CN114471380A - 一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，包括底釜和顶釜，底釜的一侧连通有甲烷进气管，底釜远离甲烷进气管的一侧连通有混合气进气管，底釜的内侧固定安装有底板，底板的顶部固定安装有底隔板，底隔板的内部活动安装有圆柱放置架，圆柱放置架的内部开设有六个放置槽，六个放置槽的内部均安装有放置框。通过设置的天然气裂解制氢是一种清洁制氢技术，天然气经催化剂高温催化裂解仅生成固体碳和氢气，生产过程中无二氧化碳排放，且固体碳可形成炭黑、碳纤维、碳纳米管等具有经济价值的副产物，结合化学链重整技术而提出的化学链甲烷催化裂解技术可实现高纯氢气的连续产出，并能实现自热运行。
Description
技术领域
本发明属于制氢技术领域，具体涉及一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜。
背景技术
发展清洁能源来逐步替代传统能源对于实现双碳目标至关重要，氢气作为具有发展潜力的可再生能源，因具有高热值，燃烧产物仅为水的优点而备受关注，发展氢工业是优化能源结构的战略选择。国内主要制氢的方式主要有：煤气化制氢、天然气重整制氢、电解水制氢等。煤气化制氢的特点是流程长、投资高、运行相对复杂，同时原料相对便宜、带来成本优势，但生产每千克氢气约产生19-29kg的二氧化碳，此外，煤制氢气中含有的杂质较多，对于纯化装置要求较高，从而抬高了其生产总成本。天然气重整制氢的特点是流程短、投资低、技术相对成熟、运行稳定。
但从碳排放角度看，通过天然气重整制氢工艺，每制得1kg氢气，将排放10.86-12.49kg二氧化碳。水电解制氢具备工艺简单、无污染、氢气产品纯度高等优势，缺点在于成本高、耗电量大、暂不具备大规模推广应用的可能。从成本、规模、环保等三个维度来看，目前主流的制氢方式都分别存在不可避免的技术问题，未来必然会遭遇发展瓶颈，发展清洁制氢技术势在必行。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，解决了水电解制氢成本高、耗电量大和暂不具备大规模推广应用的可能的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，包括底釜和顶釜，所述底釜的一侧连通有甲烷进气管，所述底釜远离甲烷进气管的一侧连通有混合气进气管，所述底釜的内侧固定安装有底板，所述底板的顶部固定安装有底隔板，所述底隔板的内部活动安装有圆柱放置架，所述圆柱放置架的内部开设有六个放置槽，六个所述放置槽的内部均安装有放置框，所述放置框的底部均开设有通气孔，所述放置框的内部均安装有活性炭，所述圆柱放置架的顶部开设有卡接槽，所述底隔板的顶部开设有组装槽，所述底釜的内部固定安装有隔环，所述顶釜的一侧联通有氢气出气管，所述顶釜远离氢气出气管的一侧连通有混合气出气管，所述顶釜的顶部固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端固定安装有转轴，所述转轴远离驱动电机的一端固定安装有卡接柱，所述顶釜的内部固定安装有顶板，所述顶板的底部固定安装有顶隔板。
优选的，所述底釜顶部的外侧固定安装有组装座A，所述顶釜底部的外侧固定安装有组装座B，所述组装座A的规格尺寸与组装座B的规格尺寸相同，所述组装座A和组装座B的内部均开设有规格相同的螺纹孔，且螺纹孔的内部螺纹连接有螺栓。
通过采用上述技术方案，优点在于可通过组装座B和组装座A之间的配合将底釜和顶釜组合在一起，并通过螺栓和螺纹孔进行螺纹紧固，另外组装座B和组装座A的接触面设置有密封涂料，接触贴合时具有一定的密封效果。
优选的，所述圆柱放置架的底部和外侧均固定安装有密封层，所述圆柱放置架的底部与底隔板的内侧相贴合，所述圆柱放置架的外侧与隔环的内侧相贴合，所述通气孔的直径小于底隔板的宽度，所述底隔板的内部固定安装有密封轴承，所述圆柱放置架的底部固定安装有转柱，所述转柱固定安装在密封轴承的内侧。
通过采用上述技术方案，优点在于圆柱放置架的底部与底隔板的内侧相贴合可以使圆柱放置架和底隔板之间的接触处进行密封，可以对底隔板两侧进行隔绝，圆柱放置架的外侧与隔环的内侧相贴合使圆柱放置架和隔环的接触处进行密封，使隔环的上下侧进行密封隔绝，圆柱放置架可通过密封轴承和转柱之间的配合在底隔板的内部进行转动。
