[发明专利]具有气体置换及高效甲烷裂解载体的制氢反应器装置

说明书

具有气体置换及高效甲烷裂解载体的制氢反应器装置，包括安装在一起的保护管、石英管、扩散器、支撑板、电加热器、保温层、氮气储罐、甲烷储罐、氢气储罐、螺旋管、流量计、连接座B、排碳机构、连接座A和控制电路板、催化剂；甲烷裂解载体为熔融及熔盐中的一种。本发明通过渐进式裂解甲烷制氢，且利用气体置换制氢反应器中的空气，相较于真空泵抽气，结构简单，减少二氧化碳量的情况下，设备投入成本降低，并将甲烷裂解载体选择为熔融合金或熔盐物，可将甲烷裂解温度降低，因其具有催化活性，还可获得优于原液态锡作为裂解载体，裂解甲烷的产氢率，扩散器甲烷通气孔设计成一圆孔，避免了对进气抑制作用，提高了甲烷进气速率，产能达到了提升。

技术领域

本发明涉及氢气制备技术领域，特别是一种具有气体置换及高效甲烷裂解载体的制氢反应器装置。

背景技术

由于全球能源需求急剧增加，化石燃料等不可再生能源面临枯竭的危险，化石燃料对环境的影响也不容忽视。所以，开发和利用新能源成为越来越迫切的要求。在众多新能源燃料中，氢气作为能源燃料，它被认为是理想的清洁，高能燃料，越来越受到人们的关注。但由于氢气的制取成本高，在生活和生产中大量使用氢能源还存在一定困难。因此研究和开发更为先进的制氢新工艺技术是解决廉价氢源的重要保证，新工艺技术应在降低生产装置投资和减少生产成本方面应有明显的突破。

利用甲烷制氢，具有成本低，规模效应显著等优点，且纯度高、生产效率高。目前化石能源重整制氢会排放大量二氧化碳。因此，研究和开发更为先进的甲烷制氢新工艺技术是解决低碳制氢和提高产氢效率的重要保证。本申请人为了克服上述问题，提交了专利号“202122131570.2”，专利名称“具有催化功能的液态金属高温裂解甲烷制氢反应器”的专利申请。如图1所示，在相关机构共同作用下，通过甲烷气体在催化剂作用下、进行低温催化脱氢，使甲烷气体得到初步处理，预裂解成氢气和CxHy中间产物，实现了渐进式裂解甲烷制氢，CxHy进入制氢反应器内中裂解成氢气，所需能量更低、裂解速度更快，进一步提高了裂解效率。本新型通过真空泵等将进入反应器内的空气抽成真空，减少了二氧化碳的产生，由此提高了氢气制备效率。

虽然具有催化功能的液态金属高温裂解甲烷制氢反应器实现了有效利用甲烷制备氢气，为甲烷制氢提供了有利技术支撑。应用中需投入真空泵，对石英管内进行抽真空，避免甲烷裂解生成的碳与空气中的氧气反应生成二氧化碳，进而进一步减少了二氧化碳的产生。但是由于真空泵的投入增加了设备投入成本；甲烷裂解载体选用液态金属（锡或锡化合物）使用成本较高；扩散器采用微孔结构，对甲烷进气有一定的抑制作用。综上，现有的具有催化功能的液态金属高温裂解甲烷制氢反应器还存在改进的余地。提供一种既能降低成本，又能提高裂解效率、生产效率，同时能减少二氧化碳量的高温裂解甲烷制氢反应器显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有液态金属高温裂解甲烷制氢反应器因结构所限，存在的如背景所述弊端，本发明提供了在相关机构共同作用下，通过甲烷气体经催化剂低温催化作用下脱氢，使甲烷气体得到初步处理，预裂解成氢气和CxHy中间产物，实现了渐进式裂解甲烷制氢，且将甲烷裂解载体液态金属改为熔融（Cu-Bi）或熔盐（MnCl₂-KCl）物，CxHy经扩散器进入制氢反应器内中裂解成氢气，甲烷进入裂解区的进气速率可进一步提升，同时裂解所需能量更低、裂解速度更快，进一步提高了裂解效率，并采用氮气或氩气自动置换反应器内的空气，减少了二氧化碳的产生，由此为制备“绿色氢气”起到了有利技术支撑的具有气体置换及高效甲烷裂解载体的制氢反应器装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：