[发明专利]一种利用等离子体衍射制氢的反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用等离子体衍射制氢的反应器，尤其是一种旋转型的等离子体衍射技术处理生物油制氢的装置。

背景技术

当今世界的四大热点研究领域是信息、生物、环境和能源，其中能源问题已成为人类社会能否继续生存、持续发展的关键。生物质作为一种储量丰富的可再生资源，已引起了世界各国研究者的普遍关注。通过利用生物质制取的液体生物油具有易收集、易存储、易运输优势，解决了生物质原料大规模收集、存储和运输的问题，但是生物油并不适合直接作为燃料使用。因此，把生物油制成高附加值的氢燃料具有十分重要的意义。氢气的热值142.35kJ/g是汽油的近3倍，氢和氧燃烧只生成水，因此氢被认为是取代矿物燃料的理想的绿色能源。

碳氢化合物制氢工艺中，主要包括催化裂解制氢工艺、太阳能光解制氢工艺、微生物发酵制氢工艺等。传统的大规模制氢是以甲烷制氢为主，中小规模制氢是以甲醇制氢为主，但都是一种催化裂解制氢的工艺，就是碳氢化合物在高温(300-1000℃)下用蒸汽或氧气催化重整制氢，然而碳氢化合物的杂质和碳的沉积会使催化剂失活，从而影响到转换制氢，同时整个系统被加热到反应温度需要一定的时间，效率比较低，所以采用高温催化裂解制氢不是一种方便灵活的工艺。

而等离子体制氢技术，却能够解决这些问题，同时大大提高制氢的效率。

等离子体是涉及高能物理、放电物理化学、反应工程学、高电压技术等领域的一门交叉学科。等离子体被称作除固态、液态和气态之外的第4种物质形态，由电子、正负离子、自由基、分子、基态原子(或原子团)、激发态分子和原子以及光子组成的导电性流体，整体保持电中性。等离子体激发的制氢化学反应原理和传统制氢的原理大致是相同的，不一样的是激发化学反应的活性物质不同：传统方法的活性物质是催化剂，等离子体方法的活性物质是高能电子和自由基。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种旋转型等离子体衍射技术处理生物油制氢的反应器，以解决现有技术中生物油制氢效率低下的问题。

为达到以上目的，本发明提供了以下技术方案：一种利用等离子体衍射制氢的反应器，包括有一圆柱形壳体，壳体内壁上设有极板，设置在壳体中轴线上的电极棒，所述电极棒一端伸出壳体，另一端伸入壳体内腔，在所述壳体设有电极棒的一端上设有进料管，所述进料管伸进壳体内腔的一端上设有雾化喷头，所述电极棒可旋转，其内具有一主气管，主气管伸出壳体的一端设有进气口，另一端底部封闭；所述主气管在壳体内的一端的表面上设有至少一个与主气管内部导通的喷嘴，所述喷嘴末端为弧形。

所述弧形喷嘴平行对称分布在所述主气管的表面。该电极棒开口的一端为水蒸气、氧气或混合气体等载气进气口，提高制氢效率，由于电极喷嘴末端呈弧形且曲率半径很小，这些重整气体进入主气管后从电极棒的另一端上一连串的平行弧形喷嘴高速喷出，在高电压下形成一种等离子体衍射格局，此种结构可使等离子体区域大大增加，进一步的，可在电极棒上设置多层平行的弧形喷嘴，这能使生物油处理实现多级制氢，大大提高了制氢效率。

所述电极棒伸出壳体的一端连接有皮带，皮带另一端连有电机转轴。该电机转动时带动皮带，皮带再带动电极转动旋转，并且此电机是可以调速以适应不同情况。

所述壳体底部设置有一循环出口。该结构的设置能使一次没有处理完全的生物油，再次循环到雾化喷头，实现生物油的循环处理，提高生物油的处理效率。

所述壳体上设置有制氢气体采集口。

在壳体上设有至少2个进料管，并以电极棒为中轴线对称分布。该进料管以及进了管上的喷头可采用耐腐蚀的绝缘材料。

所述电极棒和喷嘴采用钨、不锈钢或铜制。由于等离子衍射电极的放电难易与电极材料有关，一般来说钨、不锈钢以及铜都是较好的电极材料，能使电极棒放电更迅速。

本发明涉及一种旋转型等离子体衍射技术处理生物油制氢的反应器，它的基本原理是：等离子体衍射电极和接地极板上接通电源，产生高压电，由于电极喷嘴末端呈弧形且曲率半径很小，在强电压的前提下，其附近就产生极高的电场强度，导致电晕放电产生。添加气如水蒸气、氧气等从衍射电极一端进入，在电晕的作用下，形成大量的活性等离子体，从电极弧形喷嘴迅速喷出，等离子体呈衍射格局而且在旋转的条件下，会大范围作用于均匀分布在接地电极上经雾化喷口喷出的生物油，生物油经过大面积的等离子体重整后，则会产生大量的氢和碳氢小分子化合物的气体混合物，这些富含氢的气体混合物从氢气收集口排出。