优选的，所述卡接柱的规格尺寸与卡接槽的规格尺寸相适配，且卡接柱的位置和卡接槽的位置相对应，所述顶隔板的横截面规格和底隔板的横截面规格相同，所述顶隔板的底部和底隔板的顶部均固定安装有密封层，所述顶隔板的内部开设有贯穿槽，所述转轴位于贯穿槽的内侧，所述顶隔板底部凸起的规格尺寸与组装槽的规格尺寸相适配。
通过采用上述技术方案，优点在于在将顶釜和底釜组装完毕后，卡接柱可以卡接在卡接槽的内部，驱动电机启动后，其输出端可以带动转轴进行转动，从而带动卡接柱进行转动，卡接柱带动圆柱放置架进行转动，另外在将顶釜和底釜组装完毕后，顶隔板和底隔板可以贴合到一起，将底釜和顶釜组装后的内部空间隔绝层两个空间。
优选的，所述放置框的两侧均固定安装有安装滑块，所述放置槽内腔的两侧均开设有安装滑槽，所述安装滑块的规格尺寸与安装滑槽的规格尺寸相适配，所述安装滑块滑动安装在安装滑槽的内侧，所述放置框的外侧固定安装有密封层，所述放置框的外侧与放置槽的内侧相贴合。
通过采用上述技术方案，优点在于可通过将安装滑块安装在安装滑槽的内部，从而将放置框安装在圆柱放置架内部的放置槽的内部，方便对活性炭进行安装。
优选的，所述底釜的外侧固定安装有支撑环，所述支撑环的底部固定安装有支撑腿，所述支撑腿有四个，且四个支撑腿呈圆周排布在支撑环的底部。
通过采用上述技术方案，优点在于支撑腿和支撑环的作用是对反应釜整体进行支撑。
优选的，所述氢气出气管和混合气出气管与顶釜的连通处位于顶板的底部，所述甲烷进气管和混合气进气管与底釜的连通处位于底板的顶部，且位于隔环的底部。
通过采用上述技术方案，优点在于从甲烷进气管进入的甲烷只能通过圆柱放置架内部的放置框进行上升，从而经过放置框内部放置的活性炭进行催化裂解形成氢气，然后通过氢气出气管排出，经由混合气出气管进入的蒸汽和氧气只能通过圆柱放置架内部的放置框进行上升，从而经过已经对甲烷进行催化裂解的活性炭，对活性炭进行升温恢复，而混合气会通过混合气出气管排出。
优选的，所述底釜的顶部固定安装有电机固定架，所述驱动电机固定安装在驱动电机的内侧。
通过采用上述技术方案，优点在于电机固定架的作用是将驱动电机固定安装在顶釜的顶部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过设置的天然气裂解制氢是一种清洁制氢技术，天然气经催化剂高温催化裂解仅生成固体碳和氢气，生产过程中无二氧化碳排放，且固体碳可形成炭黑、碳纤维、碳纳米管等具有经济价值的副产物，结合化学链重整技术而提出的化学链甲烷催化裂解技术可实现高纯氢气的连续产出，并能实现自热运行。
2、通过明确活性炭的关键催化活性位点，探究活性炭表面上积炭的微纳特征及演变规律，阐明活性炭失活与炭黑催化性能自增强的机理，研究活性炭获得炭黑关键活性位点的理化处理方法，建立降低活性炭载体失活速率的控制机制，进一步提高甲烷催化裂解制氢的效率。活性炭催化天然气裂解制氢技术在经济与环保领域都显示出巨大优势，若工艺成熟使之工业应用，将对实现“碳中和”发挥重要作用。
3、通过设置的驱动电机启动后，其输出端可以带动转轴进行转动，从而带动卡接柱进行转动，卡接柱带动圆柱放置架进行转动，从甲烷进气管进入的甲烷只能通过圆柱放置架内部的放置框进行上升，从而经过放置框内部放置的活性炭进行催化裂解形成氢气，然后通过氢气出气管排出，经由混合气出气管进入的蒸汽和氧气只能通过圆柱放置架内部的放置框进行上升，从而经过已经对甲烷进行催化裂解的活性炭，对活性炭进行升温恢复，而混合气会通过混合气出气管排出。
附图说明
图1为本发明的立体外观结构示意图；
图2为本发明的底釜内部结构示意图；
图3为本发明的顶釜仰视结构示意图；
图4为本发明的底釜内部局部结构示意图；
图5为本发明的局部立体结构示意图；
图6为本发明的局部仰视结构示意图；
图7为本发明的放置框立体结构示意图。
图中：1、底釜；2、顶釜；3、甲烷进气管；4、支撑腿；5、支撑环；6、混合气进气管；7、组装座A；8、组装座B；9、混合气出气管；10、电机固定架；11、驱动电机；12、氢气出气管；13、底隔板；14、卡接槽；15、组装槽；16、隔环；17、放置框；18、圆柱放置架；19、安装滑槽；20、活性炭；21、密封轴承；22、底板；23、通气孔；24、放置槽；25、转柱；26、安装滑块；27、卡接柱；28、顶隔板；29、顶板；30、转轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方案中的附图，对本发明实施方案中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本发明一部分实施方案，而不是全部的实施方案。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。
