专利名称：一种等离子体重整制备富氢气的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及氢气制备技术，具体是指一种等离子体重整制备富氢气的装置。
背景技术：
目前，在氢气制备技术中比较成熟的是甲醇重整制氢技术。甲醇重整制氢技术有两种，一种是甲醇水蒸气重整法，另一种是甲醇部分氧化重整法。陈兵等在《天然气化工》2000，25(2)1～3发表的“甲醇水蒸气重整反应制氢的研究”中认为它是一个较强的吸热反应，在催化剂存在的条件下，反应温度为260～500℃，压力1～1.5Mpa，带来的问题是反应器结构复杂，反应条件苛刻。张新荣等在《电池》2002.Vol.32，No2.107～109发表的“甲醇水蒸汽重整制氢的研究进展”和亓爱笃等在《石油与天然气化工》1999，Vol28.(2)82～85发表的“甲醇水蒸气、氧气重整制氢研究进展——质子交换膜燃料电池氢源的开发”中认为甲醇部分氧化重整在选择合适的催化剂条件下，反应压力为0.3MPa，反应温度为500℃时，氢气的含量为50～70％。该方法同样是能耗高，反应条件苛刻，生产装置庞大。另外，肖建民在《世界科技研究与发展》2000，19(1)82～86发表了一篇题为“论氢能源和氢能源系统”指出电解水制氢工艺过程简单，无污染，但电解水制氢能耗高，电能利用效率只有75～85％，一般每立方米氢气电耗为4.5～5.5kW.h。因此也难于形成大规模生产。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提出一种等离子体重整制备富氢气的装置，这种装置能耗低，设备结构简单、体积小、使用方便、可作为移动氢源设备的装置。
本实用新型的目的通过如下措施来实现一种等离子体重整制备富氢气的装置，其特征在于它是由等离子体重整器和冷凝器所组成，所述等离子体重整器由阴极、阴极套管、阳极、两极隔板、两极隔膜、冷凝器、冷凝液回流管组成；它们的连接关系及相对位置如下两极隔板和两极隔膜分别安装于等离子体重整器的顶部与底部，并相互对接，将等离子体重整器分隔成阳极室和阴极室两部分；阳极室内壁附着有绝缘层；等离子体重整器的底部开有排空口，下半部开有原料进口，阳极室的顶部开有阳极气体出口，阴极室顶部开有阴极气体出口，并与冷凝器相连接；阳极安装于阳极室的顶部，伸入到阳极室中；阴极安装于阴极室顶部中心的阴极套管内，阴极面积通过阴极伸出套管的长度来调节，阴、阳电极的电极面积之比的范围为1∶1.25～20；冷凝液回流管安装于冷凝器的底部，与原料进口相连；冷凝器顶部开有富氢气出口，下部和上部分别开有冷却水进口和出口。
所述阳极材料为不锈钢，形状为棒状或网状；阴极材料为钨、钨铈合金、铂合金；形状为棒状。所述两极隔板材料为石英或绝缘陶瓷；两极隔膜为石棉电解隔膜；阴极套管材料为石英或绝缘陶瓷。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的优点和效果1、设备结构简单、体积小、方便移动，用途广泛，可作为车载氢源，为燃料电池汽车提供氢源。也可以作为小型氢能发电机、氢燃料发动机及其它氢使用场所提供一种新型氢源设备。
2、本实用新型在生产过程中能耗低，效率高。所制得的氢气单位体积能耗仅为电解法理论能耗的三分之一。
3、按照本实用新型的装置产生的氢气含量达到95％以上，而甲醇部分氧化重整制氢仅得到50～70％的氢含量。
图1为等离子体重整器的结构示意图。
具体实施方式
通过如下实施例和附图对本实用新型作进一步详述，但本实用新型的实施例不仅限于此。
实施例1如图1所示装置，实现一种等离子体重整制备富氢气的装置是由等离子体重整器2和冷凝器6所组成，所述等离子体重整器2由阴极3、阴极套管11、阳极13、两极隔板12、两极隔膜15、冷凝器6、冷凝液回流管9组成；它们的连接关系及相对位置如下等离子体重整器2为圆柱形容器，两极隔板12和两极隔膜15均为环形，分别安装于等离子体重整器2的顶部与底部，并相互对接，将等离子体重整器分隔成阳极室17和阴极室14两部分；阴极室14位于中间，阳极室17位于外围；阳极室17内壁附着有绝缘层18；等离子体重整器2的底部开有排空口1，下半部开有原料进口16，阳极室17的顶部开有阳极气体出口10，阴极室14顶部开有阴极气体出口4，并与冷凝器6相连接；阳极3安装于阳极室17的顶部，伸入到阳极室中；阴极13安装于阴极室14顶部中心的阴极套管11内，阴极面积通过阴极伸出套管的长度来调节，阴、阳电极的电极面积之比为1∶20；冷凝液回流管9安装于冷凝器6的底部，与原料进口16相连；冷凝器6顶部开有富氢气出口7，下部和上部分别开有冷却水进口5和出口8。
