室中，所述醇溶液的液面没过针电极和板电极，通过针电极和板电极施加高压脉冲电给所述醇溶液；

步骤2：放电过程中产生含有氢气的混合气体由导气孔排出后被收集储存；通过改变高压脉冲电的电压和频率来调节放电形式，所述放电形式包括电晕放电、火花放电或电弧放电；

步骤3：放电后静置一定时间，打开设置在收集部底部的阀门，排出收集部内沉淀的制氢反应中所产生的碳。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的液相脉冲放电制氢装置及其制氢方法，采用液相脉冲放电制氢方式，相对于气相制氢方式，有效增大了等离子体的空间分布和密度，促进氢气的产生；同时，金属材质对于液相放电制氢有增强作用，针电极和板电极均采用金属材料制成，利于提高产氢量和制氢效果；在液相反应室底部设置有收集部，制氢反应时随着放电时间的增加，碳沉积量不断增加，产生的碳悬浮于液体中，不附着在电极表面影响放电，随着碳沉积量的不断增加，氢气的选择性不断提高，能够从最初的70％提高到93％，间接提高了氢气的选择性，杂质较少，放电后静置数分钟，碳自动沉积在收集部中，并通过底部阀门排碳，有效提高了从液体中过滤分离碳的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1、图2是本发明所述制氢装置的结构示意图；

图3是本发明所述制氢方法的流程图。

图中：1、液相反应室，2、基座，3、针电极，4、板电极，5、导气孔，6、收集部，7、阀门，8、醇溶液，9、螺纹杆，10、螺杆，11、紧固件，12、密封座，13、垫片，14、螺帽，15、固定座，121、第一圆筒，122、第二圆筒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示的一种液相脉冲放电制氢装置，其中图1示出的制氢装置为针电极3和板电极4上下相对设置的情况，图2示出的制氢装置为针电极3和板电极4左右相对设置的情况，所述制氢装置包括：液相反应室1；压盖在液相反应室1上的基座2；所述基座2与所述液相反应室1构成容置反应物和完成制氢反应的密闭空间；置于所述密闭空间内，且相对设置的针电极3和板电极4；所述针电极3和板电极4均由金属材料制成；以及与所述密闭空间相连通的导气孔5；所述液相反应室1底部设置有收集部6，该收集部6用于收集制氢反应中所产生的碳；进一步地，所述收集部6底部设置有用于排出所收集的碳的阀门7；进一步地，所述收集部6为梯形槽；进一步地，所述针电极3和板电极4上下相对设置；所述针电极3连接在所述基座2上；所述板电极4连接在所述液相反应室1底部；进一步地，所述针电极3和板电极4左右相对设置；所述针电极3和板电极4分别连接在所述液相反应室1两侧；进一步地，所述针电极3连接高压脉冲电源正极；所述板电极4连接高压脉冲电源负极；进一步地，所述针电极3由高熔点金属材料制成；所述板电极4由锌材料或铝材料制成；另外，还包括盛装在所述液相反应室1内的醇溶液8；进一步地，所述板电极4通过螺纹杆9连接至所述液相反应室1底部或液相反应室1一侧，由液相反应室1引出的螺纹杆9通过依次套设在其上的密封座12、垫片13和螺帽14实现密封；所述密封座12包括第一圆筒121和第二圆筒122，第一圆筒121和第二圆筒122的内径均与所述螺纹杆9外径相适配，第二圆筒122的外径与所述垫片13和螺帽14相适配，第一圆筒121的外径大于第二圆筒122的外径；所述针电极3经由固定座15连接在所述基座2上或液相反应室1另一侧；所述固定座15外表面套有热缩管，并涂有硅胶加强固定；所述醇溶液8为甲醇溶液或乙醇溶液，且所用醇的体积分数范围为5％～95％；所述针电极3与所述板电极4的间距为1～30mm；优选地，所述导气孔5设置于所述基座2上，也可以设置于液相反应室1上；优选地，所述针电极3正对所述板电极4的中心位置；所述基座2两端与所述液相反应室1底部通过螺杆10和紧固件11连接；所述螺杆10有两个，分别穿过基座2一端和液相反应室1底部，并通过紧固件11固定；在进行制氢反应之前，首先将针电极3连接至基座2或液相反应室1一侧，将板电极4连接至液相反应室1底部或液相反应室1另一侧，然后调整针电极3和板电极4之间的间距，并通过前述螺杆10和紧固件11将基座2两端和液相反应室1底部连接，使得所述基座2与所述液相反应室1构成容置反应物和完成制氢反应的密闭空间；进一步优选，所述针电极3与所述板电极4的间距为10～15mm；所用醇的体积分数范围为45％～60％；所述液相反应室1由有机玻璃等绝缘材料制成，或由不锈钢等硬度较大的金属材料制成，且为顶端开口的容器；所述收集部6至少有一个；当收集部6为梯形槽结构时，所述收集部6可以为两个，两个收集部6以连接板电极4的螺纹杆9为中心对称分布；所述针电极3采用铂材料或钨材料制成；本发明所述针电极3与所述基座2或液相反应室1可拆卸连接；所述板电极4与所述液相反应室1可拆卸连接。

