CN2758232Y

CN2758232Y - 一种等离子体重整制备富氢气的装置

Info

Publication number: CN2758232Y
Application number: CN 200420102856
Authority: CN
Inventors: 陈砺; 王红林; 严宗诚
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2014-12-22

Abstract

本实用新型涉及氢气制备技术，具体是指一种等离子体重整制备富氢气的装置。该装置由等离子体重整器和冷凝器所组成，等离子体重整器由阴极、阴极套管、阳极、两极隔板、两极隔膜、冷凝器、冷凝液回流管组成，由两极隔板和两极隔膜将重整器分隔成阳极室和阴极室两部分。阳极材料为不锈钢，形状为棒状或网状；阴极材料为钨、钨铈合金、铂合金；形状为棒状；阴、阳电极的电极面积之比的范围为1∶1.25～20。本实用新型结构简单、体积小、能耗低，可作为一种移动氢源设备。

Description

一种等离子体重整制备富氢气的装置

技术领域

本实用新型涉及氢气制备技术，具体是指一种等离子体重整制备富氢气的装置。

背景技术

目前，在氢气制备技术中比较成熟的是甲醇重整制氢技术。甲醇重整制氢技术有两种，一种是甲醇水蒸气重整法，另一种是甲醇部分氧化重整法。陈兵等在《天然气化工》2000，25(2)：1～3发表的“甲醇水蒸气重整反应制氢的研究”中认为它是一个较强的吸热反应，在催化剂存在的条件下，反应温度为260～500℃，压力1～1.5Mpa，带来的问题是反应器结构复杂，反应条件苛刻。张新荣等在《电池》2002.Vol.32，No：2.107～109发表的“甲醇水蒸汽重整制氢的研究进展”和亓爱笃等在《石油与天然气化工》1999，Vol28.(2)：82～85发表的“甲醇水蒸气、氧气重整制氢研究进展——质子交换膜燃料电池氢源的开发”中认为甲醇部分氧化重整在选择合适的催化剂条件下，反应压力为0.3MPa，反应温度为500℃时，氢气的含量为50～70％。该方法同样是能耗高，反应条件苛刻，生产装置庞大。另外，肖建民在《世界科技研究与发展》2000，19(1)：82～86发表了一篇题为“论氢能源和氢能源系统”指出电解水制氢工艺过程简单，无污染，但电解水制氢能耗高，电能利用效率只有75～85％，一般每立方米氢气电耗为4.5～5.5kW.h。因此也难于形成大规模生产。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提出一种等离子体重整制备富氢气的装置，这种装置能耗低，设备结构简单、体积小、使用方便、可作为移动氢源设备的装置。

本实用新型的目的通过如下措施来实现：

一种等离子体重整制备富氢气的装置，其特征在于：它是由等离子体重整器和冷凝器所组成，所述等离子体重整器由阴极、阴极套管、阳极、两极隔板、两极隔膜、冷凝器、冷凝液回流管组成；它们的连接关系及相对位置如下：两极隔板和两极隔膜分别安装于等离子体重整器的顶部与底部，并相互对接，将等离子体重整器分隔成阳极室和阴极室两部分；阳极室内壁附着有绝缘层；等离子体重整器的底部开有排空口，下半部开有原料进口，阳极室的顶部开有阳极气体出口，阴极室顶部开有阴极气体出口，并与冷凝器相连接；阳极安装于阳极室的顶部，伸入到阳极室中；阴极安装于阴极室顶部中心的阴极套管内，阴极面积通过阴极伸出套管的长度来调节，阴、阳电极的电极面积之比的范围为1∶1.25～20；冷凝液回流管安装于冷凝器的底部，与原料进口相连；冷凝器顶部开有富氢气出口，下部和上部分别开有冷却水进口和出口。

所述阳极材料为不锈钢，形状为棒状或网状；阴极材料为钨、钨铈合金、铂合金；形状为棒状。所述两极隔板材料为石英或绝缘陶瓷；两极隔膜为石棉电解隔膜；阴极套管材料为石英或绝缘陶瓷。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的优点和效果：

1、设备结构简单、体积小、方便移动，用途广泛，可作为车载氢源，为燃料电池汽车提供氢源。也可以作为小型氢能发电机、氢燃料发动机及其它氢使用场所提供一种新型氢源设备。

