[發明專利]低溫等離子體反應器、協同催化制氫裝置及方法

在審

• 申請號: 202110772802.4
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113444549A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 杜學森;李志;沈小強;李為;陶亞琴;楊仲卿;冉景煜;蒲舸
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C10K3/04
• 分類號: C10K3/04;B01J19/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 韓雪

本發明公開了低溫等離子體反應器、協同催化制氫裝置及方法，屬于制氫技術領域，采用低溫等離子體反應器催化制氫，低溫等離子體反應器包括反應體、接地電極和放電電極；所述接地電極位于反應體的一側，放電電極位于反應體的另一側；所述放電電極和反應體之間設有反應間隙；所述反應間隙放置有催化劑。本發明的低溫等離子體反應器、協同催化制氫裝置及方法，能夠在低溫度區間提升催化劑活性，使得催化劑在低溫條件下具有熱力學優勢的同時保持高催化活性。

技術領域

本發明屬于制氫技術領域，具體地說涉及低溫等離子體反應器、協同催化制氫裝置及方法。

背景技術

在充分利用煤炭資源的同時，大力開發清潔煤利用技術和發展清潔能源技術是當前面臨的重要問題。一方面，將水煤氣變換反應應用于氫能燃料電池領域，具有提高燃料電池碳氫燃料中H₂濃度，降低CO濃度防止Pt電極中毒的優點；另一方面將水煤氣變換反應同煤氣化技術高效聯合，即通過水煤氣變換反應提高H₂的含量的同時從源頭上分離捕捉CO₂以降低碳排放，有利于實現一條煤高效利用的同時降低碳排放的綠色路徑。由于水煤氣變換反應是一種以CO和H₂O為原料的溫和可逆放熱反應，在常溫常壓下反應難以發生。因此需要借助催化劑完成上述反應，雖然銅基催化劑能夠同時吸附氧化CO和解離吸附H₂O，是一種高活性非貴金屬，但是其熱穩定性較差。如果能找到一種在低溫度區間提升催化劑活性的技術，就能使得催化劑在低溫條件下具有熱力學優勢的同時保持高催化活性。

低溫等離子體，即Non-thermal Plasma技術可以使得在常溫常壓下難以進行或者反應速率較慢的反應發生，因此等離子體技術被廣泛應用于碳氫重整、材料表面修飾、制備納米材料等諸多領域。介質阻擋放電，即Dielectric barrier discharge,DBD具有技術成熟、放電穩定均勻、操作成本低的特點，此外DBD還可以避免在流注通道內的火花形成，不會產生過熱、局部沖擊波和噪聲，有利于大規模實際工業應用。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足之處提供低溫等離子體反應器、協同催化制氫裝置及方法，擬解決在制氫工藝中，無法在低溫度區間提升催化劑活性的技術問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

低溫等離子體反應器，包括反應體19、接地電極22和放電電極17；所述接地電極22位于反應體19的一側，放電電極17位于反應體19的另一側；所述放電電極17和反應體19之間設有反應間隙；所述反應間隙放置有催化劑21。由上述結構可知，接地電極22、放電電極17位于反應體19兩側，可以是上下兩側，也可以是內外兩側，放電電極17和反應體19之間設有反應間隙，反應間隙形成氣體通道，所以反應體19、接地電極22和放電電極17三者之間構成一個介質阻擋放電結構，即反應體19作為絕緣介質阻擋層隔開兩個電極，兩個電極之間施加交流電壓時，加以足夠強度的交變電場，使其產生介質阻擋放電，反應間隙內形成放電區域，當混合氣體在反應間隙流通時產生低溫等離子體；反應間隙放置有催化劑21，所以混合氣體流經催化劑21時，可以在低溫等離子體和催化劑21協同作用下，高效產生氫氣。低溫等離子體在低溫度區間能夠提升催化劑21的活性，使得催化劑在低溫條件下具有熱力學優勢的同時保持高催化活性。所述反應體19的材質為石英或剛玉或陶瓷；所述放電電極17的材料為304不銹鋼或鋁或銅或石墨；所述接地電極22的材料為鋁或銅或不銹鋼。