如图1-图7所示，一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，包括底釜1和顶釜2，底釜1的一侧连通有甲烷进气管3，底釜1远离甲烷进气管3的一侧连通有混合气进气管6，底釜1的内侧固定安装有底板22，底板22的顶部固定安装有底隔板13，底隔板13的内部活动安装有圆柱放置架18，圆柱放置架18的内部开设有六个放置槽24，六个放置槽24的内部均安装有放置框17，放置框17的底部均开设有通气孔23，放置框17的内部均安装有活性炭20，圆柱放置架18的顶部开设有卡接槽14，底隔板13的顶部开设有组装槽15，底釜1的内部固定安装有隔环16，顶釜2的一侧联通有氢气出气管12，顶釜2远离氢气出气管12的一侧连通有混合气出气管9，顶釜2的顶部固定安装有驱动电机11，驱动电机11的输出端固定安装有转轴30，转轴30远离驱动电机11的一端固定安装有卡接柱27，顶釜2的内部固定安装有顶板29，顶板29的底部固定安装有顶隔板28。
上述技术方案的工作原理如下：
首先将顶釜2安装在底釜1的顶部，在将顶釜2和底釜1组装完毕后，卡接柱27可以卡接在卡接槽14的内部，驱动电机11启动后，其输出端可以带动转轴30进行转动，从而带动卡接柱27进行转动，卡接柱27带动圆柱放置架18进行转动，另外在将顶釜2和底釜1组装完毕后，顶隔板28和底隔板13可以贴合到一起，将底釜1和顶釜2组装后的内部空间隔绝层两个空间，圆柱放置架18的底部与底隔板13的内侧相贴合可以使圆柱放置架18和底隔板13之间的接触处进行密封，可以对底隔板13两侧进行隔绝，圆柱放置架18的外侧与隔环16的内侧相贴合使圆柱放置架18和隔环16的接触处进行密封，使隔环16的上下侧进行密封隔绝，从甲烷进气管3进入的甲烷只能通过圆柱放置架18内部的放置框17进行上升，从而经过放置框17内部放置的活性炭20进行催化裂解形成氢气，然后通过氢气出气管12排出，经由混合气出气管9进入的蒸汽和氧气只能通过圆柱放置架18内部的放置框17进行上升，从而经过已经对甲烷进行催化裂解的活性炭20，对活性炭20进行升温恢复，而混合气会通过混合气出气管9排出。
在另外一个实施方案中，如图1-7所示，底釜1顶部的外侧固定安装有组装座A7，顶釜2底部的外侧固定安装有组装座B8，组装座A7的规格尺寸与组装座B8的规格尺寸相同，组装座A7和组装座B8的内部均开设有规格相同的螺纹孔，且螺纹孔的内部螺纹连接有螺栓。
可通过组装座B8和组装座A7之间的配合将底釜1和顶釜2组合在一起，并通过螺栓和螺纹孔进行螺纹紧固，另外组装座B8和组装座A7的接触面设置有密封涂料，接触贴合时具有一定的密封效果。
在另外一个实施方案中，如图1-7所示，圆柱放置架18的底部和外侧均固定安装有密封层，圆柱放置架18的底部与底隔板13的内侧相贴合，圆柱放置架18的外侧与隔环16的内侧相贴合，通气孔23的直径小于底隔板13的宽度，底隔板13的内部固定安装有密封轴承21，圆柱放置架18的底部固定安装有转柱25，转柱25固定安装在密封轴承21的内侧。
圆柱放置架18的底部与底隔板13的内侧相贴合可以使圆柱放置架18和底隔板13之间的接触处进行密封，可以对底隔板13两侧进行隔绝，圆柱放置架18的外侧与隔环16的内侧相贴合使圆柱放置架18和隔环16的接触处进行密封，使隔环16的上下侧进行密封隔绝，圆柱放置架18可通过密封轴承21和转柱25之间的配合在底隔板13的内部进行转动。
在另外一个实施方案中，如图1-7所示，卡接柱27的规格尺寸与卡接槽14的规格尺寸相适配，且卡接柱27的位置和卡接槽14的位置相对应，顶隔板28的横截面规格和底隔板13的横截面规格相同，顶隔板28的底部和底隔板13的顶部均固定安装有密封层，顶隔板28的内部开设有贯穿槽，转轴30位于贯穿槽的内侧，顶隔板28底部凸起的规格尺寸与组装槽15的规格尺寸相适配。
在将顶釜2和底釜1组装完毕后，卡接柱27可以卡接在卡接槽14的内部，驱动电机11启动后，其输出端可以带动转轴30进行转动，从而带动卡接柱27进行转动，卡接柱27带动圆柱放置架18进行转动，另外在将顶釜2和底釜1组装完毕后，顶隔板28和底隔板13可以贴合到一起，将底釜1和顶釜2组装后的内部空间隔绝层两个空间。
