一种微等离子体重整乙醇制氢装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制氢领域，特别是涉及一种微等离子体重整乙醇制氢装置。
【背景技术】
[0002]随着电子系统在日常生活中变得越来越普遍，需要崭新的、有效的、简化的电源为电子系统供电。便携式燃料电池是一个极好的替代电池，由于其有更高的能量密度，较低运营成本，以及相比于燃烧系统减少了污染物排放量。尽管拥有这些优点，但由于缺乏便利可用的氢源，便携式燃料电池并没有得到普遍使用。储氢被作为一个考虑选项已进行了大量研宄，但即使氢气被压缩也需要大的体积，这限制了储氢设备的轻便性。因此，便携式燃料电池的发展急需便携式燃料重整系统的跟进。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提出一种微等离子体重整乙醇制氢装置，该装置是一种便携燃料重整制氢系统，可为便携式燃料电池提供氢源。
[0004]本发明为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的:提供一种微等离子体重整乙醇制氢装置，包括微等离子体反应器及给微等离子体反应器供电的高压电源；微等离子体反应器包括进料口、石英容器、上电极、下电极、上聚四氟乙烯密封圈、下聚四氟乙烯密封圈、上反应接头、下反应接头、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、出料口 ；上电极和下电极通过高压电线与高压电源相连接，上电极和下电极同轴置于石英容器内，上电极和下电极形状和材料相同，为带有尖端的不锈钢棒；石英容器通过上反应接头、下反应接头固定，并在上下连接处分别设置上聚四氟乙烯密封圈和下聚四氟乙烯密封圈；上反应接头通过上聚四氟乙烯法兰支撑，下反应接头通过下聚四氟乙烯法兰支撑；石英容器设置进料口和出料口，乙醇溶液通过进料口进入微等离子体反应器，在装置工作时，乙醇溶液将完全暴露在微弧微等离子体区域中。
[0005]本发明所述的微等离子体重整乙醇制氢装置的工作原理是:1)将乙醇与水混合形成乙醇水溶液，乙醇溶液雾化后形成乙醇喷雾，乙醇喷雾通过进料口进入微等离子体装置；2)启动与上电极和下电极相连的高压电源，微等离子体反应器开始工作；3)施加的高电压将电极之间的乙醇喷雾击穿电离，形成微弧微等离子体，处于等离子体区域中的乙醇，在高能电子、自由基活性物质以及电场的作用下，发生等离子体化学重整反应，生成富氢合成气，富氢合成气由出料口排出。
[0006]微等离子体重整乙醇的主要气态产物为H2、CO、CO2、CH4、C2H2X2H4、C2H6和C 3H8。少量的液态产物和碳黑也会在重整过程中产生，主要包括HCOOH、CH3COOH、CH3CHO、CH3COCHdPCo等离子体重整乙醇途径可分为脱氢反应(1)-(2)，脱水反应(3)，分解反应(4)-?)以及碳沉积反应(7)，分别可通过如下进行描述:
[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]本发明具有体积小，效率高，稳定性好，可靠性高和能量成本较低等优点，可有效的进行等离子体重整乙醇制氢，用于便携燃料电池供氢。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
[0016]图2为本发明的实物图。
[0017]图1中:1微等离子体反应器，2高压电源，3进料口，4石英容器，5上电极，6下电极，7上聚四氟乙稀密封圈，8下聚四氟乙稀密封圈，9上反应接头，10，下反应接头，11上聚四氟乙烯法兰，12下聚四氟乙烯法兰，13出料口，14微弧微等离子体。
【具体实施方式】
[0018]实施例
[0019]如附图1所示，本发明的微等离子体装置包括微等离子体反应器I和高压电源2，微等离子体反应器I包括进料口 3、石英容器4、上电极5、下电极6、上聚四氟乙烯密封圈7、下聚四氟乙烯密封圈8、上反应接头9、下反应接头10、上聚四氟乙烯法兰11、下聚四氟乙烯法兰12、出料口 13，实物照片如附图2。上电极5和下电极6通过高压电线与高压电源2相连接，上电极5和下电极6同轴置于石英容器4内，为带有尖端的不锈钢棒；石英容器4通过上反应接头9、下反应接头10固定，并在上下连接处分别设置上聚四氟乙烯密封圈7和下聚四氟乙烯密封圈8 ;上反应接头9通过上聚四氟乙烯法兰7支撑，下反应接头10通过下聚四氟乙烯法兰8支撑；石英容器4设置进料口 3和出料口 13，乙醇溶液通过进料口 3进入微等离子体反应器1，在装置工作时，乙醇溶液将完全暴露在微弧微等离子体14区域中。上电极5和下电极6为带有尖端的直径5mm、长1cm不锈钢棒，高压电源2输入电压为4.5kV。将乙醇与水混合形成乙醇水溶液，水碳比为0.44，流量为0.05g/s，氧碳比为0.18-0.53，雾化后形成乙醇喷雾，乙醇喷雾通过进料口进入微等离子体装置；2)启动与上电极和下电极相连的高压电源，调节电压到4.5kV，微等离子体反应器开始工作；3)施加的高电压4.5kV将电极之间的乙醇喷雾击穿电离，形成微弧微等离子体，处于等离子体区域中的乙醇，在高能电子、自由基活性物质以及电场的作用下，发生等离子体化学重整反应，乙醇等离子体重整主要产物包括H2、CO、0)2和CH 4，而HjP CO的最高产速出现在氧碳比0.45，乙醇的转化率达到45%。
【主权项】
1.一种微等离子体重整乙醇制氢装置，其特征是包括:微等离子体反应器及给微等离子体反应器供电的高压电源；微等离子体反应器包括进料口、石英容器、上电极、下电极、上聚四氟乙烯密封圈、下聚四氟乙烯密封圈、上反应接头、下反应接头、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、出料口 ；上电极和下电极通过高压电线与高压电源相连接，上电极和下电极同轴置于石英容器内，上电极和下电极形状和材料相同，为带有尖端的不锈钢棒；石英容器通过上反应接头、下反应接头固定，并在上下连接处分别设置上聚四氟乙烯密封圈和下聚四氟乙烯密封圈；上反应接头通过上聚四氟乙烯法兰支撑，下反应接头通过下聚四氟乙烯法兰支撑；石英容器设置进料口和出料口，乙醇溶液通过进料口进入微等离子体反应器，在装置工作时，乙醇溶液将完全暴露在微弧微等离子体区域中。
【专利摘要】本发明公开了一种微等离子体重整乙醇制氢装置，包括微等离子体反应器及给微等离子体反应器供电的高压电源；微等离子体反应器包括进料口、石英容器、上电极、下电极、上聚四氟乙烯密封圈、下聚四氟乙烯密封圈、上反应接头、下反应接头、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、出料口；乙醇溶液通过进料口进入微等离子体反应器，在装置工作时，乙醇溶液将完全暴露在微弧微等离子体区域中，在高能电子、自由基活性物质以及电场的作用下，发生等离子体化学重整反应，生成富氢合成气。本发明是一种便携燃料重整制氢系统，可为便携式燃料电池提供氢源。
【IPC分类】C01B3-32
【公开号】CN104671202
【申请号】CN201510021624
【发明人】杜长明
【申请人】中山大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月8日