CN217392362U - 一种高压力等离子体裂解器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高压力等离子体裂解器，包括防护罩、绝缘座、外壳体、进气口、旋气环、高压转接端子、转接导电杆、阴极头、地电极、永磁体、出气口、三通、石英观察窗、卡箍、压力表、泄气阀；所述高压转接端子与转接导电杆连接并插入绝缘座内，绝缘座外部装配有外壳体，外壳体外部装配有永磁体，外壳体中部装配有旋气环，外壳体内部装配有阴极头，绝缘座外部装配有绝缘防护罩，防护罩上设置有进气口和高压接线口；外壳体的出气口连接三通，并通过三通与石英观察窗、压力表连接；所述泄气阀通过三通与压力表、出气口连接。本实用新型结构清晰、布局合理，操作方便，具有较好的稳定性，可实时观察裂解器内等离子体状况；可在高压力下快速裂解气体。
Description
技术领域
本实用新型涉及氨燃料分解领域，具体涉及一种高压力等离子体裂解器。
背景技术
氢由于储量丰富、燃烧热值高、燃烧产物仅为水，被誉为绿色能源载体，在冶金工业、航空航天、氢能发电、石油提炼等领域有着广泛的应用。氢能作为一种理想的能源载体之一，近些年来受制于储存和运输的难题并未大规模的发展。为了避免储存和运输的难题，通过原料重整来实现现场制氢，就显得尤为重要。
氨是一种富氢物质，其理论储氢量可达17.6wt％，且热稳定性好，具有运输便利、无碳等优点，放氢条件温和，被认为是合适的储氢介质之一，可将其作为储氢材料现场释放氢气，因此氨分解作为一种有效的现场制氢方法而受到了广泛关注。
热裂解氨气是当前直接制备高纯氢气的主要方法之一，但是热裂解装置体积较大、氨分解的效率很大程度上依赖于催化剂，且能耗高、反应器寿命短，其工作压力为常压，无法适用于竖炉等高压力应用场景。等离子体技术可以为化学反应提供高化学活性和能量效率，使得在常规条件下难以发生的反应在较低的温度下进行，具有高效率、低能耗的优点，可以在高压力条件下有效分解氨气制氢气，解决等离子体在高压力环境下产生的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的主要是为了克服现有热裂解氨气制氢气技术过于依赖催化剂、体积大、能耗高、反应器寿命短、无法应用于高压力场景等缺陷，提供一种用于氨气裂解制氢气的高压力等离子体裂解器，解决等离子体在高压力环境下的产生问题，用以提高氨气分解效率快速制氢气，并且降低能耗。本实用新型也可以用来裂解空气。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了以下技术方案：
一种高压力等离子体裂解器，所述裂解器包括防护罩、绝缘座、外壳体、进气口、旋气环、高压转接端子、转接导电杆、阴极头、地电极、永磁体、出气口、三通、石英观察窗、卡箍、压力表和泄气阀；
所述高压转接端子与转接导电杆连接并插入绝缘座内，绝缘座外部装配有所述外壳体，外壳体外部装配有永磁体，外壳体中部装配有旋气环，外壳体内部装配有阴极头，绝缘座外部装配有绝缘的所述防护罩，防护罩上设置有进气口和高压接线口，进气口连接外部的进气管，线缆一端与高压转接端子相连，另一端伸出高压接线口与外部高压电源连接；
所述三通包括第一三通件和第二三通件；所述外壳体设有出气口，所述出气口连接第一三通件，并通过所述第一三通件分别与石英观察窗、压力表连接；所述泄气阀通过第二三通件分别与压力表、第一三通件连接。
进一步的，所述防护罩由聚四氟乙烯制成；所述进气口镶嵌在防护罩侧壁上，高压接线口位于防护罩端部。
进一步的，所述进气口为不锈钢接头，所述进气管为不锈钢管，所述进气口通过所述进气管连接热式质量流量控制器。
进一步的，所述绝缘座的材料为陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯中的任意一种。
进一步的，所述高压转接端子的材料为铜，转接导电杆的材料为不锈钢或钨；所述转接导电杆插入绝缘座的一端设有螺纹，高压转接端子插入绝缘座的部分有螺孔，所述转接导电杆与高压转接端子之间通过螺纹螺孔实现同轴连接固定。
进一步的，所述高压电源为交流电源或脉冲电源。
进一步的，所述旋气环的材料为高导热陶瓷材料。
进一步的，所述旋气环的材料为Si3N4或SiC。
进一步的，所述阴极头的材料为不锈钢或钨，阴极头与转接导电杆之间的距离可调节。
进一步的，所述外壳体为不锈钢筒体。