在另外一个实施方案中，如图1-7所示，放置框17的两侧均固定安装有安装滑块26，放置槽24内腔的两侧均开设有安装滑槽19，安装滑块26的规格尺寸与安装滑槽19的规格尺寸相适配，安装滑块26滑动安装在安装滑槽19的内侧，放置框17的外侧固定安装有密封层，放置框17的外侧与放置槽24的内侧相贴合。
可通过将安装滑块26安装在安装滑槽19的内部，从而将放置框17安装在圆柱放置架18内部的放置槽24的内部，方便对活性炭20进行安装。
在另外一个实施方案中，如图1-7所示，底釜1的外侧固定安装有支撑环5，支撑环5的底部固定安装有支撑腿4，支撑腿4有四个，且四个支撑腿4呈圆周排布在支撑环5的底部，底釜1的顶部固定安装有电机固定架10，驱动电机11固定安装在驱动电机11的内侧。
支撑腿4和支撑环5的作用是对反应釜整体进行支撑，电机固定架10的作用是将驱动电机11固定安装在顶釜2的顶部。
在另外一个实施方案中，如图1-7所示，氢气出气管12和混合气出气管9与顶釜2的连通处位于顶板29的底部，甲烷进气管3和混合气进气管6与底釜1的连通处位于底板22的顶部，且位于隔环16的底部。
从甲烷进气管3进入的甲烷只能通过圆柱放置架18内部的放置框17进行上升，从而经过放置框17内部放置的活性炭20进行催化裂解形成氢气，然后通过氢气出气管12排出，经由混合气出气管9进入的蒸汽和氧气只能通过圆柱放置架18内部的放置框17进行上升，从而经过已经对甲烷进行催化裂解的活性炭20，对活性炭20进行升温恢复，而混合气会通过混合气出气管9排出。
本发明的工作原理及使用流程：首先将顶釜2安装在底釜1的顶部，在将顶釜2和底釜1组装完毕后，卡接柱27可以卡接在卡接槽14的内部，驱动电机11启动后，其输出端可以带动转轴30进行转动，从而带动卡接柱27进行转动，卡接柱27带动圆柱放置架18进行转动，另外在将顶釜2和底釜1组装完毕后，顶隔板28和底隔板13可以贴合到一起，将底釜1和顶釜2组装后的内部空间隔绝层两个空间，圆柱放置架18的底部与底隔板13的内侧相贴合可以使圆柱放置架18和底隔板13之间的接触处进行密封，可以对底隔板13两侧进行隔绝，圆柱放置架18的外侧与隔环16的内侧相贴合使圆柱放置架18和隔环16的接触处进行密封，使隔环16的上下侧进行密封隔绝，从甲烷进气管3进入的甲烷只能通过圆柱放置架18内部的放置框17进行上升，从而经过放置框17内部放置的活性炭20进行催化裂解形成氢气，然后通过氢气出气管12排出，经由混合气出气管9进入的蒸汽和氧气只能通过圆柱放置架18内部的放置框17进行上升，从而经过已经对甲烷进行催化裂解的活性炭20，对活性炭20进行升温恢复，而混合气会通过混合气出气管9排出。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方案，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施方案进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，包括底釜(1)和顶釜(2)，其特征在于：所述底釜(1)的一侧连通有甲烷进气管(3)，所述底釜(1)远离甲烷进气管(3)的一侧连通有混合气进气管(6)，所述底釜(1)的内侧固定安装有底板(22)，所述底板(22)的顶部固定安装有底隔板(13)，所述底隔板(13)的内部活动安装有圆柱放置架(18)，所述圆柱放置架(18)的内部开设有六个放置槽(24)，六个所述放置槽(24)的内部均安装有放置框(17)，所述放置框(17)的底部均开设有通气孔(23)，所述放置框(17)的内部均安装有活性炭(20)，所述圆柱放置架(18)的顶部开设有卡接槽(14)，所述底隔板(13)的顶部开设有组装槽(15)，所述底釜(1)的内部固定安装有隔环(16)，所述顶釜(2)的一侧联通有氢气出气管(12)，所述顶釜(2)远离氢气出气管(12)的一侧连通有混合气出气管(9)，所述顶釜(2)的顶部固定安装有驱动电机(11)，所述驱动电机(11)的输出端固定安装有转轴(30)，所述转轴(30)远离驱动电机(11)的一端固定安装有卡接柱(27)，所述顶釜(2)的内部固定安装有顶板(29)，所述顶板(29)的底部固定安装有顶隔板(28)。
