一種微等離子體重整乙醇制氫裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制氫領(lǐng)域，特別是涉及一種微等離子體重整乙醇制氫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子系統(tǒng)在日常生活中變得越來越普遍，需要嶄新的、有效的、簡化的電源為電子系統(tǒng)供電。便攜式燃料電池是一個極好的替代電池，由于其有更高的能量密度，較低運營成本，以及相比于燃燒系統(tǒng)減少了污染物排放量。盡管擁有這些優(yōu)點，但由于缺乏便利可用的氫源，便攜式燃料電池并沒有得到普遍使用。儲氫被作為一個考慮選項已進(jìn)行了大量研宄，但即使氫氣被壓縮也需要大的體積，這限制了儲氫設(shè)備的輕便性。因此，便攜式燃料電池的發(fā)展急需便攜式燃料重整系統(tǒng)的跟進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種微等離子體重整乙醇制氫裝置，該裝置是一種便攜燃料重整制氫系統(tǒng)，可為便攜式燃料電池提供氫源。
[0004]本發(fā)明為達(dá)到以上目的，是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:提供一種微等離子體重整乙醇制氫裝置，包括微等離子體反應(yīng)器及給微等離子體反應(yīng)器供電的高壓電源；微等離子體反應(yīng)器包括進(jìn)料口、石英容器、上電極、下電極、上聚四氟乙烯密封圈、下聚四氟乙烯密封圈、上反應(yīng)接頭、下反應(yīng)接頭、上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭、出料口 ；上電極和下電極通過高壓電線與高壓電源相連接，上電極和下電極同軸置于石英容器內(nèi)，上電極和下電極形狀和材料相同，為帶有尖端的不銹鋼棒；石英容器通過上反應(yīng)接頭、下反應(yīng)接頭固定，并在上下連接處分別設(shè)置上聚四氟乙烯密封圈和下聚四氟乙烯密封圈；上反應(yīng)接頭通過上聚四氟乙烯法蘭支撐，下反應(yīng)接頭通過下聚四氟乙烯法蘭支撐；石英容器設(shè)置進(jìn)料口和出料口，乙醇溶液通過進(jìn)料口進(jìn)入微等離子體反應(yīng)器，在裝置工作時，乙醇溶液將完全暴露在微弧微等離子體區(qū)域中。
[0005]本發(fā)明所述的微等離子體重整乙醇制氫裝置的工作原理是:1)將乙醇與水混合形成乙醇水溶液，乙醇溶液霧化后形成乙醇噴霧，乙醇噴霧通過進(jìn)料口進(jìn)入微等離子體裝置；2)啟動與上電極和下電極相連的高壓電源，微等離子體反應(yīng)器開始工作；3)施加的高電壓將電極之間的乙醇噴霧擊穿電離，形成微弧微等離子體，處于等離子體區(qū)域中的乙醇，在高能電子、自由基活性物質(zhì)以及電場的作用下，發(fā)生等離子體化學(xué)重整反應(yīng)，生成富氫合成氣，富氫合成氣由出料口排出。
[0006]微等離子體重整乙醇的主要氣態(tài)產(chǎn)物為H2、CO、CO2、CH4、C2H2X2H4、C2H6和C 3H8。少量的液態(tài)產(chǎn)物和碳黑也會在重整過程中產(chǎn)生，主要包括HCOOH、CH3COOH、CH3CHO、CH3COCHdPCo等離子體重整乙醇途徑可分為脫氫反應(yīng)(1)-(2)，脫水反應(yīng)(3)，分解反應(yīng)(4)-?)以及碳沉積反應(yīng)(7)，分別可通過如下進(jìn)行描述:
[0007]C2H5OH — C2H4CHH2(I)
[0008]C2H5OH — CH3CH2CH0.5H2(2)
[0009]C2H5OH — C2H4+H20(3)
[0010]2C2H50H — C3H60+C0+3H2(4)
[0011]C2H5OH — C0+CH4+H2(5)
[0012]C2H5OH — 0.5C02+1.5CH4(6)
[0013]C2H5OH — C+C0+3H2(7)
[0014]本發(fā)明具有體積小，效率高，穩(wěn)定性好，可靠性高和能量成本較低等優(yōu)點，可有效的進(jìn)行等離子體重整乙醇制氫，用于便攜燃料電池供氫。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的實物圖。
[0017]圖1中:1微等離子體反應(yīng)器，2高壓電源，3進(jìn)料口，4石英容器，5上電極，6下電極，7上聚四氟乙稀密封圈，8下聚四氟乙稀密封圈，9上反應(yīng)接頭，10，下反應(yīng)接頭，11上聚四氟乙烯法蘭，12下聚四氟乙烯法蘭，13出料口，14微弧微等離子體。
