直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置，包括：微波发生器、矩形波导管、液相放电电极、反应器、进料管、排气管、收气管、原料罐、复合真空计和金属套管，所述反应器为石英材料或者陶瓷材料；所述反应器的上部连接所述复合真空计、所述进料管和所述排气管，所述进料管和所述排气管的另一端连接于所述原料罐，所述反应器的下部垂直穿过所述矩形波导管并嵌套于所述金属套管，所述金属套管焊接在所述矩形波导管下部，所述液相放电电极置于所述金属套管内，所述矩形波导管一端连接于所述微波发生器，所述原料罐顶部与所述收气管连接。本实用新型提高了液相微波等离子体醇类制氢的工作效率。
【专利说明】
直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置
技术领域
[0001]本实用新型实施例涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置。
【背景技术】
[0002]随着人们环保意识的提高，取代传统化石燃料的使用继而开发新能源的需求日益急迫。氢能是一种可再生的清洁能源，燃烧时可释放出相当大的能量(120kJ/g)且不产生C02，此外还可以通过燃料电池将其转化为电能。氢能作为一种潜在的可以取代传统化石燃料的新能源已经逐渐被人们所利用。因此，如何研发新的氢能源的生产方法变得至关重要。
[0003]非热放电制氢是一种新兴的制氢方法，目前国内外学者尝试用不同种类的放电方式进行制氢研究，如滑动弧放电，介质阻挡放电，电晕放电等。但从目前来看，以上几种等离子体制氢方法都是在气相中放电形成的。气相放电存在一定的局限性，首先，需要向反应器中通入载气，或者将低分子醇类加热汽化，增加了额外能量消耗;其次，受气体流速及反应器结构的影响，气相放电产气量偏小、能耗偏高;第三，气相放电中等离子体密度相对较低，为提尚制氣效率而添加的水蒸气量过尚会造成等尚子体的粹灭。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型实施例提供一种直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置，以克服现有技术中微波液相、气相等离子体醇类制氢装置效率低的问题。
[0005]本实用新型提供一种直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置，包括:
[0006]微波发生器、矩形波导管、液相放电电极、反应器、进料管、排气管、收气管、原料罐、复合真空计和金属套管，所述反应器为石英材料或者陶瓷材料；
[0007]所述反应器的上部连接所述复合真空计、所述进料管和所述排气管，所述进料管和所述排气管的另一端连接于所述原料罐，所述反应器的下部垂直穿过所述矩形波导管并嵌套于所述金属套管，所述金属套管焊接在所述矩形波导管下部，所述液相放电电极置于所述金属套管内，所述矩形波导管一端连接于所述微波发生器，所述原料罐顶部与所述收气管连接，所述液相放电电极全部浸在液体中，所述反应器石英管在所述矩形波导管区域内充满放电液体。
[0008]进一步地，所述反应器为贯穿所述矩形波导管的圆柱突变型。
[0009]进一步地，所述排气管还用于将过量的醇溶液流回所述原料罐中。
[0010]进一步地，所述液相放电电极置于所述金属套管的中轴线位置，且上下可调。
[0011]进一步地，还包括:
[0012]封闭阀门、干式真空栗、空气排空阀门以及气体收集阀门；
[0013]所述收气管依次连接所述封闭阀门和所述干式真空栗，所述干式真空栗分别与所述空气排空阀门、所述气体收集阀门连接。
[0014]进一步地，还包括:
[0015]排料管、废料排空阀门、排料栗以及废料存储罐；
[0016]所述排料管一端连接于所述金属套管，另一端依次连接于所述废料排空阀门、所述排料栗和废料存储罐。
[0017]进一步地，所述进料管上设置有进料栗，用于不断地将醇类溶液注入到所述反应器内。