进一步的，所述永磁体固定在阴极头与转接导电杆处的外壳体外部。
所述第一三通件和第二三通件的密封形式采用不锈钢O型圈与卡箍相联用的密封结构。
进一步的，所述石英观察窗与所述地电极、转接导电杆同轴。
进一步的，所述泄气阀包括2bar泄气阀、4bar泄气阀、6bar泄气阀；
所述2bar泄气阀、4bar泄气阀、6bar泄气阀与压力表之间分别通过一个所述第二三通件联通。
进一步的，所述泄气阀上带有截止阀。
进一步的，所述高压力等离子体裂解器的工作气体为氨气或空气。
本实用新型的高压力等离子体裂解器，能够用于氨气裂解制氢气，其通过控制裂解器的压力、供电电压等条件，控制等离子体裂解氨气制氢气工艺流程，从而得到高压力氢气产品。
本实用新型通过等离子体放电方式，科学地解决了在高压力环境下制氢气的问题。本实用新型所述的高压力等离子体裂解器较好地解决了热裂解装置体积较大、氨分解的效率低、依赖催化剂，能耗高、反应器寿命短等问题，扩大了制氢气的压力范围，提高了氨气裂解效率，有利于氨气充分裂解。其中，外壳体采用不锈钢材质，耐压性高、使用寿命长。氨气经旋气环形成旋转气流。转接导电杆与阴极头采用不锈钢或钨金属，硬度高、熔点高、化学性质稳定，使用寿命长。本实用新型利用高精度热式质量流量控制器进行氨气流量控制，具有灵敏度高且易于控制、流量稳定性好的优点。阴极头与转接导电杆之间的距离调节方便，便于在不同气压下调节电极间距，降低等离子体放电电压。
本实用新型具有优点：
(1)本实用新型高压力等离子体裂解器结构清晰，布局合理，操作方便，具有较好的稳定性；
(2)管线连接全部采用不锈钢管，密封性能好。流量控制采用热式质量流量控制器精准控制，可实现控制流量为±1.5％F.S.；
(3)相较于热裂解氨气制氢气，等离子体裂解氨气制氢气装置体积小，无需催化剂、氨气分解效率高、能耗低、裂解器寿命长；
(4)本实用新型高压力等离子体裂解器可在高压力条件下制氢气，可直接应用于高压力应用场景；
(5)本实用新型高压力等离子体裂解器可在高压力条件下裂解空气，空气裂解后产生的混合气体可以作为燃料燃烧的助燃剂，实现持续稳定燃烧。
附图说明
图1为本实用新型实施例高压力等离子体裂解器的剖面结构示意图。
图2为本实用新型实施例高压力等离子体裂解器的侧视结构示意图。
图中，1-防护罩；2-外壳体；3-高压接线口；4-进气口；5-高压转接端子；6-绝缘座；7-转接导电杆；8-旋气环；9-阴极头；10-地电极；11-出气口；12-永磁体；13-三通；14-卡箍；15-石英观察窗；16-压力表；17-2bar泄气阀；18-4bar泄气阀；19-6bar泄气阀。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例进行说明。
本实用新型提供了一种能够用于氨气裂解制氢气、裂解空气的高压力等离子体裂解器，如图1-2所示，裂解器包括防护罩1、外壳体2、绝缘座6、旋气环8、高压转接端子5、转接导电杆7、阴极头9、地电极10、三通13、石英观察窗15、压力表16、2bar泄气阀17、4bar泄气阀18、6bar泄气阀19。
高压转接端子5通过线缆连接外部高压电源；地电极10通过线缆连接外部高压电源接地端；高压转接端子5与转接导电杆7连接并插入绝缘座6，绝缘座6外部装配有外壳体2，外壳体2中部装配有旋气环8，外壳体2内部装配有阴极头9，阴极头9与转接导电杆7处的外壳体2外部装配有永磁体12，绝缘座外部装配有绝缘防护罩1；进气口4为不锈钢接头，通过不锈钢管连接热式质量流量控制器。
所述三通13包括第一三通件和第二三通件；所述外壳体设有出气口11，所述出气口11连接第一三通件，并通过所述第一三通件分别与石英观察窗15、压力表16连接；所述2bar泄气阀17、4bar泄气阀18、6bar泄气阀19分别通过一个所述第二三通件与压力表、第一三通件连接。
防护罩1为聚四氟乙烯材质；绝缘座6为陶瓷材质；外壳体2，转接导电杆7，阴极头9，旋气环8，三通13，卡箍14，2bar泄气阀17，4bar泄气阀18，6bar泄气阀19为不锈钢材质；高压转接端子5为铜材质；进气口4为不锈钢接头。
高压力等离子体裂解器的高压转接端子5通过线缆连接外部高压电源，电源输出电压可调节。
进气口4通过不锈钢管连接热式质量流量控制器与氨气钢瓶，通过安装在氨气钢瓶上的减压阀调控输出气压，通过热式质量流量控制器测量并控制输出气体流量，压力范围为0.1-1MPa，流量范围为10-200L/min。