2.根据权利要求1所述的一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，其特征在于：所述底釜(1)顶部的外侧固定安装有组装座A(7)，所述顶釜(2)底部的外侧固定安装有组装座B(8)，所述组装座A(7)的规格尺寸与组装座B(8)的规格尺寸相同，所述组装座A(7)和组装座B(8)的内部均开设有规格相同的螺纹孔，且螺纹孔的内部螺纹连接有螺栓。
3.根据权利要求1所述的一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，其特征在于：所述圆柱放置架(18)的底部和外侧均固定安装有密封层，所述圆柱放置架(18)的底部与底隔板(13)的内侧相贴合，所述圆柱放置架(18)的外侧与隔环(16)的内侧相贴合，所述通气孔(23)的直径小于底隔板(13)的宽度，所述底隔板(13)的内部固定安装有密封轴承(21)，所述圆柱放置架(18)的底部固定安装有转柱(25)，所述转柱(25)固定安装在密封轴承(21)的内侧。
4.根据权利要求1所述的一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，其特征在于：所述卡接柱(27)的规格尺寸与卡接槽(14)的规格尺寸相适配，且卡接柱(27)的位置和卡接槽(14)的位置相对应，所述顶隔板(28)的横截面规格和底隔板(13)的横截面规格相同，所述顶隔板(28)的底部和底隔板(13)的顶部均固定安装有密封层，所述顶隔板(28)的内部开设有贯穿槽，所述转轴(30)位于贯穿槽的内侧，所述顶隔板(28)底部凸起的规格尺寸与组装槽(15)的规格尺寸相适配。
5.根据权利要求1所述的一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，其特征在于：所述放置框(17)的两侧均固定安装有安装滑块(26)，所述放置槽(24)内腔的两侧均开设有安装滑槽(19)，所述安装滑块(26)的规格尺寸与安装滑槽(19)的规格尺寸相适配，所述安装滑块(26)滑动安装在安装滑槽(19)的内侧，所述放置框(17)的外侧固定安装有密封层，所述放置框(17)的外侧与放置槽(24)的内侧相贴合。
6.根据权利要求1所述的一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，其特征在于：所述底釜(1)的外侧固定安装有支撑环(5)，所述支撑环(5)的底部固定安装有支撑腿(4)，所述支撑腿(4)有四个，且四个支撑腿(4)呈圆周排布在支撑环(5)的底部。
7.根据权利要求1所述的一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，其特征在于：所述氢气出气管(12)和混合气出气管(9)与顶釜(2)的连通处位于顶板(29)的底部，所述甲烷进气管(3)和混合气进气管(6)与底釜(1)的连通处位于底板(22)的顶部，且位于隔环(16)的底部。
8.根据权利要求1所述的一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜，其特征在于：所述底釜(1)的顶部固定安装有电机固定架(10)，所述驱动电机(11)固定安装在驱动电机(11)的内侧。
Priority Applications (1)
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| CN202210006486.4A CN114471380B (zh) | 2022-01-05 | 一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN101842316A (zh) * | 2007-11-01 | 2010-09-22 | Sk能源株式会社 | 利用蒸气重整反应的氢气产生装置 |
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| CN111153384A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 四川天采科技有限责任公司 | 一种甲醇直裂解制备h2的催化渗透性一体化膜反应器及应用 |
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