【具體實施方式】
[0018]實施例
[0019]如附圖1所示，本發(fā)明的微等離子體裝置包括微等離子體反應(yīng)器I和高壓電源2，微等離子體反應(yīng)器I包括進(jìn)料口 3、石英容器4、上電極5、下電極6、上聚四氟乙烯密封圈7、下聚四氟乙烯密封圈8、上反應(yīng)接頭9、下反應(yīng)接頭10、上聚四氟乙烯法蘭11、下聚四氟乙烯法蘭12、出料口 13，實物照片如附圖2。上電極5和下電極6通過高壓電線與高壓電源2相連接，上電極5和下電極6同軸置于石英容器4內(nèi)，為帶有尖端的不銹鋼棒；石英容器4通過上反應(yīng)接頭9、下反應(yīng)接頭10固定，并在上下連接處分別設(shè)置上聚四氟乙烯密封圈7和下聚四氟乙烯密封圈8 ;上反應(yīng)接頭9通過上聚四氟乙烯法蘭7支撐，下反應(yīng)接頭10通過下聚四氟乙烯法蘭8支撐；石英容器4設(shè)置進(jìn)料口 3和出料口 13，乙醇溶液通過進(jìn)料口 3進(jìn)入微等離子體反應(yīng)器1，在裝置工作時，乙醇溶液將完全暴露在微弧微等離子體14區(qū)域中。上電極5和下電極6為帶有尖端的直徑5mm、長1cm不銹鋼棒，高壓電源2輸入電壓為4.5kV。將乙醇與水混合形成乙醇水溶液，水碳比為0.44，流量為0.05g/s，氧碳比為0.18-0.53，霧化后形成乙醇噴霧，乙醇噴霧通過進(jìn)料口進(jìn)入微等離子體裝置；2)啟動與上電極和下電極相連的高壓電源，調(diào)節(jié)電壓到4.5kV，微等離子體反應(yīng)器開始工作；3)施加的高電壓4.5kV將電極之間的乙醇噴霧擊穿電離，形成微弧微等離子體，處于等離子體區(qū)域中的乙醇，在高能電子、自由基活性物質(zhì)以及電場的作用下，發(fā)生等離子體化學(xué)重整反應(yīng)，乙醇等離子體重整主要產(chǎn)物包括H2、CO、0)2和CH 4，而HjP CO的最高產(chǎn)速出現(xiàn)在氧碳比0.45，乙醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到45%。
【主權(quán)項】
1.一種微等離子體重整乙醇制氫裝置，其特征是包括:微等離子體反應(yīng)器及給微等離子體反應(yīng)器供電的高壓電源；微等離子體反應(yīng)器包括進(jìn)料口、石英容器、上電極、下電極、上聚四氟乙烯密封圈、下聚四氟乙烯密封圈、上反應(yīng)接頭、下反應(yīng)接頭、上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭、出料口 ；上電極和下電極通過高壓電線與高壓電源相連接，上電極和下電極同軸置于石英容器內(nèi)，上電極和下電極形狀和材料相同，為帶有尖端的不銹鋼棒；石英容器通過上反應(yīng)接頭、下反應(yīng)接頭固定，并在上下連接處分別設(shè)置上聚四氟乙烯密封圈和下聚四氟乙烯密封圈；上反應(yīng)接頭通過上聚四氟乙烯法蘭支撐，下反應(yīng)接頭通過下聚四氟乙烯法蘭支撐；石英容器設(shè)置進(jìn)料口和出料口，乙醇溶液通過進(jìn)料口進(jìn)入微等離子體反應(yīng)器，在裝置工作時，乙醇溶液將完全暴露在微弧微等離子體區(qū)域中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微等離子體重整乙醇制氫裝置，包括微等離子體反應(yīng)器及給微等離子體反應(yīng)器供電的高壓電源；微等離子體反應(yīng)器包括進(jìn)料口、石英容器、上電極、下電極、上聚四氟乙烯密封圈、下聚四氟乙烯密封圈、上反應(yīng)接頭、下反應(yīng)接頭、上聚四氟乙烯法蘭、下聚四氟乙烯法蘭、出料口；乙醇溶液通過進(jìn)料口進(jìn)入微等離子體反應(yīng)器，在裝置工作時，乙醇溶液將完全暴露在微弧微等離子體區(qū)域中，在高能電子、自由基活性物質(zhì)以及電場的作用下，發(fā)生等離子體化學(xué)重整反應(yīng)，生成富氫合成氣。本發(fā)明是一種便攜燃料重整制氫系統(tǒng)，可為便攜式燃料電池提供氫源。
【IPC分類】C01B3-32
【公開號】CN104671202
【申請?zhí)枴緾N201510021624
【發(fā)明人】杜長明
【申請人】中山大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月8日