直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置，包括：微波發生器、矩形波導管、液相放電電極、反應器、進料管、排氣管、收氣管、原料罐、復合真空計和金屬套管，所述反應器為石英材料或者陶瓷材料；所述反應器的上部連接所述復合真空計、所述進料管和所述排氣管，所述進料管和所述排氣管的另一端連接于所述原料罐，所述反應器的下部垂直穿過所述矩形波導管并嵌套于所述金屬套管，所述金屬套管焊接在所述矩形波導管下部，所述液相放電電極置于所述金屬套管內，所述矩形波導管一端連接于所述微波發生器，所述原料罐頂部與所述收氣管連接。本實用新型提高了液相微波等離子體醇類制氫的工作效率。
【專利說明】
直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置
技術領域
[0001]本實用新型實施例涉及等離子體技術領域，尤其涉及一種直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置。
【背景技術】
[0002]隨著人們環保意識的提高，取代傳統化石燃料的使用繼而開發新能源的需求日益急迫。氫能是一種可再生的清潔能源，燃燒時可釋放出相當大的能量(120kJ/g)且不產生C02，此外還可以通過燃料電池將其轉化為電能。氫能作為一種潛在的可以取代傳統化石燃料的新能源已經逐漸被人們所利用。因此，如何研發新的氫能源的生產方法變得至關重要。
[0003]非熱放電制氫是一種新興的制氫方法，目前國內外學者嘗試用不同種類的放電方式進行制氫研究，如滑動弧放電，介質阻擋放電，電暈放電等。但從目前來看，以上幾種等離子體制氫方法都是在氣相中放電形成的。氣相放電存在一定的局限性，首先，需要向反應器中通入載氣，或者將低分子醇類加熱汽化，增加了額外能量消耗;其次，受氣體流速及反應器結構的影響，氣相放電產氣量偏小、能耗偏高;第三，氣相放電中等離子體密度相對較低，為提尚制氣效率而添加的水蒸氣量過尚會造成等尚子體的粹滅。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型實施例提供一種直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置，以克服現有技術中微波液相、氣相等離子體醇類制氫裝置效率低的問題。
[0005]本實用新型提供一種直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置，包括:
[0006]微波發生器、矩形波導管、液相放電電極、反應器、進料管、排氣管、收氣管、原料罐、復合真空計和金屬套管，所述反應器為石英材料或者陶瓷材料；
[0007]所述反應器的上部連接所述復合真空計、所述進料管和所述排氣管，所述進料管和所述排氣管的另一端連接于所述原料罐，所述反應器的下部垂直穿過所述矩形波導管并嵌套于所述金屬套管，所述金屬套管焊接在所述矩形波導管下部，所述液相放電電極置于所述金屬套管內，所述矩形波導管一端連接于所述微波發生器，所述原料罐頂部與所述收氣管連接，所述液相放電電極全部浸在液體中，所述反應器石英管在所述矩形波導管區域內充滿放電液體。
[0008]進一步地，所述反應器為貫穿所述矩形波導管的圓柱突變型。
[0009]進一步地，所述排氣管還用于將過量的醇溶液流回所述原料罐中。
[0010]進一步地，所述液相放電電極置于所述金屬套管的中軸線位置，且上下可調。
[0011]進一步地，還包括:
[0012]封閉閥門、干式真空栗、空氣排空閥門以及氣體收集閥門；
[0013]所述收氣管依次連接所述封閉閥門和所述干式真空栗，所述干式真空栗分別與所述空氣排空閥門、所述氣體收集閥門連接。
[0014]進一步地，還包括:
[0015]排料管、廢料排空閥門、排料栗以及廢料存儲罐；
[0016]所述排料管一端連接于所述金屬套管，另一端依次連接于所述廢料排空閥門、所述排料栗和廢料存儲罐。
[0017]進一步地，所述進料管上設置有進料栗，用于不斷地將醇類溶液注入到所述反應器內。
