[发明专利]一种微等离子体重整乙醇制氢装置

说明书

技术领域

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

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究，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

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。

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。

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。

微等离子体重整乙醇的主要气态产物为H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆和C₃H₈。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、CH₃COCH₃和C。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)-(6)以及碳沉积反应(7)，分别可通过如下进行描述：

C₂H₅OH→C₂H₄O+H₂                         (1)

C₂H₅OH→CH₃CH₂O+0.5H₂                    (2)

C₂H₅OH→C₂H₄+H₂O                         (3)

2C₂H₅OH→C₃H₆O+CO+3H₂                    (4)

C₂H₅OH→CO+CH₄+H₂                        (5)

C₂H₅OH→0.5CO₂+1.5CH₄                    (6)