[发明专利]一种天然气无碳排放制氢和高值碳的反应装置

说明书

本发明提供了一种天然气无碳排放制氢和高值碳的反应装置，包括：反应装置，所述反应装置上端连接提纯装置，所述反应装置外设有加热装置，所述加热装置内设有固体氧化物燃料电池装置，所述固体氧化物燃料电池装置下端连接第一气体分离器，所述第一气体分离器连接提纯装置，所述固体氧化物燃料电池装置上端连接空气压缩机，所述反应装置下端连接收集装置；本发明利用熔融金属的高导热性和其本身的催化活性等特性，在高温条件下催化天然气直接裂解，可以实现长时间连续自动化生产，达到同时制备高纯氢气和高值碳的目的。

技术领域

本发明涉及制氢设备技术领域，具体涉及一种天然气无碳排放制氢和高值碳的反应装置。

背景技术

随着二氧化碳排放带来的环境问题日益加剧，传统化石能源结构向清洁可再生能源的转型迫在眉睫。我国作为一个煤炭大国，当前能源消费结构仍以化石能源为主，而“双碳”目标的确立，使得用化石能源作为燃料的行业压力倍增。氢能作为一种清洁可再生能源，有着燃烧热值高、安全性较好、生产方式多样等优点，是极其理想的高能燃料，但氢气的制取和储运还存在一些问题。工业上广泛应用的甲烷水蒸气重整制氢会产生大量的二氧化碳，不利于环境保护和“双碳”目标达成；电解水制氢能耗过高，成本高。因此，研发低碳排放、低能耗、成本低的先进制氢技术是推进我国能源结构顺利转型的关键。

甲烷裂解制氢技术并非一种全新的技术，该技术的可行性早已被多个机构通过实验证明，但因反应过程中固体催化剂积碳失活的问题，一直未能实现工业规模的连续运转。对此，国外有研究者提出了使用熔融金属催化剂替代传统固体催化剂来解决积碳失活的问题。这一基于熔融金属的创新技术，不但有着零碳排放、低能耗、低成本、较易于工业化的优点，其反应中生产的固体碳还更安全，更易分离、储存，生产的多种结构的碳还有额外的市场价值，进一步降低了生产成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种天然气无碳排放制氢和高值碳的反应装置,通过利用液态金属高导热性和高催化活性等特性，在温度1000℃时催化天然气直接裂解，实现连续自动化生产，达到良好的节能目的；同时通过固体氧化物燃料电池装置的设计，让裂解反应只需要少量启动电源的情况下，实现连续自动化生产，更节能更环保，同时产氢效率更高。

本发明采用下述的技术方案：

一种天然气无碳排放制氢和高值碳的反应装置方法，包括：反应装置，所述反应装置上端连接提纯装置，所述反应装置外设有加热装置，所述加热装置内设有固体氧化物燃料电池装置，所述固体氧化物燃料电池装置下端连接第一气体分离器，所述第一气体分离器连接提纯装置，所述固体氧化物燃料电池装置上端连接空气压缩机，所述反应装置下端连接收集装置；通过提纯装置向反应装置进行输送天然气，并吸收反应后的气体进行提纯，再通过固体氧化物燃料电池装置对加热装置提供持续的能量供应，更好的实现了节能，保证了反应的不断进行。

进一步的，所述反应装置包括内管和外管，所述内管通过石英套固定在外管内，所述外管开口处设有密封法兰接口，所述法兰接口上连接提纯装置；反应在内管进行，产生的固体碳从内管溢出，到外管内，再通过外管掉入收集装置中，产生的气体通过法兰接口上连接的提纯装置进行收集和提纯。

进一步的，所述提纯装置包括天然气进气管，所述天然气进气管连接混合罐，所述混合罐一端连接外管，另一端连接第二气体分离器，所述外管连接第一阀门，所述第一阀门连接过滤器，所述过滤器连接第二气体分离器；提纯装置通过将收集的气体，通过过滤器将气体中的碳粉分离，再进入第二气体分离器将氢气、天然气分离，从而得到高纯度氢气，分离出的天然气重新进入混合罐，重新进入反应。

进一步的，所述加热装置包括电阻丝加热器和保温层，所述电阻丝加热器连接加热控制器，所述加热控制器连接补偿电源；通过补偿电源启动加热控制器，控制电阻丝加热和启动固体氧化物燃料电池装置进行反应。