[0018]本實用新型微波經矩形波導管穿過反應器，直接耦合在裝有乙醇水溶液的反應器內，該耦合方式極大減少了微波轉換損耗和反射損耗，實現了微波的大功率輸出，提高了液相微波等離子體醇類制氫裝置的工作效率。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實用新型直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置結構示意圖。
[0021]附圖標記說明:
[0022]101-微波發生器、102-矩形波導管、103-液相放電電極、104-反應器、105-進料管、106-排氣管、107-收氣管、108-原料罐、109-復合真空計、110-金屬套管，111-進料栗、112-進料閥門、113-封閉閥門、114-干式真空栗、115-空氣排空閥門、116-氣體收集閥門、117-排料管、118-廢料排空閥門、119-排料栗、120-廢料存儲罐。
【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0024]圖1為本實用新型直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置結構示意圖，如圖1所示，本實施例的裝置可以包括:
[0025]微波發生器101、矩形波導管102、液相放電電極103、反應器104、進料管105、排氣管106、收氣管107、原料罐108、復合真空計109和金屬套管110，所述反應器為石英材料或者陶瓷材料；
[0026]所述反應器104的上部連接所述復合真空計109、所述進料管105和所述排氣管106，所述進料管105和所述排氣管106的另一端連接于所述原料罐108，所述反應器104的下部垂直穿過所述矩形波導管102并嵌套于所述金屬套管110，所述金屬套管110焊接在所述矩形波導管102下部，所述液相放電電極103置于所述金屬套管110內，所述矩形波導管102一端連接于所述微波發生器101，所述原料罐108頂部與所述收氣管107連接。進一步地，所述進料管上設置有進料栗111和進料閥門112，所述液相放電電極全部浸在液體中，所述反應器石英管在所述矩形波導管區域內充滿放電液體。
[0027]進一步地，所述排氣管還用于將過量的醇溶液流回所述原料罐中。
[0028]進一步地，所述液相放電電極置于所述金屬套管的中軸線位置，且上下可調。
[0029]進一步地，還包括:
[0030]封閉閥門113、干式真空栗114、空氣排空閥門115、氣體收集閥門116氣體收集罐121；
[0031]所述收氣管依次連接所述封閉閥門和所述干式真空栗，所述干式真空栗分別與所述空氣排空閥門、所述氣體收集閥門連接。
[0032]進一步地，還包括:
[0033]排料管117、廢料排空閥門118、排料栗119以及廢料存儲罐120;
[0034]所述排料管一端連接于所述金屬套管，另一端依次連接于所述廢料排空閥門、所述排料栗和廢料存儲罐。
[0035]本裝置的有益效果:
[0036]1.醇類液體通過進液栗在反應器與儲料罐之間循環流動并不斷的反應，生成以氫氣為主的可燃氣體，保證了反應裝置長時間穩定進料。
[0037]2.微波能量通過矩形波導管直接耦合到反應器中，極大減少了微波反射損耗及傳輸轉換損耗，提高能量利用效率。
[0038]3.通過可伸縮點火器的上下移動，將液相放電電極的尖端插入電場中可以簡單方便的實現液相微波等離子體的激發；圓柱突變型石英反應器設計，既保證了微波等離子體始終在液體中產生，同時液體又起到冷卻電極的作用，極大減緩了電極的燒灼。
[0039]本裝置的使用方法為:
[0040]步驟101、將配制的醇類溶液通過進料栗連續注入到反應器中；
[0041]步驟102、經過所述干式真空栗將所述原料罐及所述反應器中的空氣排空；
[0042]步驟103、啟動微波發生器，產生的微波經矩形波導管穿透所述反應器直接耦合到所述醇類溶液中并在所述醇溶液中的電極尖端激發等離子體；
[0043]步驟104、所述等離子體中的高能粒子對所述醇類溶液分子進行碰撞分解，產生氫氣；
[0044]步驟105、經過所述原料罐收集所述氫氣至氣體收集罐。