2、本实用新型在生产过程中能耗低，效率高。所制得的氢气单位体积能耗仅为电解法理论能耗的三分之一。

3、按照本实用新型的装置产生的氢气含量达到95％以上，而甲醇部分氧化重整制氢仅得到50～70％的氢含量。

附图说明

图1为等离子体重整器的结构示意图。

具体实施方式

通过如下实施例和附图对本实用新型作进一步详述，但本实用新型的实施例不仅限于此。

实施例1：

如图1所示装置，实现一种等离子体重整制备富氢气的装置是由等离子体重整器2和冷凝器6所组成，所述等离子体重整器2由阴极3、阴极套管11、阳极13、两极隔板12、两极隔膜15、冷凝器6、冷凝液回流管9组成；它们的连接关系及相对位置如下：等离子体重整器2为圆柱形容器，两极隔板12和两极隔膜15均为环形，分别安装于等离子体重整器2的顶部与底部，并相互对接，将等离子体重整器分隔成阳极室17和阴极室14两部分；阴极室14位于中间，阳极室17位于外围；阳极室17内壁附着有绝缘层18；等离子体重整器2的底部开有排空口1，下半部开有原料进口16，阳极室17的顶部开有阳极气体出口10，阴极室14顶部开有阴极气体出口4，并与冷凝器6相连接；阳极3安装于阳极室17的顶部，伸入到阳极室中；阴极13安装于阴极室14顶部中心的阴极套管11内，阴极面积通过阴极伸出套管的长度来调节，阴、阳电极的电极面积之比为1∶20；冷凝液回流管9安装于冷凝器6的底部，与原料进口16相连；冷凝器6顶部开有富氢气出口7，下部和上部分别开有冷却水进口5和出口8。

所述阳极3材料为不锈钢，形状为网状；阴极13材料为钨，形状为棒状。所述两极隔板12材料为石英；两极隔膜15材料为石棉电解隔膜；阴极套管11材料为绝缘陶瓷。

采用上述装置，利用低碳醇化合物和水按1∶0.05～1的体积比混合为溶液，调整溶液的电导率至0.05～2S.m^-1，置于等离子体重整器中，在470～630V工作电压下，产生辉光等离子体。利用辉光等离子体进行原料分子重整，制备富氢气体。

实施例2：

如附图1所示，一种等离子体重整制备富氢气的装置由等离子体重整器2和冷凝器6所组成，等离子体重整器2除阳极形状为棒状，阴极材料为钨铈合金，阴、阳电极的电极面积之比调整为1∶1.25，两极隔板材料为绝缘陶瓷以外，其它结构及连接关系均同实施例1。

实施例3：

如附图1所示，一种等离子体重整制备富氢气的装置由等离子体重整器2和冷凝器6所组成，等离子体重整器2除阳极形状为棒状，阴、阳电极的电极面积之比调整为1∶5，两极隔板材料为绝缘陶瓷以外，其它结构及连接关系均同实施例1。

实施例4：接触辉光等离子重整制备富氢气

如附图1所示，一种等离子体重整制备富氢气的装置由等离子体重整器2和冷凝器6所组成，等离子体重整器2除阴极13材料为铂合金，阴、阳电极的电极面积调整为1∶10，两极隔板材料为绝缘陶瓷以外，其它结构及连接关系均同实施例1。

Claims

1、一种等离子体重整制备富氢气的装置，其特征在于：它是由等离子体重整器(2)和冷凝器(6)所组成，所述等离子体重整器(2)由阴极(3)、阴极套管(11)、阳极(13)、两极隔板(12)、两极隔膜(15)、冷凝器(6)、冷凝液回流管(9)组成；它们的连接关系及相对位置如下：两极隔板(12)和两极隔膜(15)分别安装于等离子体重整器(2)的顶部与底部，并相互对接，将等离子体重整器分隔成阳极室(17)和阴极室(14)两部分；阳极室(17)内壁附着有绝缘层(18)；等离子体重整器(2)的底部开有排空口(1)，下半部开有原料进口(16)，阳极室(17)的顶部开有阳极气体出口(10)，阴极室(14)顶部开有阴极气体出口(4)，并与冷凝器(6)相连接；阳极(3)安装于阳极室(17)的顶部，伸入到阳极室中；阴极(13)安装于阴极室(14)顶部中心的阴极套管(11)内，阴极面积通过阴极伸出套管的长度来调节；冷凝液回流管(9)安装于冷凝器(6)的底部，与原料进口(16)相连；冷凝器(6)顶部开有富氢气出口(7)，下部和上部分别开有冷却水进口(5)和出口(8)。

2、根据权利要求1所述的一种等离子体重整制备富氢气的装置其特征在于：所述阳极(3)材料为不锈钢，形状为棒状或网状；阴极(13)材料为钨、钨铈合金、铂合金；形状为棒状。

3、根据权利要求1或2所述的一种等离子体重整制备富氢气的装置其特征在于：阴、阳电极的电极面积之比的范围为1∶1.25～20。

4、根据权利要求1所述的一种等离子体重整制备富氢气的装置其特征在于：所述两极隔板(12)材料为石英或绝缘陶瓷；两极隔膜(15)为石棉电解隔膜；阴极套管(11)材料为绝缘陶瓷。