CN203922718U - 一种微波液相等离子体醇类制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微波液相等离子体醇类制氢装置，属于非热放电醇类制氢领域。包括微波发生器，所述反应器内设有用于容纳反应物的空间，所述反应器上部连接有所述复合真空计；所述液相放电电极位于所述空间的底部并焊接在所述反应器上，所述液相放电电极上连接有所述波导同轴电缆，所述波导同轴电缆上连接有所述微波发生器；所述反应器的侧壁上部连接有排气管，所述排气管上依次连接有封闭阀门和干式真空泵，所述干式真空泵上连接有空气排空阀门和气体收集阀门；所述反应器的上部连接有进料管；所述反应器的底部连接有排料管。本实用新型具有氢气制取速率快，放电装置设计小型化，可以随时随地简单方便的制取氢气的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于非热放电醇类制氢领域，提供了一种微波液相等离子体醇类制氢装置。
背景技术
在非再生能源日益穷竭和现代社会对能源需求日益强盛的现实矛盾面前，可再生清洁能源的充分开发利用已经逐步得到了社会的重视，但类似于风能、水能、太阳能等可再生能源由于存在地域性和时域性等瓶颈问题，新型清洁能源的开发和利用迫在眉睫。氢能是一种高热值的清洁能源，其充分的开发利用为解决未来能源危机问题带来了曙光，同时在研究开发的路程上也充满了挑战。
目前，氢气的制取方法主要包括：天然气蒸汽转化制氢、甲醇重整制氢、水电解制氢。而前两种方法是目前制氢领域中氢气产量最大的方法，但是由于此方法一般都要求高温高压，设备投资较大，因此在一定程度上限制了氢气的大规模应用；而水电解制氢由于消耗的电能极大，制约了其发展，因此产量极少。新的氢气产生方法的研发改进对于氢能的开发利用至关重要。
非热放电制氢是一种新兴制氢方法，目前国内外诸多学者都尝试利用介质阻挡放电、滑动弧放电、隔膜辉光放电等非热放电技术进行制氢，为未来氢能的开发利用开辟了一条新的研究途径。但目前来看，此几种方法存在产氢速率不高，能量利用率较低等问题，在液相中直接开发放电等离子体技术有助于改善此状况。
微波液相放电技术制氢采用微波在反应器内置液相放电电极尖端产生等离子体，利用等离子体中的各种高能粒子对醇类分子进行碰撞分解，从而产生含有氢气的混合气体。
实用新型内容
根据上述提出的天然气蒸汽转化制氢和甲醇重整制氢一般都要求高温高压，设备投资较大；水电解制氢消耗的电能极大，产量极少的技术问题，而提供一种微波液相等离子体醇类制氢装置。本实用新型主要利用微波在醇类液相中产生等离子体制氢，从而起到氢气制取速率快的效果。
本实用新型采用的技术手段如下：
一种微波液相等离子体醇类制氢装置，其特征在于：包括微波发生器，波导同轴电缆，液相放电电极，反应器，封闭阀门，干式真空泵，空气排空阀门，气体收集阀门和复合真空；
所述反应器内设有用于容纳反应物的空间，所述反应器上部连接有所述复合真空计；所述液相放电电极位于所述空间的底部并焊接在所述反应器上，所述液相放电电极上连接有所述波导同轴电缆，所述波导同轴电缆上连接有所述微波发生器；
所述反应器的侧壁上部连接有排气管，所述排气管上依次连接有封闭阀门和干式真空泵，所述干式真空泵上连接有空气排空阀门和气体收集阀门；
所述反应器的上部连接有进料管；
所述反应器的底部连接有排料管。
进一步地，所述进料管上依次连接有进料阀门，进料泵和原料储存罐。
进一步地，所述排料管上依次连接有废料排空阀门，排料泵和废料储存罐。
本实用新型具有以下优点：
1、由于本实用新型采用的非热放电技术，利用微波在液相中产生等离子体，因此较于气相放电制氢，本实用新型具有等离子体密度高，氢气制取效率高等优点；
