CN113304719A - 一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排碳机构 - Google Patents
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Abstract
一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排碳机构，包括推杆机构、过渡腔室、排碳腔室、阀门、下固定座和上固定座；上固定座安装在过度腔室的一侧端，过渡腔室的一端上部安装有排气管；阀门一端和过渡腔室的另一端下部安装在一起，阀门另一端和排碳腔室的上端安装在一起，推杆机构安装在上固定座的一侧端，下固定座包括套管、下座体，套管的上部安装在过渡腔室的一端下部，套管的下端和下座体的上端安装在一起，下座体内有密封圈，下座体套在液态金属高温裂解甲烷制氢反应器的石英管外上部。本发明气缸活塞杆左右运动会将漂浮不断产生的碳黑推入到过渡腔室内右端及排碳腔室中并排出，碳黑排出和收集不影响设备正常运行，可实现连续自动化生产。
Description
技术领域
本发明涉及氢气制备辅助设备技术领域，特别是一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排碳机构。
背景技术
由于全球能源需求急剧增加，化石燃料等不可再生能源面临枯竭的危险，化石燃料对环境的影响也不容忽视，所以，开发和利用新能源成为越来越迫切的要求。在众多新能源燃料中，氢气作为能源燃料，它被认为是理想的清洁高能燃料，越来越受到人们的关注。但现有技术中，由于氢气的制取成本高，在生活和生产中大量使用氢能源还存在一定困难。因此研究和开发更为先进的制氢新工艺技术是解决廉价氢源的重要保证，新工艺技术应在降低生产装置投资和减少生产成本方面具有明显的突破。
本申请人为了克服上述问题，提交了专利号“202110543757.5”、专利名称“一种液态金属高温裂解甲烷制氢反应器”的专利申请，如图1所示，其制备氢气中，反应气体甲烷通过进气管21进入石英管底部缓冲区5，并经支撑板4气孔41（开孔）进入扩散器3下，再由扩散器3若干微孔31导入反应区13，在反应区13（石英管2内部）中与高温液态锡14充分接触，并裂解成氢气和碳黑，（甲烷高温裂解制氢是个强吸热反应，甲烷分子获得能量后，使得甲烷分子C-H键断裂，进而转化为氢气分子和固体碳）。氢气通过排气管91进入后端氢气罐，经氢气罐相关处理系统分离后，可获得高纯度氢气；反应区裂解的碳黑漂浮于液态金属14表面，经一定时间后可打开上连接座9对其进行收集；该发明利用液态金属（锡或锡化合物）高温裂解甲烷制氢，纯度高、裂解率高，可制备高纯氢气，同时其副产物碳黑具有纯度高、良好的热导性等优异特点，具有较广泛的用途；该发明采用的扩散器，可使气体均匀分散，在上升过程中与液态锡14充分接触，增大反应界面，提高裂解率；同时扩散器3在缓冲区进入的甲烷气体压强的作用下，可支撑液态金属，液态金属表面张力较大不会进入扩散器3内部空隙。采用金属保护管1，同时底部填充与保温层7相同材料，起保温、减震保护作用，防止了石英管2在安装及使用过程中碎裂。通过上述，该发明能有效制备出氢气，为甲烷制氢提供了有利技术支撑。
虽然一种液态金属高温裂解甲烷制氢反应器实现了有效利用甲烷制备氢气，为甲烷制氢提供了有利技术支撑。但是应用中由于反应区裂解的碳黑漂浮于液态锡14表面，经一定时间后需要打开上连接座9对其进行收集，这样不但会因为停机造成生产效率降低，给工作人员带来不便，且也会增加生产方不必要的人工费用支出，因此还存在改进的余地，提供一种协同一种液态金属高温裂解甲烷制氢反应器使用，不需要人为操作能在制备氢气中同时处理碳黑，进而进一步提高氢气制备效率的设备显得尤为必要。