所述阳极3材料为不锈钢，形状为网状；阴极13材料为钨，形状为棒状。所述两极隔板12材料为石英；两极隔膜15材料为石棉电解隔膜；阴极套管11材料为绝缘陶瓷。
采用上述装置，利用低碳醇化合物和水按1∶0.05～1的体积比混合为溶液，调整溶液的电导率至0.05～2S.m-1，置于等离子体重整器中，在470～630V工作电压下，产生辉光等离子体。利用辉光等离子体进行原料分子重整，制备富氢气体。
实施例2如附图1所示，一种等离子体重整制备富氢气的装置由等离子体重整器2和冷凝器6所组成，等离子体重整器2除阳极形状为棒状，阴极材料为钨铈合金，阴、阳电极的电极面积之比调整为1∶1.25，两极隔板材料为绝缘陶瓷以外，其它结构及连接关系均同实施例1。
实施例3如附图1所示，一种等离子体重整制备富氢气的装置由等离子体重整器2和冷凝器6所组成，等离子体重整器2除阳极形状为棒状，阴、阳电极的电极面积之比调整为1∶5，两极隔板材料为绝缘陶瓷以外，其它结构及连接关系均同实施例1。
实施例4接触辉光等离子重整制备富氢气如附图1所示，一种等离子体重整制备富氢气的装置由等离子体重整器2和冷凝器6所组成，等离子体重整器2除阴极13材料为铂合金，阴、阳电极的电极面积调整为1∶10，两极隔板材料为绝缘陶瓷以外，其它结构及连接关系均同实施例1。
权利要求1.一种等离子体重整制备富氢气的装置，其特征在于它是由等离子体重整器(2)和冷凝器(6)所组成，所述等离子体重整器(2)由阴极(3)、阴极套管(11)、阳极(13)、两极隔板(12)、两极隔膜(15)、冷凝器(6)、冷凝液回流管(9)组成；它们的连接关系及相对位置如下两极隔板(12)和两极隔膜(15)分别安装于等离子体重整器(2)的顶部与底部，并相互对接，将等离子体重整器分隔成阳极室(17)和阴极室(14)两部分；阳极室(17)内壁附着有绝缘层(18)；等离子体重整器(2)的底部开有排空口(1)，下半部开有原料进口(16)，阳极室(17)的顶部开有阳极气体出口(10)，阴极室(14)顶部开有阴极气体出口(4)，并与冷凝器(6)相连接；阳极(3)安装于阳极室(17)的顶部，伸入到阳极室中；阴极(13)安装于阴极室(14)顶部中心的阴极套管(11)内，阴极面积通过阴极伸出套管的长度来调节；冷凝液回流管(9)安装于冷凝器(6)的底部，与原料进口(16)相连；冷凝器(6)顶部开有富氢气出口(7)，下部和上部分别开有冷却水进口(5)和出口(8)。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体重整制备富氢气的装置其特征在于所述阳极(3)材料为不锈钢，形状为棒状或网状；阴极(13)材料为钨、钨铈合金、铂合金；形状为棒状。
3.根据权利要求1或2所述的一种等离子体重整制备富氢气的装置其特征在于阴、阳电极的电极面积之比的范围为1∶1.25～20。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体重整制备富氢气的装置其特征在于所述两极隔板(12)材料为石英或绝缘陶瓷；两极隔膜(15)为石棉电解隔膜；阴极套管(11)材料为绝缘陶瓷。
专利摘要本实用新型涉及氢气制备技术，具体是指一种等离子体重整制备富氢气的装置。该装置由等离子体重整器和冷凝器所组成，等离子体重整器由阴极、阴极套管、阳极、两极隔板、两极隔膜、冷凝器、冷凝液回流管组成，由两极隔板和两极隔膜将重整器分隔成阳极室和阴极室两部分。阳极材料为不锈钢，形状为棒状或网状；阴极材料为钨、钨铈合金、铂合金；形状为棒状；阴、阳电极的电极面积之比的范围为1∶1.25～20。本实用新型结构简单、体积小、能耗低，可作为一种移动氢源设备。
文档编号C01B3/32GK2758232SQ20042010285
公开日2006年2月15日 申请日期2004年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者陈砺, 王红林, 严宗诚 申请人:华南理工大学