[發明專利]一種天然氣無碳制氫裝置

有效

• 申請號: 202210306819.5
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114713175B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 周瑩;詹俊杰;黃澤皚;周蕓霄;劉夢穎;王芳;張瑞陽;饒志強;吳恩澤;劉歡
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;B01J6/00;C01B3/26;G01N1/10
• 代理公司: 四川北新律師事務所 51366
• 代理人: 李琳

本發明提供了一種天然氣無碳制氫裝置，包括：外管，所述外管內設有石英支撐環，所述石英支撐環上設有反應內管，所述外管外設有加熱裝置，所述外管下端連接排碳裝置，所述外管上端連接取樣裝置、進氣管和排氣管，所述取樣裝置和進氣管均延伸至反應內管內，所述取樣裝置包括取樣管，所述取樣管上端連接進料管，所述進料管上設有抽氣口和進氣口，所述取樣管和進料管之間從上到下依次設有進料岔口和取樣岔口，所述進料岔口和取樣岔口之間設有第一隔斷閥門，所述取樣岔口上設有第二隔斷閥門，所述取樣岔口連接取樣腔；本發明實現了連續自動化產氫，提高了產氫效率和保證了實驗的安全性，有利于廣泛使用。

技術領域

本發明涉及制氫輔助裝置技術領域，具體涉及一種天然氣無碳制氫裝置。

背景技術

隨著化石能源燃燒帶來的環境問題日益加劇，傳統化石能源向清潔可再生能源的轉型迫在眉睫。氫能是一種清潔可再生能源，有著燃燒熱值高、安全性好、來源路徑多等優點，被認為是理想的清潔燃料。但在當前技術下，氫能源的廣泛利用受其生產成本和儲運成本限制較大，因此，研發低碳排放、低能耗、低成本的先進制氫技術是獲得廉價氫源的重要保障，是推進能源結構順利轉型的關鍵。

熔融金屬催化甲烷熱解制氫技術，能夠將甲烷高效轉化為氫氣和固體碳，其碳產品可提供額外的利潤，在“雙碳”背景下具有極好的發展前景，但當前該技術的工業化還存在一些問題，首先在反應過程中生成的固體碳會漂浮在熔融金屬表面并不斷堆積，致使在反應器運行一段時間后不得不暫停運行并清理積碳。這樣不僅會因停機而造成生產效率下降，還會增加額外的人工費用支出；其次碳產物的結構與其生長時間息息相關，要想獲得高價值碳產品，必須控制碳在熔融金屬表面的生長時間；還包括熔融金屬在高溫下會產生金屬蒸氣，金屬蒸氣會隨產氣和碳產物排出到反應器外。由于不同熔融金屬的蒸氣壓不同，在運行相同時間后損失的金屬的量也不同，這會導致熔融合金的成分發生變化，催化效率下降。若停止反應器來取樣分析和加入金屬，則存在冷凝后取樣困難的問題，且停機會導致生產效率下降，成本增加。

綜上所述，該技術在反應裝置上還存在改進的空間。提供一種天然氣無碳制氫裝置，能在反應過程中同步監測熔融金屬成分和分離碳產物，并調控熔融金屬成分變化，控制碳的生長時間，進而進一步提高制氫效率和碳產物價值的裝置十分重要。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種天然氣無碳制氫裝置,通過進氣吹掃管在生產過程中同步對漂浮在熔融金屬表面的固體碳進行清理，碳產品的生長時間可控，有利于高值碳產物的定向生產，其收集和排出不影響設備的正常運行，可實現連續自動化生產，同時能夠在生產過程中調控熔融金屬成分，減小其成分變化導致效率降低的影響的氣泵式取樣進料管型組件。

本發明采用下述的技術方案：

一種天然氣無碳制氫裝置，包括：外管，所述外管內設有石英支撐環，所述石英支撐環上設有反應內管，所述外管外設有加熱裝置，所述外管下端連接排碳裝置，所述外管上端連接取樣裝置、進氣管和排氣管，所述取樣裝置和進氣管均延伸至反應內管內；通過石英支撐環固定反應內管，防止高溫反應時反應內管發生偏移和抖動，同時有利于碳產品的順利排出，取樣裝置便于在不停止反應的情況下，進行熔融金屬催化劑的檢測和投放，提高反應的效率。

進一步的，所述取樣裝置包括取樣管，所述取樣管上端連接進料管，所述進料管上設有抽氣口和進氣口，所述取樣管和進料管之間從上到下依次設有進料岔口和取樣岔口，所述進料岔口和取樣岔口之間設有第一隔斷閥門，所述取樣岔口上設有第二隔斷閥門；取樣管延伸至反應內管內，便于在反應進行時對熔融金屬催化劑進行取樣、檢測和投放，通過控制第一隔斷閥門和第二隔斷閥門的開合，實現不同的操作目的。

進一步的，所述取樣岔口連接取樣腔，所述取樣腔內設有取樣杯；取樣岔口內用于收集取樣的熔融金屬催化劑，取樣杯更便于拿取凝固后的金屬樣品。

進一步的，所述取樣管與取樣岔口連接處設有觀察窗；便于觀察熔融金屬負壓上升的高度，避免取樣過多，溢出取樣杯。