发明内容
为了克服现有液态金属高温裂解甲烷制氢反应器因结构所限，一定时间后需要打开上连接座对漂浮于液态锡表面的碳黑进行收集，会因为停机造成生产效率降低，给工作人员带来不便，并会增加生产方不必要人工费用支出的弊端，本发明提供了协同液态金属高温裂解甲烷制氢反应器使用，在相关机构共同作用下，能在生产中同步对漂浮于液态锡表面的碳黑进行清理，碳黑排出和收集时不影响设备的正常运行，可实现连续自动化生产的一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排碳机构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排碳机构，包括推杆机构、过渡腔室、排碳腔室、阀门、下固定座和上固定座；其特征在于所述过渡腔室内部是中空结构，上固定座安装在过度腔室的一侧端，过渡腔室的一端上部安装有排气管；所述阀门一端和过渡腔室的另一端下部安装在一起，阀门另一端和排碳腔室的上端安装在一起，排碳腔室的下端是开放式结构作为排空口；所述推杆机构安装在上固定座的一侧端，下固定座包括套管、下座体，套管的上部安装在过渡腔室的一端下部，套管的下端和下座体的上端安装在一起，下座体内有密封圈，下座体套在液态金属高温裂解甲烷制氢反应器的石英管外上部。
进一步地，所述上固定座和过渡腔室的一端之间安装有密封圈。
进一步地，所述上固定座横向具有轴孔通道，通道内有密封圈，推杆机构包括气缸、推碳座，气缸的缸筒横向安装在上固定座外侧一端，气缸的活塞杆经由轴孔通道进入过渡腔室内、且活塞杆套在密封圈内部，推碳座的和气缸的活塞杆末端安装在一起。
进一地，所述推杆机构的推碳座的上下端分别和过渡腔室的内上下部间隔距离。
进一步地，所述阀门采用手动阀门或电控阀门的中的一种。
进一步地，所述套管内具有环形水道，套管的水道两端分别安装有进水管及排水管。
本发明有益效果是：本发明协同液态金属高温裂解甲烷制氢反应器使用，液态金属高温裂解甲烷制氢反应器生产中产生的碳黑会浮在石英管上端的过渡腔室内，在PLC控制作用下，气缸的活塞杆左右运动会将漂浮不断产生的碳黑推入到过渡腔室内右端，在阀门打开后会在重力的作用下掉至排碳腔室中并排出。本发明能在生产中同步对漂浮于液态锡表面的碳黑进行清理，碳黑排出和收集时不影响设备的正常运行，可实现连续自动化生产。基于上述，本发明具有好的应用前景。
附图说明
图1是现有一种液态金属高温裂解甲烷制氢反应器的整体结构示意图。
图2是本发明结构示意图。
图3、4是本发明推杆座结构示意图。
具体实施方式
图1、2、3、4所示，一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排碳机构，液态金属高温裂解甲烷制氢反应器的下连接座8、上连接座9及连接座9上端中的排气管91等部件取下不用，包括推杆机构、过渡腔室16、排碳腔室17、阀门18、下固定座和上固定座20；所述过渡腔室16是“┑”型结构且内部是中空结构，上固定座20经螺杆螺母安装在过度腔室16的左侧端开放部位，过渡腔室16的左上端中部焊接有一根和其内部相通的排气管161；所述阀门18的进口管法兰盘和过渡腔室16的下右端开口法兰盘经螺杆螺母连接在一起，阀门18的出口管法兰盘和排碳腔室17的上端中部连接管法兰盘经螺杆螺母连接在一起，排碳腔室17的下端是开放式结构作为排空口；所述推杆机构安装在过渡腔室16的左侧端，下固定座包括环形套管191、环形中空下座体192，环形套管191的上部焊接在过渡腔室16的下左端开口下部，环形套管191的下端中空法兰盘和下座体192的上端中空法兰盘经螺杆螺母连接在一起，下座体192内紧套有一只环形密封圈1921（硅橡胶），下座体经密封圈1921紧套在液态金属高温裂解甲烷制氢反应器的石英管2外上部。