2、制氢条件较为宽松，不用外加催化剂等措施；
3、本实用新型所使用的原料为醇类(甲醇、乙醇优先)，原料廉价易于取得，尤其是乙醇，可以通过秸秆发酵等方式制取，减少化石燃料的使用。
基于上述理由本实用新型可在非热放电醇类制氢领域等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的一种微波液相等离子体醇类制氢方法的流程图及装置示意图。
其中，1、微波发生器 2、波导同轴电缆 3、液相放电电极 4、反应器 5、封闭阀门 6、干式真空泵 7、空气排空阀门 8、气体收集阀门 9、原料储存罐 10、进料泵 11、进料阀门 12、废料排空阀门 13、排料泵 14、废料储存罐 15、复合真空计。
具体实施方式
如图1所示，一种微波液相等离子体醇类制氢装置，该装置包括微波发生器1，波导同轴电缆2，液相放电电极3，反应器4，封闭阀门5，干式真空泵6，空气排空阀门7，气体收集阀门8，原料储存罐9，进料泵10，进料阀门11，废料排空阀门12，排料泵13，废料储存罐14和复合真空15；
所述反应器4内设有用于容纳反应物的空间，所述空间的容积为3L，所述反应器4上部连接有所述复合真空计15；所述液相放电电极3位于所说空间的底部并焊接在所述反应器4上，所述液相放电电极3上连接有所述波导同轴电缆2，所述波导同轴电缆2上连接有所述微波发生器1；
所述反应器4的侧壁上部连接有排气管，所述排气管上依次连接有封闭阀门5和干式真空泵6，所述干式真空泵6上连接有空气排空阀门7和气体收集阀门8；
所述反应器4的上部连接有进料管，所述进料管上依次连接有进料阀门11，进料泵10和原料储存罐9；
所述反应器4的底部连接有排料管，所述排料管上依次连接有废料排空阀门12，排料泵13和废料储存罐14。
下面通过例举具体参数实施例来对本实用新型的制氢做进一步说明。
实施例1
制氢装置如图1所示，具体制氢步骤如下所述：
①进料前，将所述进料阀门11，所述废料排空阀门12和所述封闭阀门5同时关闭；将无水乙醇与纯水混合，配置体积分数为8％的乙醇水溶液，将配制的所述乙醇水溶液储存于所述原料储存罐9中，打开所述进料阀门11，启动所述进料泵10，将2L所述乙醇水溶液注入到所述反应器4中，所述乙醇水溶液的温度为20℃；之后关闭所述进料阀门11；
②在收集气体前，打开所述封闭阀门5和所述空气排空阀门7，关闭所述气体收集阀门8；启动所述干式真空泵6，将所述反应器4中的空气排出，使所述反应器4内的压强控制在3000Pa；
③启动所述微波发生器1，功率设置为450W，产生的微波(频率为2.45GHz)经所述波导同轴电缆2注入到所述液相放电电极3，则可在所述乙醇水溶液中产生等离子体，利用等离子体中的高能粒子对乙醇分子进行碰撞分解，即可产生含有氢气的混合气体，混合气体的产气速率为810ml/min，其中氢气占总混合体积的64.55％，一氧化碳占总混合体积的26.57％，其他气体占总混合体积的8.88％；将所述空气排空阀门7继续保持打开，待所述反应器4及连接管路中残留的少量空气排出后关闭所述空气排空阀门7，同时打开所述气体收集阀门8进行所述混合气体的收集储存；所述混合气体收集后，将所述封闭阀门5，所述干式真空泵6和所述微波发生器1依次关闭；
④废料的收集：打开废料排空阀门12，开启所述排料泵，将废液排入到所述废料储存罐14中。
实施例2
制氢装置如图1所示，具体制氢步骤如下所述：