各个泄气阀前装配有截止阀，可选择仅开启任一截止阀，以调控等离子体裂解器内压力，裂解器内压力可由压力表16测量并显示。
转接导电杆7与阴极头9之间的距离可根据气压条件进行调节，用以降低高压力条件下等离子体放电的击穿电压。可选的调节方式如：转接导电杆7与高压转接端子5均插入绝缘座，转接导电杆7与高压转接端子5以螺纹形式连接固定，通过拔出高压转接端子5的长度调控转接导电杆7与阴极头9之间的距离。
转接导电杆7与阴极头9处外壳体2外部装配有永磁体12，用以降低高压力条件下等离子体放电的击穿电压以及维持放电稳定。
裂解器的外壳体2为不锈钢材料，裂解器的密封形式采用不锈钢O型圈与卡箍密封结构，气密性高，不易发生气体泄漏。
实施例1：
裂解氨气制氢气
实施例中，打开氨气钢瓶阀门，调整合适的输出压力，经热式质量流量控制器调控氨气流量，将等离子体裂解器内的空气排尽，安装永磁体12，调节转接导电杆7与阴极头9之间的距离便于降低放电击穿电压；在接通高压电源，通过交流电源驱动放电在转接导电杆7与阴极头9之间产生交流弧放电等离子体，在电压变化期间使等离子体能够在ns–μs量级的时间内将等离子体区域内的氨气加热到600℃以上，从而促进等离子体氨气分解反应。
其中，裂解器的裂解反应原理为：氨气在高压力条件下，通过等离子体的作用，发生化学反应生成氢气和氮气。其化学反应方程式如：2NH3→3H2+N2。
实施例中，采用氢气分析仪测定泄气阀出口气体中氢气的纯度，以此表征等离子体裂解氨气情况。
通过采用本实用新型提供的等离子体反应器，能够有效地提高氨气裂解收率和能量利用率，降低能耗。
实施例2：
裂解氨气制氢气
本实施例提供一种反应装置，包括上述实施例1的等离子体反应器，还包括蛇形盘管，蛇形盘管的进气口连接质量流量器，蛇形盘管的出口连接进气口4，打开氨气钢瓶阀门，调整合适的输出压力，经热式质量流量控制器调控氨气流量，将等离子体裂解器内的空气排尽，安装永磁体12，调节转接导电杆7与阴极头9之间的距离便于降低放电击穿电压；在接通高压电源，通过交流电源驱动放电在转接导电杆7与阴极头9之间产生交流弧放电等离子体，在电压变化期间使等离子体能够在ns–μs量级的时间内将等离子体区域内的氨气加热到600℃以上，从而促进等离子体氨气分解反应。所述蛇形盘管较好地解决了原料气的预热，有利于氨气充分裂解完全。其中，蛇形盘管盘装在外壳体2上，通过质量流量控制器调节控制氨气流量大小，进入反应器入口，再经过蛇形盘管，使得氨气在反应器内进一步加热，提高温度。
其中，裂解器的裂解反应原理为：氨气在高压力条件下，通过等离子体的作用，发生化学反应生成氢气和氮气。其化学反应方程式如：2NH3→3H2+N2。
实施例中，采用氢气分析仪测定泄气阀出口气体中氢气的纯度，以此表征等离子体裂解情况。
实施例3：
裂解空气
实施例中，打开空压，调整空气合适的输出压力，经热式质量流量控制器调控空气流量，安装永磁体12，调节转接导电杆7与阴极头9之间的距离便于降低放电击穿电压；在接通高压电源，通过交流电源驱动放电在转接导电杆7与阴极头9之间产生交流弧放电等离子体，在电压变化期间使等离子体能够在ns–μs量级的时间内将等离子体区域内的空气加热到600℃以上，从而促进等离子体空气分解反应，空气裂解后产生的混合气体可以作为燃料燃烧的助燃剂，实现持续稳定燃烧。
本实用新型未详细阐述的部分属于本领域公知技术。以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (16)
1.一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述裂解器包括防护罩、绝缘座、外壳体、进气口、旋气环、高压转接端子、转接导电杆、阴极头、地电极、永磁体、出气口、三通、石英观察窗、卡箍、压力表和泄气阀；
所述高压转接端子与转接导电杆连接并插入绝缘座内，绝缘座外部装配有所述外壳体，外壳体外部装配有永磁体，外壳体中部装配有旋气环，外壳体内部装配有阴极头，绝缘座外部装配有绝缘的所述防护罩，防护罩上设置有进气口和高压接线口，进气口连接外部的进气管，线缆一端与高压转接端子相连，另一端伸出高压接线口与外部高压电源连接；