图1、2、3、4所示，上固定座20和过渡腔室16的左侧端之间安装有环形耐热密封圈162（硅橡胶）。上固定座20的中部横向具有一个轴孔通道201，通道内中部有一个环形固定槽，固定槽内安装有耐热环形密封圈202（硅橡胶），推杆机构包括气缸151、推碳座152，气缸151的缸筒横向经螺杆螺母安装在上固定座20左外侧端，气缸151的活塞杆经由上固定座中部轴孔通道201进入过渡腔室16左端内、且活塞杆套在密封圈202内部、两者处于密封状态，气缸151的活塞杆外径小于上固定座20的轴孔通道内径（刚好气缸的活塞杆能沿轴孔通道左右运动），推碳座152的左端和气缸151的活塞杆右端安装在一起，气缸151的缸筒左右端电磁阀（图中未画出）和生产区域的PLC的两个控制电源输出端分别经导线连接，两只电磁阀的进气管分别和生产区域的空压机（图中未画出）排气管经管道并联连接。推杆机构的推碳座152是“┍”型结构，其右端是圆弧形结构，推碳座152的上下端分别和过渡腔室16的内左端上下部间隔一定距离。阀门18采用手动阀门或电控阀门的中的一种（本实施例电控阀门，电控阀门和PLC第三个控制电源输出端连接）。环形套管191内具有环形水道，套管191的左端右端下部分别有一根和套管内部环形水道互通的进水管1911及排水管1912，进水管1911和自来水管经管道连接，排水管1912和生产区域的废水槽经管道连接。和常规PLC控制气缸工作原理一致，PLC控制气缸缸筒左端的电磁阀得电后，空压机输出的压缩空气经左端电磁阀的进气口（排气口关闭）进入缸筒内左端，缸筒右端的电磁阀失电、缸筒右端内的空气经右端电磁阀排气口（进气口关闭）排出，这样气缸的活塞杆就能带动推碳座152向右运动；PLC控制气缸缸筒右端的电磁阀得电后，空压机输出的压缩空气经右端电磁阀的进气口（排气口关闭）进入缸筒内右端，缸筒左端的电磁阀失电、缸筒左端内的空气经左端电磁阀排气口（进气口关闭）排出，这样气缸的活塞杆就能带动推碳座152向左运动；本发明初始状态气缸的活塞杆位于左止点，每次得电工作的10秒钟时间内能向运动到右止点把漂浮的碳黑推到排碳腔室17，然后运动到左止点停止运动为下次工作推动碳黑做好准备。
图1、2、3、4所示，本发明协同液态金属高温裂解甲烷制氢反应器使用，液态金属高温裂解甲烷制氢反应器生产中产生的碳黑会浮在石英管上端的过渡腔室16内（上端碳黑由于漂浮在液态金属高温裂解甲烷制氢反应器的石英管2内部液态锡14上表面、高度高于套管191上端高度，因此能被推碳座152向右推），在PLC控制作用下，每间隔一定时间（比如每间隔0.5小时控制气缸得电工作10秒钟）气缸151的活塞杆左右运动会经推碳座152将漂浮不断产生的碳黑推入到过渡腔室16内右端，每间隔一定时间PLC控制阀门18打开后，碳黑会在重力的作用下掉至排碳腔室17中、并经排碳腔室17下端开口排出到位于排碳腔室下端的碳盒中。本发明中，推碳座152和排碳腔室16内部存在一定间隙，既可以保证碳黑逐渐堆积至排碳腔室16内，推碳座152活动后不会堵塞排气管161，有利于氢气的排出。本发明中，阀门18平时关闭，可保证液态金属高温裂解甲烷制氢反应器与外部环境有效隔绝开，这样就保证了液态金属高温裂解甲烷制氢反应器产生排出的氢气能有效经排气管161排出，并保证处理收集碳黑时不影响设备的正常运行，可实现连续自动化生产（阀门打开的时间段由于氢气密度小会向上运动，因此会从排气管161排出，不会进入排碳腔室16内）。本发明中，冷却水不断从套管191左端的进水管1911流入、排水管1912流出，能有效对下固定座进行散热。保证了和石英管2上端的密封性。