①进料前，将所述进料阀门11，所述废料排空阀门12和所述封闭阀门5同时关闭；将无水乙醇与纯水混合，配置体积分数为4％的乙醇水溶液，将配制的所述乙醇水溶液储存于所述原料储存罐9中，打开所述进料阀门11，启动所述进料泵10，将2L所述乙醇水溶液注入到所述反应器4中，所述乙醇水溶液的温度为20℃；之后关闭所述进料阀门11；
②在收集气体前，打开所述封闭阀门5和所述空气排空阀门7，关闭所述气体收集阀门8；启动所述干式真空泵6，将所述反应器4中的空气排出，使所述反应器4内的压强控制在3000Pa；
③启动所述微波发生器1，功率设置为100W，产生的微波(频率为2.45GHz)经所述波导同轴电缆2注入到所述液相放电电极3，则可在所述乙醇水溶液中产生等离子体，利用等离子体中的高能粒子对乙醇分子进行碰撞分解，即可产生含有氢气的混合气体，混合气体的产气速率为125ml/min，其中氢气占总混合体积的58.36％，一氧化碳占总混合体积的20.71％，其他气体占总混合体积的20.93％；将所述空气排空阀门7继续保持打开，待所述反应器4及连接管路中残留的少量空气排出后关闭所述空气排空阀门7，同时打开所述气体收集阀门8进行所述混合气体的收集储存；所述混合气体收集后，将所述封闭阀门5，所述干式真空泵6和所述微波发生器1依次关闭；
④废料的收集：打开废料排空阀门12，开启所述排料泵，将废液排入到所述废料储存罐14中。
实施例3
制氢装置如图1所示，具体制氢步骤如下所述：
①进料前，将所述进料阀门11，所述废料排空阀门12和所述封闭阀门5同时关闭；将无水乙醇与纯水混合，配置体积分数为15％的乙醇水溶液，将配制的所述乙醇水溶液储存于所述原料储存罐9中，打开所述进料阀门11，启动所述进料泵10，将2L所述乙醇水溶液注入到所述反应器4中，所述乙醇水溶液的温度为40℃；之后关闭所述进料阀门11；
②在收集气体前，打开所述封闭阀门5和所述空气排空阀门7，关闭所述气体收集阀门8；启动所述干式真空泵6，将所述反应器4中的空气排出，使所述反应器4内的压强控制在4000Pa；
③启动所述微波发生器1，功率设置为150W，产生的微波(频率为2.45GHz)经所述波导同轴电缆2注入到所述液相放电电极3，则可在所述乙醇水溶液中产生等离子体，利用等离子体中的高能粒子对乙醇分子进行碰撞分解，即可产生含有氢气的混合气体，混合气体的产气速率为295ml/min，其中氢气占总混合体积的62.93％，一氧化碳占总混合体积的25.27％，其他气体占总混合体积的11.80％；将所述空气排空阀门7继续保持打开，待所述反应器4及连接管路中残留的少量空气排出后关闭所述空气排空阀门7，同时打开所述气体收集阀门8进行所述混合气体的收集储存；所述混合气体收集后，将所述封闭阀门5，所述干式真空泵6和所述微波发生器1依次关闭；
④废料的收集：打开废料排空阀门12，开启所述排料泵，将废液排入到所述废料储存罐14中。
实施例4
制氢装置如图1所示，具体制氢步骤如下所述：
①进料前，将所述进料阀门11，所述废料排空阀门12和所述封闭阀门5同时关闭；将无水乙醇与纯水混合，配置体积分数为50％的乙醇水溶液，将配制的所述乙醇水溶液储存于所述原料储存罐9中，打开所述进料阀门11，启动所述进料泵10，将2L所述乙醇水溶液注入到所述反应器4中，所述乙醇水溶液的温度为15℃；之后关闭所述进料阀门11；
②在收集气体前，打开所述封闭阀门5和所述空气排空阀门7，关闭所述气体收集阀门8；启动所述干式真空泵6，将所述反应器4中的空气排出，使所述反应器4内的压强控制在1000Pa；