[0045]具體來說，進料前，將進料閥門、廢料排空閥門和封閉閥門都關閉，原料罐內將無水乙醇與純水混合后，配置為體積分數是10%的乙醇水溶液。打開該進料閥門，啟動進料栗將所述200mL乙醇水溶液通過進液口注入到反應器中，所述乙醇水溶液的溫度為20°C，添加反應器體積的三分之二左右的反應液，之后關閉該進料閥門。將液相放電電極尖端移動到反應器與矩形波導管交匯的中心處。在收集氣體前，打開收氣管的封閉閥門和空氣排空閥門，關閉所述氣體收集閥門；啟動干式真空栗，將原料罐與反應器中的空氣排出，使所述反應器中的壓強控制在lOOOOPa。啟動所述微波發生器，功率設置為1300W，矩形波導管與微波發生器相連，微波經矩形波導管穿過反應器，直接耦合在裝有乙醇水溶液的反應器內，實現了微波的大功率輸出，提高了液相微波等離子體醇類制氫裝置的工作效率。
[0046]所述乙醇水溶液在電磁場的作用下在電極尖端附近產生微氣泡，微氣泡內的電子在強電場的作用下加速而獲得更高的能量，被加速的電子與乙醇分子及水分子碰撞電離，導致氣泡擊穿，進而形成電子雪崩發展成液相等離子體，所述液相等離子體中各種活性物質將所述乙醇水溶液中乙醇分子及水分子打碎重組產生以氫氣為主要氣體的混合氣體。將所述空氣排空閥門繼續保持打開，待所述反應器及連接管路中殘留的少量空氣排出后關閉所述空氣排空閥門，同時打開所述氣體收集閥門進行所述混合氣體的收集存儲。
[0047]排氣管連接于所述原料罐，排氣管為金屬管，反應器內的乙醇溶液揮發的氣體經排氣管時降溫，凝結為液體后回流到原料罐中，節省了原料。
[0048]收氣管一端連接于所述原料罐，另一端經過封閉閥門連接于干式真空栗，經干式真空栗排空原料罐內空氣時，可同步排空反應器。提高了裝置的效率。
[0049]經所述混合氣體收集后，將所述封閉閥門，所述干式真空栗和所述微波發生器依次關閉。
[0050]本實用新型微波經矩形波導管穿過反應器，直接耦合在裝有乙醇水溶液的反應器內，實現了微波的大功率輸出，提高了液相微波等離子體醇類制氫裝置的工作效率。
[0051]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種直接耦合微波液相等離子體醇類制氫裝置，其特征在于，包括: 微波發生器、矩形波導管、液相放電電極、反應器、進料管、排氣管、收氣管、原料罐、復合真空計和金屬套管，所述反應器為石英材料或者陶瓷材料； 所述反應器的上部連接所述復合真空計、所述進料管和所述排氣管，所述進料管和所述排氣管的另一端連接于所述原料罐，所述反應器的下部垂直穿過所述矩形波導管并嵌套于所述金屬套管，所述金屬套管焊接在所述矩形波導管下部，所述液相放電電極置于所述金屬套管內，所述液相放電電極全部浸在液體中，所述矩形波導管一端連接于所述微波發生器，所述原料罐頂部與所述收氣管連接，所述反應器石英管在所述矩形波導管區域內充滿放電液體。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述反應器為貫穿所述矩形波導管的圓柱突變型。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述排氣管還用于將過量的醇溶液流回所述原料罐中。4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液相放電電極置于所述金屬套管的中軸線位置，且上下可調。5.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，還包括: 封閉閥門、干式真空栗、空氣排空閥門以及氣體收集閥門； 所述收氣管依次連接所述封閉閥門和所述干式真空栗，所述干式真空栗分別與所述空氣排空閥門、所述氣體收集閥門連接。6.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，還包括: 排料管、廢料排空閥門、排料栗以及廢料存儲罐； 所述排料管一端連接于所述金屬套管，另一端依次連接于所述廢料排空閥門、所述排料栗和廢料存儲罐。7.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述進料管上設置有進料栗，用于不斷地將醇類溶液注入到所述反應器內。
【文檔編號】C01B3/22GK205419766SQ201520926920
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月19日
【發明人】孫冰, 趙曉彤, 朱小梅, 嚴志宇, 劉慧 , 劉永軍
【申請人】大連海事大學