如图3所示，一种如上任一项所述的液相脉冲放电制氢装置的制氢方法，包括如下步骤：

步骤1：配制体积分数为5％～95％的醇溶液8置于液相反应室1中，所述醇溶液8的液面没过针电极3和板电极4，通过针电极3和板电极4施加高压脉冲电给所述醇溶液8；

步骤2：放电过程中产生含有氢气的混合气体由导气孔5排出后被收集储存；通过改变高压脉冲电的电压和频率来调节放电形式，所述放电形式包括电晕放电、火花放电或电弧放电；

步骤3：放电后静置一定时间，打开设置在收集部6底部的阀门7，排出收集部6内沉淀的制氢反应中所产生的碳。

本发明利用高压脉冲液相放电技术，产生的等离子体中的高能电子与醇分子碰撞，使C-H、C-O、H-O断裂，重整后形成包括氢气在内的多种新物质；利用金属材质的电极在液相中放电，金属材质的电极起到了某种类似催化的作用使醇溶液分解，不同金属材质的电极对于醇分子的分解与产氢路径起到不同的作用，本发明板电极由金属材料制成，可以为不锈钢、铁、铜等，优选为锌、铝；不同金属材质的板电极对于醇分子的分解与产氢路径起到不同的作用，使用锌或铝制成的板电极能够增强氢自由基、羟基自由基的强度，更利于合成氢气。本发明板电极采用不同的金属材料，制氢效果和产氢量存在一定的不同，板电极采用铁、铜的产氢量均高于板电极采用不锈钢材料的产氢量，板电极采用锌、铝的制氢效果要优于板电极采用铁、铜的制氢效果。

本发明所述高压脉冲电的电压范围为1kV～60kV，频率范围为1Hz～6000Hz；所述高压脉冲电的电压范围优选为20kV～60kV，频率范围为20Hz～40Hz；放电类型为电晕放电、火花放电和电弧放电；通过低频脉冲放电形式，有效降低能耗；置于液相反应室中的针电极和板电极均没入醇溶液内，然后以液相放电的形式使醇溶液转化制取氢气；采用醇为原料制取氢气，醇来源广泛且具有再生性。

本发明在液相反应室底部设置有收集部，制氢反应时随着放电时间的增加，碳沉积量不断增加，产生的碳悬浮于液体中，不附着在电极表面影响放电，随着碳沉积量的不断增加，氢气的选择性不断提高，能够从最初的70％提高到93％，间接提高了氢气的选择性，杂质较少，放电后静置数分钟，碳自动沉积在收集部中，并通过底部阀门排碳，有效提高了从液体中过滤分离碳的效率；设计简便、成本低廉、便于拆卸，应用于液相脉冲放电制氢以及等离子体应用的相关领域；

下面通过具体实例说明本发明的实施过程，将体积分数为45％的乙醇溶液置于液相反应室中，施加电压为30kV，频率为30Hz的高压脉冲电作用于乙醇溶液，放电类型为火花放电，放电30min，碳沉积量从0增加到6g，产氢流量稳定在3028mL/min，氢气选择性从70％上升到93％，能耗约为0.28kW·h/m³，放电后静置5min，碳全部沉淀在梯形槽内，通过底部阀门排出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液相脉冲放电制氢装置，其特征在于，所述制氢装置包括：

液相反应室；

压盖在液相反应室上的基座；所述基座与所述液相反应室构成容置反应物和完成制氢反应的密闭空间；

置于所述密闭空间内，且相对设置的针电极和板电极；所述针电极和板电极均由金属材料制成；

以及与所述密闭空间相连通的导气孔；

所述液相反应室底部设置有收集部，该收集部用于收集制氢反应中所产生的碳。

2.根据权利要求1所述的液相脉冲放电制氢装置，其特征在于所述收集部底部设置有用于排出所收集的碳的阀门。

3.根据权利要求2所述的液相脉冲放电制氢装置，其特征在于所述收集部为梯形槽。

4.根据权利要求1所述的液相脉冲放电制氢装置，其特征在于所述针电极和板电极上下相对设置；所述针电极连接在所述基座上；所述板电极连接在所述液相反应室底部。

5.根据权利要求1所述的液相脉冲放电制氢装置，其特征在于所述针电极和板电极左右相对设置；所述针电极和板电极分别连接在所述液相反应室两侧。

6.根据权利要求1所述的液相脉冲放电制氢装置，其特征在于所述针电极连接高压脉冲电源正极；所述板电极连接高压脉冲电源负极。

7.根据权利要求1所述的液相脉冲放电制氢装置，其特征在于所述针电极由高熔点金属材料制成；所述板电极由锌材料或铝材料制成。

8.根据权利要求1所述的液相脉冲放电制氢装置，其特征在于所述制氢装置还包括盛装在所述液相反应室内的醇溶液。

9.一种如权利要求2至8任一项所述的液相脉冲放电制氢装置的制氢方法，其特征在于，所述制氢方法包括如下步骤：

步骤1：配制体积分数为5％～95％的醇溶液置于液相反应室中，所述醇溶液的液面没过针电极和板电极，通过针电极和板电极施加高压脉冲电给所述醇溶液；

步骤2：放电过程中产生含有氢气的混合气体由导气孔排出后被收集储存；通过改变高压脉冲电的电压和频率来调节放电形式，所述放电形式包括电晕放电、火花放电或电弧放电；

步骤3：放电后静置一定时间，打开设置在收集部底部的阀门，排出收集部内沉淀的制氢反应中所产生的碳。