③启动所述微波发生器1，功率设置为300W，产生的微波(频率为2.45GHz)经所述波导同轴电缆2注入到所述液相放电电极3，则可在所述乙醇水溶液中产生等离子体，利用等离子体中的高能粒子对乙醇分子进行碰撞分解，即可产生含有氢气的混合气体，混合气体的产气速率为625ml/min，其中氢气占总混合体积的51.33％，一氧化碳占总混合体积的20.53％，其他气体占总混合体积的28.14％；将所述空气排空阀门7继续保持打开，待所述反应器4及连接管路中残留的少量空气排出后关闭所述空气排空阀门7，同时打开所述气体收集阀门8进行所述混合气体的收集储存；所述混合气体收集后，将所述封闭阀门5，所述干式真空泵6和所述微波发生器1依次关闭；
④废料的收集：打开废料排空阀门12，开启所述排料泵，将废液排入到所述废料储存罐14中。
实施例5
制氢装置如图1所示，具体制氢步骤如下所述：
①进料前，将所述进料阀门11，所述废料排空阀门12和所述封闭阀门5同时关闭；将无水甲醇与纯水混合，配置体积分数为8％的甲醇水溶液，将配制的所述甲醇水溶液储存于所述原料储存罐9中，打开所述进料阀门11，启动所述进料泵10，将2L所述甲醇水溶液注入到所述反应器4中，所述甲醇水溶液的温度为20℃；之后关闭所述进料阀门11；
②在收集气体前，打开所述封闭阀门5和所述空气排空阀门7，关闭所述气体收集阀门8；启动所述干式真空泵6，将所述反应器4中的空气排出，使所述反应器4内的压强控制在3000Pa；
③启动所述微波发生器1，功率设置为150W，产生的微波(频率为2.45GHz)经所述波导同轴电缆2注入到所述液相放电电极3，则可在所述甲醇水溶液中产生等离子体，利用等离子体中的高能粒子对甲醇分子进行碰撞分解，即可产生含有氢气的混合气体，混合气体的产气速率为270ml/min，其中氢气占总混合体积的64.52％，一氧化碳占总混合体积的26.22％，其他气体占总混合体积的9.26％；将所述空气排空阀门7继续保持打开，待所述反应器4及连接管路中残留的少量空气排出后关闭所述空气排空阀门7，同时打开所述气体收集阀门8进行所述混合气体的收集储存；所述混合气体收集后，将所述封闭阀门5，所述干式真空泵6和所述微波发生器1依次关闭；
④废料的收集：打开废料排空阀门12，开启所述排料泵，将废液排入到所述废料储存罐14中。
实施例6
制氢装置如图1所示，具体制氢步骤如下所述：
①进料前，将所述进料阀门11，所述废料排空阀门12和所述封闭阀门5同时关闭；将无水甲醇与纯水混合，配置体积分数为4％的甲醇水溶液，将配制的所述甲醇水溶液储存于所述原料储存罐9中，打开所述进料阀门11，启动所述进料泵10，将2L所述甲醇水溶液注入到所述反应器4中，所述甲醇水溶液的温度为80℃；之后关闭所述进料阀门11；
②在收集气体前，打开所述封闭阀门5和所述空气排空阀门7，关闭所述气体收集阀门8；启动所述干式真空泵6，将所述反应器4中的空气排出，使所述反应器4内的压强控制在8000Pa；
③启动所述微波发生器1，功率设置为125W，产生的微波(频率为2.45GHz)经所述波导同轴电缆2注入到所述液相放电电极3，则可在所述甲醇水溶液中产生等离子体，利用等离子体中的高能粒子对甲醇分子进行碰撞分解，即可产生含有氢气的混合气体，混合气体的产气速率为300ml/min，其中氢气占总混合体积的34.52％，一氧化碳占总混合体积的13.81％，其他气体占总混合体积的51.67％；将所述空气排空阀门7继续保持打开，待所述反应器4及连接管路中残留的少量空气排出后关闭所述空气排空阀门7，同时打开所述气体收集阀门8进行所述混合气体的收集储存；所述混合气体收集后，将所述封闭阀门5，所述干式真空泵6和所述微波发生器1依次关闭；
④废料的收集：打开废料排空阀门12，开启所述排料泵，将废液排入到所述废料储存罐14中。
实施例7
制氢装置如图1所示，具体制氢步骤如下所述：
