CN220951182U - 一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及熔融金属裂解天然气制氢及高值碳技术领域，尤其为一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，包括反应容器，包括外管和内管，所述外管套设在所述内管的外部，所述外管和所述内管之间留有用于排出高值碳的间隙；碳收集装置，其上设置顶部开口、底部密封的多个碳收集腔，所述碳收集装置可旋转的连接在所述外管的底端，通过转动所述碳收集装置，能选择其中一个碳收集腔顶部的开口与所述间隙的底端连通；进料装置，用于向所述内管中添加金属催化剂；加热装置，用于加热所述内管内的金属催化剂；降温装置，用于降低所述内管内的金属催化剂的温度；以及气管。本实用新型实现了同一系统生成多种高值碳的快速转换的目的。

Description

一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统

技术领域

本实用新型涉及熔融金属裂解天然气制氢及高值碳技术领域，具体为一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统。

背景技术

在能源短缺和环境恶化双重压力下，可持续清洁能源的开发日益迫切。氢能是一种二次能源，被视为21世纪极具发展潜力的清洁能源。氢能的开发利用对于我国实现在2030年碳排放达峰和2060年碳中和具有重要作用，发展氢能已经提升到国家能源战略。熔融金属裂解天然气可以制得氢气和高值碳。

例如公告号为CN114590777A的中国实用新型专利申请公开了一种天然气无碳排放制氢和高值碳的反应装置，包括：反应装置，所述反应装置上端连接提纯装置，所述反应装置外设有加热装置，所述加热装置内设有固体氧化物燃料电池装置，所述固体氧化物燃料电池装置下端连接第一气体分离器，所述第一气体分离器连接提纯装置，所述固体氧化物燃料电池装置上端连接空气压缩机，所述反应装置下端连接收集装置；本实用新型利用熔融金属的高导热性和其本身的催化活性等特性，在高温条件下催化天然气直接裂解，可以实现长时间连续自动化生产，达到同时制备高纯氢气和高值碳的目的。

上述专利所公开的技术方案虽然可以制取氢气以及高值碳，但其制取的高值碳的种类单一，而想要制取其他种类的高值碳就需要更换其他的系统，总结来说，目前的制氢及高值碳的系统无法实现同一系统生成多种高值碳的快速转换。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，包括：

反应容器，包括外管和内管，所述外管套设在所述内管的外部，所述外管和所述内管之间留有用于排出高值碳的间隙；

碳收集装置，其上设置顶部开口、底部密封的多个碳收集腔，所述碳收集装置可旋转的连接在所述外管的底端，通过转动所述碳收集装置，能选择其中一个碳收集腔顶部的开口与所述间隙的底端连通；

进料装置，用于向所述内管中添加金属催化剂；

加热装置，用于加热所述内管内的金属催化剂；

降温装置，用于降低所述内管内的金属催化剂的温度；以及

气管，所述气管的一端插接至内管的内部。

优选的，所述气管的另一端通过三通阀与天然气源或储氢装置连通。

优选的，所述加热装置包括电阻丝加热器。

优选的，所述降温装置包括水冷散热器。

优选的，所述生成系统包括汽轮机发电装置以及与所述汽轮机发电装置电性连接的电力存储装置，所述汽轮机发电装置与所述降温装置连通；

所述电力存储装置与所述加热装置电性连接。

优选的，所述生成系统包括光伏发电装置，所述光伏发电装置与所述电力存储装置电性连接。

优选的，所述生成系统包括自动控制装置，所述加热装置、汽轮机发电装置、电力存储装置、光伏发电装置均与所述自动控制装置电性连接。

优选的，所述降温装置包覆在所述加热装置的外侧，所述加热装置包覆在所述外管的外侧，所述降温装置的外侧包覆设置有保温层。

优选的，所述碳收集装置与所述外管的底端单向旋转连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过设置的进料装置和降温装置，一方面，利用进料装置，可以根据所需要产出的高值碳的种类调整加入到反应容器内部的金属催化剂的种类，另一方面，利用降温装置，再配合加热装置，可以将反应容器内部的金属催化剂的温度快速的调整至所需要的温度，使得进料装置和降温装置的配合可以使熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统产生所需要的高值碳，同时，也实现了同一系统生成多种高值碳的快速转换的目的。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：1、反应容器；101、外管；102、内管；103、间隙；2、碳收集装置；201、碳收集腔；3、进料装置；4、加热装置；5、降温装置；6、气管；7、汽轮机发电装置；8、电力存储装置；9、光伏发电装置；10、自动控制装置；11、保温层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：