[0018]本实用新型微波经矩形波导管穿过反应器，直接耦合在装有乙醇水溶液的反应器内，该耦合方式极大减少了微波转换损耗和反射损耗，实现了微波的大功率输出，提高了液相微波等离子体醇类制氢装置的工作效率。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本实用新型直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置结构示意图。
[0021]附图标记说明:
[0022]101-微波发生器、102-矩形波导管、103-液相放电电极、104-反应器、105-进料管、106-排气管、107-收气管、108-原料罐、109-复合真空计、110-金属套管，111-进料栗、112-进料阀门、113-封闭阀门、114-干式真空栗、115-空气排空阀门、116-气体收集阀门、117-排料管、118-废料排空阀门、119-排料栗、120-废料存储罐。
【具体实施方式】
[0023]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]图1为本实用新型直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置结构示意图，如图1所示，本实施例的装置可以包括:
[0025]微波发生器101、矩形波导管102、液相放电电极103、反应器104、进料管105、排气管106、收气管107、原料罐108、复合真空计109和金属套管110，所述反应器为石英材料或者陶瓷材料；
[0026]所述反应器104的上部连接所述复合真空计109、所述进料管105和所述排气管106，所述进料管105和所述排气管106的另一端连接于所述原料罐108，所述反应器104的下部垂直穿过所述矩形波导管102并嵌套于所述金属套管110，所述金属套管110焊接在所述矩形波导管102下部，所述液相放电电极103置于所述金属套管110内，所述矩形波导管102一端连接于所述微波发生器101，所述原料罐108顶部与所述收气管107连接。进一步地，所述进料管上设置有进料栗111和进料阀门112，所述液相放电电极全部浸在液体中，所述反应器石英管在所述矩形波导管区域内充满放电液体。
[0027]进一步地，所述排气管还用于将过量的醇溶液流回所述原料罐中。
[0028]进一步地，所述液相放电电极置于所述金属套管的中轴线位置，且上下可调。
[0029]进一步地，还包括:
[0030]封闭阀门113、干式真空栗114、空气排空阀门115、气体收集阀门116气体收集罐121；
[0031]所述收气管依次连接所述封闭阀门和所述干式真空栗，所述干式真空栗分别与所述空气排空阀门、所述气体收集阀门连接。
[0032]进一步地，还包括:
[0033]排料管117、废料排空阀门118、排料栗119以及废料存储罐120;
[0034]所述排料管一端连接于所述金属套管，另一端依次连接于所述废料排空阀门、所述排料栗和废料存储罐。
[0035]本装置的有益效果:
[0036]1.醇类液体通过进液栗在反应器与储料罐之间循环流动并不断的反应，生成以氢气为主的可燃气体，保证了反应装置长时间稳定进料。
[0037]2.微波能量通过矩形波导管直接耦合到反应器中，极大减少了微波反射损耗及传输转换损耗，提高能量利用效率。
[0038]3.通过可伸缩点火器的上下移动，将液相放电电极的尖端插入电场中可以简单方便的实现液相微波等离子体的激发；圆柱突变型石英反应器设计，既保证了微波等离子体始终在液体中产生，同时液体又起到冷却电极的作用，极大减缓了电极的烧灼。
[0039]本装置的使用方法为:
[0040]步骤101、将配制的醇类溶液通过进料栗连续注入到反应器中；
[0041]步骤102、经过所述干式真空栗将所述原料罐及所述反应器中的空气排空；
[0042]步骤103、启动微波发生器，产生的微波经矩形波导管穿透所述反应器直接耦合到所述醇类溶液中并在所述醇溶液中的电极尖端激发等离子体；
[0043]步骤104、所述等离子体中的高能粒子对所述醇类溶液分子进行碰撞分解，产生氢气；
[0044]步骤105、经过所述原料罐收集所述氢气至气体收集罐。