①进料前，将所述进料阀门11，所述废料排空阀门12和所述封闭阀门5同时关闭；将无水甲醇与纯水混合，配置体积分数为45％的甲醇水溶液，将配制的所述甲醇水溶液储存于所述原料储存罐9中，打开所述进料阀门11，启动所述进料泵10，将2L所述甲醇水溶液注入到所述反应器4中，所述甲醇水溶液的温度为25℃；之后关闭所述进料阀门11；
②在收集气体前，打开所述封闭阀门5和所述空气排空阀门7，关闭所述气体收集阀门8；启动所述干式真空泵6，将所述反应器4中的空气排出，使所述反应器4内的压强控制在5000Pa；
③启动所述微波发生器1，功率设置为200W，产生的微波(频率为2.45GHz)经所述波导同轴电缆2注入到所述液相放电电极3，则可在所述甲醇水溶液中产生等离子体，利用等离子体中的高能粒子对甲醇分子进行碰撞分解，即可产生含有氢气的混合气体，混合气体的产气速率为300ml/min，其中氢气占总混合体积的50.12％，一氧化碳占总混合体积的20.05％，其他气体占总混合体积的29.83％；将所述空气排空阀门7继续保持打开，待所述反应器4及连接管路中残留的少量空气排出后关闭所述空气排空阀门7，同时打开所述气体收集阀门8进行所述混合气体的收集储存；所述混合气体收集后，将所述封闭阀门5，所述干式真空泵6和所述微波发生器1依次关闭；
④废料的收集：打开废料排空阀门12，开启所述排料泵，将废液排入到所述废料储存罐14中。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种微波液相等离子体醇类制氢装置，其特征在于：包括微波发生器(1)，波导同轴电缆(2)，液相放电电极(3)，反应器(4)，封闭阀门(5)，干式真空泵(6)，空气排空阀门(7)，气体收集阀门(8)和复合真空(15)；
所述反应器(4)内设有用于容纳反应物的空间，所述反应器(4)上部连接有所述复合真空计(15)；所述液相放电电极(3)位于所述空间的底部并焊接在所述反应器(4)上，所述液相放电电极(3)上连接有所述波导同轴电缆(2)，所述波导同轴电缆(2)上连接有所述微波发生器(1)；
所述反应器(4)的侧壁上部连接有排气管，所述排气管上依次连接有封闭阀门(5)和干式真空泵(6)，所述干式真空泵(6)上连接有空气排空阀门(7)和气体收集阀门(8)；
所述反应器(4)的上部连接有进料管；
所述反应器(4)的底部连接有排料管。
2.根据权利要求1所述的一种微波液相等离子体醇类制氢装置，其特征在于：所述进料管上依次连接有进料阀门(11)，进料泵(10)和原料储存罐(9)。
3.根据权利要求1所述的一种微波液相等离子体醇类制氢装置，其特征在于：所述排料管上依次连接有废料排空阀门(12)，排料泵(13)和废料储存罐(14)。
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| CN105430860A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-03-23 | 大连海事大学 | 大气压下直接耦合微波液相等离子体发生装置和方法 |
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| CN105430860B (zh) * | 2015-11-19 | 2018-03-20 | 大连海事大学 | 大气压下直接耦合微波液相等离子体发生装置和方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141105 Termination date: 20160702 |