一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，包括反应容器1、碳收集装置2、加热装置4和气管6；其中，气管6用于将天然气输送到反应容器1的内部；加热装置4用于对反应容器1内部的金属催化剂进行加热，使该金属催化剂受热后转化成熔融状态；天然气输送至反应容器1内部后，会在熔融状态的金属催化剂的催化下进行裂解反应，产生氢气和高值碳，其中的氢气通过管道排出，而高值碳会沉积在熔融状态的金属催化剂的表面，随着高值碳的积累，最终会溢出，从而被碳收集装置2收集。

本实用新型的熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统还包括进料装置3和降温装置5，进料装置3用于根据实际的情况向反应容器1的内部添加合适的金属催化剂；降温装置5则用于根据实际的情况配合加热装置4改变反应容器1内部金属催化剂的温度；进料装置3和降温装置5的配合，使得反应容器1内部的金属催化剂种类和裂解温度可以进行及时的调整，从而使得该系统可以产生不同种类的高值碳，以满足实际的需求。

如图1所示，反应容器1包括外管101和内管102，外管101套设在内管102的外部，外管101和内管102之间留有用于排出高值碳的间隙103。

如图1所示，碳收集装置2上设置有顶部开口、底部密封的多个碳收集腔201，碳收集装置2可旋转的连接在外管101的底端，并且碳收集装置2的顶端面与外管101的底端面之间为密封连接，如此，在旋转碳收集装置2的过程中，外部环境中的气体不会进入到间隙103的内部，同时，间隙103内部的气体也不会逸散到外部环境中，通过转动碳收集装置2，能选择其中一个碳收集腔201顶部的开口与间隙103的底端连通；碳收集腔201的具体数量不做限定，在实际操作时可以根据实际的情况进行调整，本实施例中，碳收集腔201设置有四个。

进料装置3用于向内管102中添加金属催化剂，具体的，根据实际所需要产出的高值碳的种类，将合适的金属催化剂添加到内管102中。

降温装置5用于降低内管102内的金属催化剂的温度，具体的，根据实际所需要产出的高值碳的种类，降温装置5配合加热装置4快速的将内管102内部的金属催化剂的温度调整至合适的状态，例如当需要将内管102内部的金属催化剂的温度时，直接利用降温装置5降低金属催化剂的温度即可。

如图1所示，气管6的一端插接至内管102的内部。

通过设置的进料装置3和降温装置5，一方面，利用进料装置3，可以根据所需要产出的高值碳的种类调整加入到反应容器1内部的金属催化剂的种类，另一方面，利用降温装置5，再配合加热装置4，可以将反应容器1内部的金属催化剂的温度快速的调整至所需要的温度，使得进料装置3和降温装置5的配合可以使熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统产生所需要的高值碳，同时，也实现了同一系统生成多种高值碳的快速转换的目的。

如图1所示，气管6的另一端通过三通阀与天然气源或储氢装置连通。具体的，当需要向内管102的内部输入天然气时，可以通过调节三通阀使得天然气源通过气管6与内管102连通，而需要收集氢气时，可以通过调节三通阀使得储氢装置通过气管6与内管102连通。

本实施例中，加热装置4进一步包括电阻丝加热器，电阻丝加热器的原理主要基于电流通过电阻丝时产生的焦耳热效应，从而产生热量，本实施例中，电阻丝加热器可以采用苏州团瑞电气有限公司旗下的陶瓷纤维电阻丝加热圈。

本实施例中，降温装置5进一步包括水冷散热器，水冷散热器的基本原理为利用水吸收反应容器1内部的热量，从而降低反应容器1内部的温度。

如图1所示，本实施例中的熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统还包括汽轮机发电装置7以及与汽轮机发电装置7电性连接的电力存储装置8，汽轮机发电装置7与降温装置5连通；电力存储装置8与加热装置4电性连接，本实施例中，汽轮机发电装置7具体为汽轮机发电机，其基本工作原理是通过水冷散热器产生的蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电。

