CN108726478A - 一种利用太阳能的天然气制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用太阳能的天然气制氢装置，属于天然气和太阳能热利用技术领域。该装置利用太阳能集热罩II将聚光筒中的水变为水蒸气送入反应器，同时在天然气液化室中天然气中的CH4水蒸气被分离后也被反送入应器中，然后利用太阳能集热罩I使反应器中发生反应生成H2和CO，经气体分离器将H2提纯后输出装置。本装置具有结构紧凑、占地面积小、节能环保、太阳能利用率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于天然气和太阳能热利用技术领域，具体涉及一种利用太阳能的天然气制氢装置。
背景技术
自然界中的氢主要以化合态形式存在，生物细胞、石油、天然气和煤中均含有氢，水中氢的质量百分比约为11％。氢已经广泛用于电子工业、冶金工业、化学工业、气体制造工业、医疗卫生、气象科学和国防航天技术中。氢较容易与非金属元素和金属元素化合，高温下氢还能从许多化合物中夺取氧，使氧化物还原。因此，现代工业中氢被用作保护气体、携带和还原气体来提炼某些稀有金属。经氢气处理过的金属和合金可去掉磷、硫、氧、碳等杂质，提高金属和合金的性能。此外，氢气具有热值高(每千克氢143MJ)、污染物零排放的特点，是未来大规模利用的能源形式之一。因此，随着我国工业和国防业的迅猛发展，氢气的应用范围日益扩大，用量亦在迅速增加。
我国天然气蕴藏量丰富，广泛分布在内蒙、陕西等地区。天然气制氢已经被较多企业所采用，氢气转化率高达90％，是一种较好的制氢技术。
然而，现有天然气制氢技术存在能耗高、自热式反应器设备庞大占地面积大，操作复杂等缺点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明将提供一种利用太阳能的天然气制氢装置，该装置具有结构紧凑、占地面积小、节能环保、太阳能利用率高的优点。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开的一种利用太阳能的天然气制氢装置，包括太阳能集热罩I、反应器、天然气液化室、气体分离器、太阳能集热罩II和聚光筒；太阳能集热罩I作用在反应器上，反应器通过CH4进气管与天然气液化室连接，天然气液化室上连接有天然气进气管，在天然气进气管上设有截止阀I；反应器通过H2排放管与气体分离器连接；反应器还通过蒸汽管与聚光筒连接，太阳能集热罩II作用在聚光筒上，聚光筒上连接有进水管。
优选地，天然气液化室上连接有废气排气管，在废气排气管上设有截止阀II。
优选地，CH4进气管上设有进气阀，进气阀通过信号传输线I与反应器相连，且在信号传输线I上还安装有浓度计和控制器I。
优选地，H2排放管一端还连接有氢气储存室。
优选地，进水管连接有水泵，水泵连接有加水管，在加水管上设有截止阀III。
优选地，在聚光筒上设有水位计、温度计和压力表，在进水管上设有进水阀，水位计、温度计、压力表和进水阀通过信号传输线II与控制器II相连。
优选地，太阳能集热罩I和太阳能集热罩II为由若干块涂覆有石墨烯的凸透镜板沿圆周方向均匀布置形成的采光装置。
优选地，反应器和聚光筒的外表面进行亚光处理。
优选地，反应器和聚光筒的外表面涂覆有吸热涂料层。
与现有技术相比，本发明的有益的技术效果为：
本发明公开的利用太阳能的天然气制氢装置，利用太阳能集热罩II将聚光筒中的水变为水蒸气送入反应器，同时在天然气液化室中天然气中的CH4水蒸气被分离后也被反送入应器中，然后利用太阳能集热罩I使反应器中发生反应生成H2和CO，经气体分离器将H2提纯后输出装置。本装置具有结构紧凑、占地面积小、节能环保、太阳能利用率高的优点。
进一步地，CH4进气管上设有进气阀，反应器上装有浓度计，浓度计和进气阀通过信号传输线I连接控制器I，控制器I可以根据浓度计测得的数值实时控制进气阀的开度，从而控制反应器内的反应速度。
进一步地，在聚光筒上设有水位计、温度计和压力表，在进水管上设有进水阀，水位计、温度计、压力表和进水阀通过信号传输线II连接控制器II，控制器II可以根据实时读取的聚光筒中的水位、温度和压力信息，通过控制器II向进水阀发出开启或关闭指令，实现自动化控制。
进一步地，太阳能集热罩I和太阳能集热罩II为由若干块涂覆有石墨烯的凸透镜板沿圆周方向均匀布置形成的采光装置，使装置能够最大程度地利用太阳能。同时，涂覆有石墨烯的凸透镜板具有透光率高、反射损失小的特点。
进一步地，聚光筒外表面涂覆有吸热涂料层，提高光能转化热能的转化率。同时，聚光筒外表面进行亚光处理，减少太阳光的反射损失，提高太阳光的利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图：
图中：1为太阳能集热罩I；2为反应器；3为CH4进气管；4为天然气进气管；5为天然气液化室；6为废气排放管；7为气体分离器；8为氢气储存室；9为H2排放管；10为水泵；11为加水管；12为进水管；13为太阳能集热罩II；14为聚光筒；15为蒸汽管；16为浓度计；17为信号传输线I；18为控制器I；19为进气阀；20为截止阀I；21为进水阀；22为控制器II；23为信号传输线II；24为水位计；25为温度计；26为压力表；27为截止阀II；28为截止阀III。
具体实施方式