图1、2、3、4所示，此段是液态金属高温裂解甲烷制氢反应器结合本发明的主要工作原理，本实施例进行介绍是为了让领域内人员更能理解本发明的创造点。使用前工作人员从石英管2外上部取下、下固定座的下座体192，然后在石英管2内加入金属锡或锡化合物14（五分之三量），接着安装好下座体192，就可进入制备氢气工作。液态金属高温裂解甲烷制氢反应器采用液态金属高温裂解甲烷制氢方法（甲烷高温裂解制氢是个强吸热反应，甲烷分子获得能量后，使得甲烷分子C-H键断裂，进而转化为氢气分子和固体碳）。，利用液态金属高导热性和流动性等特性，在温度1100℃时裂解甲烷，制备出高纯氢气。制备氢气中，反应气体甲烷通过进气管21进入石英管底部缓冲区5，并经支撑板4气孔41（开孔）进入扩散器3下，再由扩散器3若干微孔31导入反应区13，在反应区13（石英管2内部）中与高温液态锡14充分接触，并裂解成氢气和碳黑。氢气通过排气管161进入后端氢气罐，经氢气罐相关处理系统分离后，可获得高纯度氢气。液态金属高温裂解甲烷制氢反应器利用液态金属锡或锡化合物高温裂解甲烷制氢，纯度高、裂解率高，可制备高纯氢气，同时其副产物碳黑具有纯度高、良好的热导性等优异特点，具有较广泛的用途。液态金属高温裂解甲烷制氢反应器采用的扩散器，可使气体均匀分散，在上升过程中与液态锡14充分接触，增大反应界面，提高裂解率。同时扩散器3在缓冲区进入的甲烷气体压强的作用下，可支撑液态锡，不会进入扩散器3内部空隙。采用金属保护管1，同时底部填充与保温层7相同材料，起保温、减震保护作用，防止了石英管2在安装及使用过程中碎裂。液态金属高温裂解甲烷制氢反应器能有效制备出氢气。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排炭机构，包括推杆机构、过渡腔室、排炭腔室、阀门、下固定座和上固定座；其特征在于所述过渡腔室内部是中空结构，上固定座安装在过度腔室的一侧端，过渡腔室的一端上部安装有排气管；所述阀门一端和过渡腔室的另一端下部安装在一起，阀门另一端和排炭腔室的上端安装在一起，排炭腔室的下端是开放式结构作为排空口；所述推杆机构安装在上固定座的一侧端，下固定座包括套管、下座体，套管的上部安装在过渡腔室的一端下部，套管的下端和下座体的上端安装在一起，下座体内有密封圈，下座体套在液态金属高温裂解甲烷制氢反应器的石英管外上部。
2.根据权利要求1所述的一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排炭机构，其特征在于，上固定座和过渡腔室的一端之间安装有密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排炭机构，其特征在于，上固定座横向具有轴孔通道，通道内有密封圈，推杆机构包括气缸、推炭座，气缸的缸筒横向安装在上固定座外侧一端，气缸的活塞杆经由轴孔通道进入过渡腔室内、且活塞杆套在密封圈内部，推炭座的和气缸的活塞杆末端安装在一起。
4.根据权利要求1所述的一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排炭机构，其特征在于，推杆机构的推炭座的上下端分别和过渡腔室的内上下部间隔距离。
5.根据权利要求1所述的一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排炭机构，其特征在于，阀门采用手动阀门或电控阀门的中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种液态金属高温裂解甲烷制氢设备使用的排炭机构，其特征在于，套管内具有环形水道，套管的水道两端分别安装有进水管及排水管。
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