技术特征：
1.一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统，其特征在于：所述制氢系统包括微波等离子体发生器(1)，反应炉(2)，气流输送系统(3)，醇类注入系统(4)，产物收集系统(5)，气体分离系统(6)，储气系统(7)，废气处理系统(8)；所述微波等离子体发生器(1)包括截面渐变波导(11)、波导法兰(12)、放电管(13)、气体注入单元(14)、点火装置(15)；所述截面渐变波导(11)通过波导法兰(12)与法兰(22)设于反应炉(2)的反应腔室(21)侧壁上，使得放电管(13)的一个端面垂直通过法兰(22)且深入到反应腔室(21)内一定深度；所述放电管(13)的另一端与气体注入单元(14)连接；所述点火装置(15)设于工作气体注入单元(14)的底端，能够将钨丝电极穿过工作气体注入单元(14)且深入放电管(13)内部提供种子电子；所述的反应炉(2)包括反应腔室(21)、法兰(22)、进料通道(23)、出料通道(24)；所述反应腔室(21)为金属材质的密闭腔体；所述进料通道(23)为空轴双法兰式结构，设于反应腔室(21)顶面中心处；所述出料通道(24)为一圆形开孔，设于反应腔室(21)底面中心处，能够使得反应腔室(21)中的气体沿流动方向进入产物收集系统(5)；所述法兰(22)为圆筒形结构，设在反应腔室(21)的侧壁上，法兰(22)的中轴线与反应腔室(21)的侧壁设有一定倾斜角θ，法兰(22)的端面圆心与反应腔室(21)顶端的垂直距离设为2～15cm；所述法兰(22)的内径大于微波等离子体发生器(1)的放电管(13)的外径，能够使放电管(13)穿过法兰(22)深入到反应炉(2)内部；所述的气流输送系统(3)与微波等离子体发生器(1)的气体注入单元(14)连接；所述气流输送系统(3)包含多个放电载气瓶和流量控制器，用于将工作气体调节流量与比例后送入气体注入单元(14)；所述的醇类注入系统(4)包括液体燃料容器(41)、微型隔膜泵(42)、雾化喷头(43)；所述微型隔膜泵(42)的一端与液体燃料容器(41)连接，另一端与雾化喷头(43)连接；所述雾化喷头(43)与反应炉(2)的进料通道(23)连接，能够将液体醇类雾化后注入反应腔室(21)内部；所述产物收集系统(5)包括冷凝器(51)与空气压缩机(52)；所述空气压缩机(52)一端与冷凝器(51)连接，另一端与气体分离系统(6)的入口连接，实现将反应炉(2)的出口气体冷凝后送入气体分离系统(6)的功能；所述的气体分离系统(6)的出口分别与储气系统(7)和废气处理系统(8)连接，可以将燃料气体分离出来送入储气系统(7)，并且把残余气体送入废气处理系统(8)；所述的储气系统(7)包括储工作气体容器(71)、储氢气容器(72)、储一氧化碳容器(73)。2.根据权利要求1所述的一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统，其特征在于：所述微波等离子体发生器(1)设有若干组，呈圆周均布在反应炉(2)的侧壁上，优选地，微波等离子体发生器(1)的个数为1～8个。3.根据权利要求1所述的一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统，其特征在于：所述若干微波等离子体发生器(1)的放电管(13)与法兰(22)的中轴线重合，所述法兰(22)的中轴线与反应腔室(21)的侧壁倾斜角θ设为30
°
～150
°
。4.根据权利要求1所述的一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统，其特征在于：所述反应腔室(21)的形状为圆柱、正方体、长方体或者棱柱；所述进料通道(23)不仅限于设
于反应腔室(21)顶面中心处，可以是多个进料通道(23)分布在反应腔室(21)顶面上。5.根据权利要求1所述的一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统，其特征在于：所述气流输送系统(3)输入的总工作气体流量为10～400slm，工作气体选择氮气、氩气、二氧化碳、氧气中至少一种。6.根据权利要求1所述的一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统，其特征在于：所述醇类注入系统(4)不仅限于注入液体醇类，可以是任何液体氢源，流量根据实际应用需求选择；所述雾化喷头(43)出口处的醇类不仅限于雾状，可以是粒径更大的醇类微滴。7.根据权利要求1所述的一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统，其特征在于：所述产物收集系统(5)的冷凝器(51)可以选择水冷式冷凝器，冷凝温度低于醇类闪点温度；气体分离系统(6)可以选择膜分离法、变压吸附法或低温法；废气处理系统(8)可以选择燃烧法或吸收法。8.根据权利要求1-7任一所述的一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统，其特征在于：所述的液体燃料容器(41)内的醇类原料可替换为液氨。9.一种基于权利要求1-8任一所述的制氢系统实现的常压下微波等离子体分解醇类的制氢方法，其特征在于，该制氢方法利用雾化喷头将液体醇类注入到反应炉内的若干微波等离子体炬余辉交叠区进行分解，并对氢气进行分离与收集；具体步骤如下：第一步：打开气流输送系统(3)，调节工作气体流量与比例后送入气体注入单元(14)，工作气体以涡旋气流的方式通入放电管(13)内部；操控点火装置(15)提供种子电子；接通微波电源，工作气体在微波功率的激发下于放电管(13)中形成等离子体炬，并延伸进入反应炉(2)内部；依次操控若干微波等离子体发生器(1)放电，使得多个等离子体炬余辉区交叠于反应炉(2)内部；所述的微波功率为800w～6000w；第二步：打开醇类注入系统(4)的微型隔膜泵(42)，将液体燃料容器(41)中的醇类通过雾化喷头(43)注入反应腔室(21)中若干等离子体炬余辉交叠区进行分解；所述的醇类的流量在0.1～6.0kg
·
h-1
范围内可调；第三步：打开产物收集系统(5)的空气压缩机(52)，将反应炉(2)中分解的气体通过冷凝器(51)把其中的醇类液化，然后经过气体分离系统(6)将其中的氢气、一氧化碳和工作气体分离并送入储气系统(7)储存备用，最后把残余气体通入废气处理系统(8)，符合《大气污染物综合排放标准》要求后排入大气。10.根据权利要求8的制氢方法，其特征在于，第二步中所述液体燃料容器(41)中的醇类可替换为液氨，液氨的流量也在0.1～12.0_kg
·
h-1
范围内可调。
技术总结
本发明提供一种常压下微波等离子体分解醇类的制氢系统及方法，属于新能源技术领域。所述制氢系统包括微波等离子体发生器，反应炉，气流输送系统，醇类注入系统，产物收集系统，气体分离系统，储气系统，废气处理系统。所述制氢方法为利用雾化喷头将液体醇类注入到反应炉内的若干微波等离子体炬余辉交叠区进行分解，并对氢气进行分离与收集。所述的醇类注入系统内的醇类原料可替换为液氨。本发明能够提高反应区域的等离子炬态稳定性、活性物种浓度和气体温度，有效增加乙醇转化率、氢气产量和氢气选择性，同时解决设备内部碳沉积问题，符合分布式制氢技术要求，可以放大到工业应用的实际工况。应用的实际工况。应用的实际工况。
技术研发人员：李寿哲 牛裕龙
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.05.17
技术公布日：2022/8/5