参见图1，为本发明的利用太阳能的天然气制氢装置，太阳能集热罩I 1作用在反应器2上，反应器2通过CH4进气管3与天然气液化室5连接，CH4进气管3上设有进气阀19，反应器2上装有浓度计16，浓度计16和进气阀19通过信号传输线I 17连接有控制器I 18；天然气液化室5上连接有天然气进气管4，在天然气进气管4上设有截止阀I 20；天然气液化室5上还连接有废气排气管6，在废气排气管6上设有截止阀II 27。反应器2通过H2排放管9与气体分离器7连接，气体分离器7还通过管路连接有氢气储存室8，反应器2通过蒸汽管15与聚光筒14连接，太阳能集热罩II 13作用在聚光筒14上，聚光筒14上连接有进水管12，在聚光筒14上设有水位计24、温度计25和压力表26，在进水管12上设有进水阀21，水位计24、温度计25、压力表26和进水阀21通过信号传输线II 23连接控制器II 22。进水管12连接有水泵10，水泵10连接有加水管11，在加水管11上设有截止阀III 28。
优选地，太阳能集热罩I 1和太阳能集热罩II 13为由若干块涂覆有石墨烯的凸透镜板沿圆周方向均匀布置形成的采光装置，反应器2和聚光筒14的外表面进行亚光处理，同时还涂覆有吸热涂料层。
本发明的利用太阳能的天然气制氢装置，在工作时：
天然气从天然气进气管4被引入到天然气液化室5中，通过截止阀I 20可以控制天然气的进气量，将CH4提纯分离后通过CH4进气管3送入到反应器2中。天然气液化室5中分离出的其他气体通过废气排出管6排放，废气排出管6上还设有截止阀II 27。
在CH4进气管3上设有进气阀19，进气阀19通过信号传输线I 17与反应器2相连，且在信号传输线I 17上还安装有浓度计16和控制器I 18，浓度计16测得反应器2中的CH4浓度并反馈给控制器I 18来调节进气阀19的开度，从而达到控制CH4进气量的目的。
同时，水经由加水管11被水泵10送入到聚光筒14中，加水管11上设置截止阀III28，聚光筒14放置在太阳能集热罩II 13的聚光中心，聚光筒14中的水被太阳能加热转变为水蒸汽，通过蒸汽管15送入到反应器2中。通过安装在信号传输线II 23的水位计24、温度计25和压力表26采集的数据，控制器II 22调节进水管12上的进水阀21开关，从而调节进入到反应器2中的蒸汽量。
天然气液化室5内的温度可下降到-83℃，此时，天然气中的甲烷转变为液体后通过甲烷进气管3被送入到反应器2中，接收到来自太阳能集热罩I 1的太阳光热后，转变为CH4气体，CH4气体和水蒸气在太阳能集热罩I 1的加热下发生反应，生产H2和CO，从H2排放管9送入到气体分离器7中，H2被分离后送入到氢气储存室8中。
聚光筒2外表面涂覆的吸热涂料，可以为黑铬涂层、黑镍涂层或黑钴涂层。
控制器I 18和控制器II 22采用本领域常用的控制元件，如PLC控制器，能够实现分析、运算、阈值比较及发送指令的功能。
Claims (9)
1.一种利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，包括太阳能集热罩I(1)、反应器(2)、天然气液化室(5)、气体分离器(7)、太阳能集热罩II(13)和聚光筒(14)；
反应器(2)置于太阳能集热罩I(1)的聚光中心，反应器(2)通过CH4进气管(3)与天然气液化室(5)连接，天然气液化室(5)上连接有天然气进气管(4)，天然气进气管(4)上设有截止阀I(20)；反应器(2)通过H2排放管(9)与气体分离器(7)连接；反应器(2)还通过蒸汽管(15)与聚光筒(14)连接，聚光筒(14)置于太阳能集热罩II(13)的聚光中心，聚光筒(14)上还连接有进水管(12)。
2.如权利要求1所述的利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，天然气液化室(5)上连接有废气排气管(6)，在废气排气管(6)上设有截止阀II(27)。
3.如权利要求1所述的利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，在CH4进气管(3)上设有进气阀(19)，进气阀(19)通过信号传输线I(17)与反应器(2)相连，且在信号传输线I(17)上还安装有浓度计(16)和控制器I(18)。
4.如权利要求1所述的利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，气体分离室(7)通过管路连接有氢气储存室(8)。
5.如权利要求1所述的利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，进水管(12)的进水端连接有水泵(10)，水泵(10)的另一端连接有加水管(11)，在加水管(11)上设有截止阀III(28)。
6.如权利要求1所述的利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，在聚光筒(14)上设有水位计(24)、温度计(25)和压力表(26)，在进水管(12)上设有进水阀(21)，水位计(24)、温度计(25)、压力表(26)和进水阀(21)通过信号传输线II(23)相连，且在信号传输线II(23)上还设有控制器II(22)。
7.如权利要求1所述的利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，太阳能集热罩I(1)和太阳能集热罩II(13)均是由若干块涂覆石墨烯的凸透镜板沿圆周方向均匀布置而成的采光装置。
8.如权利要求1所述的利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，反应器(2)和聚光筒(14)的外表面经亚光处理。
9.如权利要求1所述的利用太阳能的天然气制氢装置，其特征在于，反应器(2)和聚光筒(14)的外表面涂覆有吸热涂料层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181102 |
|
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