[发明专利]低温等离子体反应器、协同催化制氢装置及方法

说明书

本发明公开了低温等离子体反应器、协同催化制氢装置及方法，属于制氢技术领域，采用低温等离子体反应器催化制氢，低温等离子体反应器包括反应体、接地电极和放电电极；所述接地电极位于反应体的一侧，放电电极位于反应体的另一侧；所述放电电极和反应体之间设有反应间隙；所述反应间隙放置有催化剂。本发明的低温等离子体反应器、协同催化制氢装置及方法，能够在低温度区间提升催化剂活性，使得催化剂在低温条件下具有热力学优势的同时保持高催化活性。

技术领域

本发明属于制氢技术领域，具体地说涉及低温等离子体反应器、协同催化制氢装置及方法。

背景技术

在充分利用煤炭资源的同时，大力开发清洁煤利用技术和发展清洁能源技术是当前面临的重要问题。一方面，将水煤气变换反应应用于氢能燃料电池领域，具有提高燃料电池碳氢燃料中H₂浓度，降低CO浓度防止Pt电极中毒的优点；另一方面将水煤气变换反应同煤气化技术高效联合，即通过水煤气变换反应提高H₂的含量的同时从源头上分离捕捉CO₂以降低碳排放，有利于实现一条煤高效利用的同时降低碳排放的绿色路径。由于水煤气变换反应是一种以CO和H₂O为原料的温和可逆放热反应，在常温常压下反应难以发生。因此需要借助催化剂完成上述反应，虽然铜基催化剂能够同时吸附氧化CO和解离吸附H₂O，是一种高活性非贵金属，但是其热稳定性较差。如果能找到一种在低温度区间提升催化剂活性的技术，就能使得催化剂在低温条件下具有热力学优势的同时保持高催化活性。

低温等离子体，即Non-thermal Plasma技术可以使得在常温常压下难以进行或者反应速率较慢的反应发生，因此等离子体技术被广泛应用于碳氢重整、材料表面修饰、制备纳米材料等诸多领域。介质阻挡放电，即Dielectric barrier discharge,DBD具有技术成熟、放电稳定均匀、操作成本低的特点，此外DBD还可以避免在流注通道内的火花形成，不会产生过热、局部冲击波和噪声，有利于大规模实际工业应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供低温等离子体反应器、协同催化制氢装置及方法，拟解决在制氢工艺中，无法在低温度区间提升催化剂活性的技术问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

低温等离子体反应器，包括反应体19、接地电极22和放电电极17；所述接地电极22位于反应体19的一侧，放电电极17位于反应体19的另一侧；所述放电电极17和反应体19之间设有反应间隙；所述反应间隙放置有催化剂21。由上述结构可知，接地电极22、放电电极17位于反应体19两侧，可以是上下两侧，也可以是内外两侧，放电电极17和反应体19之间设有反应间隙，反应间隙形成气体通道，所以反应体19、接地电极22和放电电极17三者之间构成一个介质阻挡放电结构，即反应体19作为绝缘介质阻挡层隔开两个电极，两个电极之间施加交流电压时，加以足够强度的交变电场，使其产生介质阻挡放电，反应间隙内形成放电区域，当混合气体在反应间隙流通时产生低温等离子体；反应间隙放置有催化剂21，所以混合气体流经催化剂21时，可以在低温等离子体和催化剂21协同作用下，高效产生氢气。低温等离子体在低温度区间能够提升催化剂21的活性，使得催化剂在低温条件下具有热力学优势的同时保持高催化活性。所述反应体19的材质为石英或刚玉或陶瓷；所述放电电极17的材料为304不锈钢或铝或铜或石墨；所述接地电极22的材料为铝或铜或不锈钢。