[發(fā)明專利]協(xié)同驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電等離子體重整甲烷制氫裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010146281.3
• 申請(qǐng)日: 2010-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101844744A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)建華;李曉東;陸勝勇;池涌;王飛;蔣旭光;馬增益;金余其;黃群星;倪明江;岑可法
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B3/34
• 分類號(hào): C01B3/34;C01B3/38
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低碳烴重整制氫裝置，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種協(xié)同驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電等離子體重整甲烷制氫裝置。

背景技術(shù)

將甲烷轉(zhuǎn)換成氫氣加以利用，不僅可以實(shí)現(xiàn)甲烷的清潔利用，減少溫室氣體的排放，而且滿足了相應(yīng)的工業(yè)需求，提高了能源品位。目前甲烷制氫采用的主要技術(shù)是烴類蒸汽重整制氫，但該技術(shù)采用的是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度較高，必須外部供熱，熱效率較低；反應(yīng)過(guò)程中水大量過(guò)量，能耗較高，造成能源和資源的浪費(fèi)；需要在催化劑的作用下促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，然而現(xiàn)有催化劑對(duì)硫非常敏感，故天然氣(輕烴)需要首先脫硫，同時(shí)焦炭的生成也會(huì)降低催化劑的活性。

滑動(dòng)弧放電是一種常壓下低溫等離子體發(fā)生方式，該技術(shù)已被初步應(yīng)用于工業(yè)廢氣、廢水處理等環(huán)保領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)在于輸入能量可以在不加熱反應(yīng)氣體的前提下，產(chǎn)生大量的高能電子和活性基團(tuán)，并選擇性刺激化學(xué)反應(yīng)。將滑動(dòng)弧放電等離子體技術(shù)應(yīng)用于甲烷重整制氫時(shí)，高能電子可以有效打斷甲烷的C-H鍵，實(shí)現(xiàn)甲烷的分解，同時(shí)產(chǎn)生各種活性基團(tuán)，包括O、OH、CH、CH₂、CH₃等，從而有效促進(jìn)甲烷重整反應(yīng)的進(jìn)行。

但是傳統(tǒng)刀片式電極的滑動(dòng)弧放電所形成的等離子體區(qū)域近似二維，反應(yīng)區(qū)間小，大量反應(yīng)物并未通過(guò)等離子體區(qū)域，同時(shí)反應(yīng)物的停留時(shí)間短，并且電弧需要不斷的重復(fù)從擊穿起弧到電弧拉長(zhǎng)至最后熄滅的過(guò)程，因此處理效果有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種協(xié)同驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電等離子體重整甲烷制氫裝置。

為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種協(xié)同驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電等離子體重整甲烷制氫裝置，該裝置包括一個(gè)具有反應(yīng)罩和絕緣底座的反應(yīng)器，其電極設(shè)于絕緣底座上并與高壓直流電源相連，反應(yīng)罩上有一個(gè)反應(yīng)器出口；混合氣體管路一端與絕緣底座外側(cè)的進(jìn)氣口相接，另一端同時(shí)連接至空氣氣泵和甲烷氣源；所述電極包括圓錐形內(nèi)電極和管狀外電極兩部分，其中內(nèi)電極設(shè)于絕緣底座的中心，外電極環(huán)繞著內(nèi)電極設(shè)置；絕緣底座內(nèi)部設(shè)螺旋形氣流通道，其一端與所述進(jìn)氣口相接，其另一端為出氣口，位于外電極和內(nèi)電極之間的絕緣底座的表面。

作為一種改進(jìn)，所述反應(yīng)罩的外部包圍設(shè)置穩(wěn)定磁場(chǎng)。

作為一種改進(jìn)，所述混合氣體管路與甲烷氣源之間設(shè)阻燃器，阻燃器內(nèi)具有水封結(jié)構(gòu)。

作為一種改進(jìn)，所述外電極的內(nèi)側(cè)具有楔形結(jié)構(gòu)。

作為一種改進(jìn)，所述高壓直流電源與電極之間設(shè)有功率電阻。

作為一種改進(jìn)，所述高壓直流電源的負(fù)極與內(nèi)電極相連接，而高壓直流電源的正極與外電極相連接。

作為一種改進(jìn)，有一個(gè)變壓吸附裝置與所述反應(yīng)器出口相連。

作為一種改進(jìn)，在所述反應(yīng)器出口之前的反應(yīng)罩內(nèi)，設(shè)置催化劑裝載區(qū)。

本發(fā)明是在傳統(tǒng)刀片式電極滑動(dòng)弧裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)滑動(dòng)弧放電裝置的有益改進(jìn)，并將改進(jìn)后的協(xié)同驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電裝置應(yīng)用于甲烷重整制氫領(lǐng)域。與傳統(tǒng)刀片式電極滑動(dòng)弧裝置相比，旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電不僅實(shí)現(xiàn)了三維的滑動(dòng)弧放電區(qū)域，增大了滑動(dòng)弧放電等高子區(qū)域，加長(zhǎng)了反應(yīng)物的停留時(shí)間；更加使得滑動(dòng)弧在起弧后，能夠持續(xù)以拉長(zhǎng)后的狀態(tài)在內(nèi)外電極頂端之間高速旋轉(zhuǎn)，從而可以獲得更多的高能電子以打斷甲烷的C-H鍵促使其分解，并生成更多的活性基團(tuán)促進(jìn)甲烷轉(zhuǎn)化重整；同時(shí)由于采用了協(xié)同驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電裝置，使得電弧持續(xù)高速旋轉(zhuǎn)，從而強(qiáng)化了電弧、高能電子和活性基團(tuán)與反應(yīng)物之間的接觸，其處理效果可以得到顯著的提高。并且在活性基團(tuán)的作用下，會(huì)在旋轉(zhuǎn)電弧后部形成劇烈的燃燒火焰，該火焰主要由乙炔、乙烯的部分氧化引起，從而進(jìn)一步促進(jìn)了氫氣的生成。同時(shí)在該燃燒火焰的部分氧化放熱作用下，催化劑可以迅速達(dá)到催化所需的溫度，因此可以獲得優(yōu)良的滑動(dòng)弧催化聯(lián)合作用下重整甲烷制氫的效果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)與傳統(tǒng)的刀片式電極滑動(dòng)弧裝置相比，采用氣流與磁場(chǎng)協(xié)同驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電裝置，可以極大地提高甲烷重整制氫的效果，具有更高的甲烷轉(zhuǎn)化率、更高的氫氣選擇性、更低的能耗以及更大的甲烷處理量；

(2)通過(guò)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電與催化劑的聯(lián)用，可以使兩種技術(shù)各自發(fā)揮特長(zhǎng)，獲得理想的重整效果，而當(dāng)原料中含有大量容易致使催化劑中毒的成分時(shí)，可以單獨(dú)采用旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電重整，利用將2個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)的方式達(dá)到同樣的重整效果，從而表現(xiàn)出對(duì)于原料良好的適應(yīng)性；