[0045]具体来说，进料前，将进料阀门、废料排空阀门和封闭阀门都关闭，原料罐内将无水乙醇与纯水混合后，配置为体积分数是10%的乙醇水溶液。打开该进料阀门，启动进料栗将所述200mL乙醇水溶液通过进液口注入到反应器中，所述乙醇水溶液的温度为20°C，添加反应器体积的三分之二左右的反应液，之后关闭该进料阀门。将液相放电电极尖端移动到反应器与矩形波导管交汇的中心处。在收集气体前，打开收气管的封闭阀门和空气排空阀门，关闭所述气体收集阀门；启动干式真空栗，将原料罐与反应器中的空气排出，使所述反应器中的压强控制在lOOOOPa。启动所述微波发生器，功率设置为1300W，矩形波导管与微波发生器相连，微波经矩形波导管穿过反应器，直接耦合在装有乙醇水溶液的反应器内，实现了微波的大功率输出，提高了液相微波等离子体醇类制氢装置的工作效率。
[0046]所述乙醇水溶液在电磁场的作用下在电极尖端附近产生微气泡，微气泡内的电子在强电场的作用下加速而获得更高的能量，被加速的电子与乙醇分子及水分子碰撞电离，导致气泡击穿，进而形成电子雪崩发展成液相等离子体，所述液相等离子体中各种活性物质将所述乙醇水溶液中乙醇分子及水分子打碎重组产生以氢气为主要气体的混合气体。将所述空气排空阀门继续保持打开，待所述反应器及连接管路中残留的少量空气排出后关闭所述空气排空阀门，同时打开所述气体收集阀门进行所述混合气体的收集存储。
[0047]排气管连接于所述原料罐，排气管为金属管，反应器内的乙醇溶液挥发的气体经排气管时降温，凝结为液体后回流到原料罐中，节省了原料。
[0048]收气管一端连接于所述原料罐，另一端经过封闭阀门连接于干式真空栗，经干式真空栗排空原料罐内空气时，可同步排空反应器。提高了装置的效率。
[0049]经所述混合气体收集后，将所述封闭阀门，所述干式真空栗和所述微波发生器依次关闭。
[0050]本实用新型微波经矩形波导管穿过反应器，直接耦合在装有乙醇水溶液的反应器内，实现了微波的大功率输出，提高了液相微波等离子体醇类制氢装置的工作效率。
[0051]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种直接耦合微波液相等离子体醇类制氢装置，其特征在于，包括: 微波发生器、矩形波导管、液相放电电极、反应器、进料管、排气管、收气管、原料罐、复合真空计和金属套管，所述反应器为石英材料或者陶瓷材料； 所述反应器的上部连接所述复合真空计、所述进料管和所述排气管，所述进料管和所述排气管的另一端连接于所述原料罐，所述反应器的下部垂直穿过所述矩形波导管并嵌套于所述金属套管，所述金属套管焊接在所述矩形波导管下部，所述液相放电电极置于所述金属套管内，所述液相放电电极全部浸在液体中，所述矩形波导管一端连接于所述微波发生器，所述原料罐顶部与所述收气管连接，所述反应器石英管在所述矩形波导管区域内充满放电液体。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器为贯穿所述矩形波导管的圆柱突变型。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排气管还用于将过量的醇溶液流回所述原料罐中。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液相放电电极置于所述金属套管的中轴线位置，且上下可调。5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括: 封闭阀门、干式真空栗、空气排空阀门以及气体收集阀门； 所述收气管依次连接所述封闭阀门和所述干式真空栗，所述干式真空栗分别与所述空气排空阀门、所述气体收集阀门连接。6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括: 排料管、废料排空阀门、排料栗以及废料存储罐； 所述排料管一端连接于所述金属套管，另一端依次连接于所述废料排空阀门、所述排料栗和废料存储罐。7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述进料管上设置有进料栗，用于不断地将醇类溶液注入到所述反应器内。
【文档编号】C01B3/22GK205419766SQ201520926920
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年11月19日
【发明人】孙冰, 赵晓彤, 朱小梅, 严志宇, 刘慧 , 刘永军
【申请人】大连海事大学