实际使用时，作为降温装置5的水冷散热器与汽轮机发电装置7之间的关系为：水冷散热器内部水为循环利用水，在水冷过程中通入低温水，从而加快降温，当水吸收足够热量时导入汽轮机发电装置7，实现能源高效率利用。汽轮机发电装置7产生的电能存储在电力存储装置8的内部，然后再利用电力存储装置8为整个系统供电，本实施例中，电力存储装置8可以采用蓄电池。

如图1所示，本实施例中的熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统还包括光伏发电装置9，光伏发电装置9与电力存储装置8电性连接，本实施例中，光伏发电装置9具体为光伏发电板。

如图1所示，本实施例中的熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统还包括自动控制装置10，加热装置4、汽轮机发电装置7、电力存储装置8、光伏发电装置9均与自动控制装置10电性连接。

自动控制装置10可以采用plc控制器，其型号可以为三菱PLC可编程控制器中的FX3U系列，该系列控制器采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，其实际使用过程如下：自动控制装置10可以向加热装置4、汽轮机发电装置7、电力存储装置8、光伏发电装置9发出指令，使得加热装置4、汽轮机发电装置7、电力存储装置8、光伏发电装置9执行相关操作，例如，自动控制装置10可以控制通过加热装置4的电流大小，以使加热装置4的温度产生变化，其余现有技术的运用在此不做多余赘叙。

如图1所示，降温装置5包覆在加热装置4的外侧，加热装置4包覆在外管101的外侧，降温装置5的外侧包覆设置有保温层11。

本实施例中，碳收集装置2与外管101的底端单向旋转连接，例如，碳收集装置2可通过单向轴承与外管101的底端转动连接，碳收集装置2与外管101的单向旋转连接的好处在于可以防止系统失误。

工作原理：启动自动控制装置10，向反应容器1通入天然气，同时自动控制装置10调节进料装置3，向反应容器1通入催化剂，针对不同催化剂，自动控制装置10调动电力存储装置8向加热装置4提供电力，使反应容器1温度达到催化剂对应温度，最终自动控制装置10调节降温装置5运行并与加热装置4配合保证反应容器1温度始终保持预定，光伏发电装置9与汽轮机发电装置7可产生电能，并且产生的电能会传入电力存储装置8进行存储，裂解天然气反应完成后，自动控制装置10调节三通阀，导出氢气，高值碳产品进入碳收集装置2，实现熔融金属裂解天然气制氢及高值碳；高值碳产品进入碳收集装置2的过程如下：天然气在内管102内部的高温催化剂作用下开始裂解，产生氢气和高值碳，其中的高值碳会浮于高温催化剂的表面，随着反应的不断进行，高值碳积累的越来越多，最终从内管102顶部的管口溢出，溢出的高值碳在重力作用下沿着间隙103滚落，最终落入到碳收集装置2内。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，包括：

反应容器，包括外管和内管，所述外管套设在所述内管的外部，所述外管和所述内管之间留有用于排出高值碳的间隙；

碳收集装置，其上设置顶部开口、底部密封的多个碳收集腔，所述碳收集装置可旋转的连接在所述外管的底端，通过转动所述碳收集装置，能选择其中一个碳收集腔顶部的开口与所述间隙的底端连通；

进料装置，用于向所述内管中添加金属催化剂；

加热装置，用于加热所述内管内的金属催化剂；

降温装置，用于降低所述内管内的金属催化剂的温度；以及

气管，所述气管的一端插接至内管的内部。

2.根据权利要求1所述的一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，所述气管的另一端通过三通阀与天然气源或储氢装置连通。

3.根据权利要求1所述的一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，所述加热装置包括电阻丝加热器。

4.根据权利要求1所述的一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，所述降温装置包括水冷散热器。

5.根据权利要求4所述的一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，所述生成系统包括汽轮机发电装置以及与所述汽轮机发电装置电性连接的电力存储装置，所述汽轮机发电装置与所述降温装置连通；

所述电力存储装置与所述加热装置电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，所述生成系统包括光伏发电装置，所述光伏发电装置与所述电力存储装置电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，所述生成系统包括自动控制装置，所述加热装置、汽轮机发电装置、电力存储装置、光伏发电装置均与所述自动控制装置电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，所述降温装置包覆在所述加热装置的外侧，所述加热装置包覆在所述外管的外侧，所述降温装置的外侧包覆设置有保温层。

9.根据权利要求1所述的一种熔融金属裂解天然气制氢及高值碳生成系统，其特征在于，所述碳收集装置与所述外管的底端单向旋转连接。