所述三通包括第一三通件和第二三通件；所述外壳体设有出气口，所述出气口连接第一三通件，并通过所述第一三通件分别与石英观察窗、压力表连接；所述泄气阀通过第二三通件分别与压力表、第一三通件连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述防护罩由聚四氟乙烯制成；所述进气口镶嵌在防护罩侧壁上，高压接线口位于防护罩端部。
3.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述进气口为不锈钢接头，所述进气管为不锈钢管，所述进气口通过所述进气管连接热式质量流量控制器。
4.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述绝缘座的材料为陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述高压转接端子的材料为铜，转接导电杆的材料为不锈钢或钨；所述转接导电杆插入绝缘座的一端设有螺纹，高压转接端子插入绝缘座的部分有螺孔，所述转接导电杆和高压转接端子之间通过螺纹螺孔实现同轴连接固定。
6.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述高压电源为交流电源或脉冲电源。
7.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述旋气环的材料为高导热陶瓷材料。
8.根据权利要求7所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述旋气环的材料为Si3N4或SiC。
9.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述阴极头的材料为不锈钢或钨，阴极头与转接导电杆之间的距离可调节。
10.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述外壳体为不锈钢筒体。
11.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述永磁体固定在阴极头与转接导电杆处的外壳体外部。
12.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述第一三通件和第二三通件的密封形式采用不锈钢O型圈与卡箍相联用的密封结构。
13.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述石英观察窗与所述地电极、转接导电杆同轴。
14.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述泄气阀包括2bar泄气阀、4bar泄气阀、6bar泄气阀；
所述2bar泄气阀、4bar泄气阀、6bar泄气阀与压力表之间分别通过一个所述第二三通件联通。
15.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述泄气阀上带有截止阀。
16.根据权利要求1所述的一种高压力等离子体裂解器，其特征在于：
所述高压力等离子体裂解器的工作气体为氨气或空气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202221400128.3U CN217392362U (zh) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | 一种高压力等离子体裂解器 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202221400128.3U CN217392362U (zh) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | 一种高压力等离子体裂解器 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202221400128.3U Active CN217392362U (zh) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | 一种高压力等离子体裂解器 |
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