用于制备氢气的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于制备氢气的装置，所述装置包括：第一反应单元(1)，包括第一端(A)和第二端(B)，所述第一反应单元(1)内设置有多个载热颗粒(2)；加热单元，设置为加热所述多个载热颗粒(2)；连接至所述第一端(A)的第一输送管道(41)和第三输送管道(43)；以及连接至所述第二端(B)的第二输送管道(42)和第四输送管道(44)；其中，所述第一输送管道(41)设置为送入多个金属氧化物颗粒，所述第二输送管道(42)设置为送入甲烷气体，所述第三输送管道(43)设置为排出反应后包含有氢气的混合气体，所述第四输送管道(44)设置为排出反应后的液态金属。

【技术实现步骤摘要】
用于制备氢气的装置
本技术的实施例涉及气体制备领域，特别涉及一种用于制备氢气的装置。
技术介绍
氢气作为一种工业原料和清洁燃料，在化工、冶金、电子、医药、食品、航天、能源等诸多领域都具有广泛的应用需求，因此开发用于制备氢气的装置和方法具有重要意义。目前，在工业上，氢气主要通过水电解法和以煤、石油、天然气为原料制取，然而，不论采用哪种制氢方法，都需要消耗大量的电能或热能，其中需要大量的化石燃料供热，一方面浪费能源，另一方面燃料燃烧会造成环境污染。另外，制氢过程可能包括复杂的提取分离步骤，这会导致增加装置的复杂度和提高制氢成本。因此，有必要研究一种能够节约能源、节省成本、结构简单、环保的制氢装置。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种用于制备氢气的装置，以解决上述技术问题中的至少一个方面。根据本技术的一个方面，提出一种用于制备氢气的装置，包括：第一反应单元，包括第一端和第二端，所述第一反应单元内设置有多个载热颗粒；加热单元，设置为加热所述多个载热颗粒；连接至所述第一端的第一输送管道和第三输送管道；以及连接至所述第二端的第二输送管道和第四输送管道；其中，所述第一输送管道设置为送入多个金属氧化物颗粒，所述第二输送管道设置为送入甲烷气体，所述第三输送管道设置为排出反应后包含有氢气的混合气体，所述第四输送管道设置为排出反应后的液态金属。根据一些实施方式，所述装置还包括第二反应单元，所述第二反应单元与所述第一输送管道和所述第四输送管道连接，所述液态金属在所述第二反应单元内发生反应生成金属氧化物和氢气，所述金属氧化物经处理后得到所述金属氧化物颗粒。根据一些实施方式，所述液态金属在所述第二反应单元内与水发生反应。根据一些实施方式，所述装置还包括第一分离单元和第五输送管道，所述第一分离单元与所述第三输送管道连接，并设置为从所述混合气体中分离出未反应的甲烷气体，所述未反应的甲烷气体经所述第五输送管道送入所述第一反应单元。根据一些实施方式，所述装置还包括设于所述第二端的第二分离单元，用于分离出纯净的液态金属。根据一些实施方式，所述金属氧化物颗粒的尺寸小于所述多个载热颗粒之间的间隙尺寸。根据一些实施方式，所述加热单元包括聚光单元，设置为将太阳光聚焦到所述第一反应单元以加热所述多个载热颗粒。根据一些实施方式，所述多个载热颗粒被加热至1000K～1200K。根据一些实施方式，所述液态金属相对于所述载热颗粒表面的浸润角大于预设值。在根据本技术的实施例的用于制备氢气的装置中，通过设置加热单元对多个载热颗粒进行加热，可以为第一反应单元内的反应提供热量，所述多个载热颗粒用作储能载体。并且，金属氧化物颗粒与甲烷气体在多个载热颗粒的间隙内流动，能够与载热颗粒充分接触，增大换热面积，从而提高反应效率。同时，金属氧化物颗粒反应后被分解或还原为液态金属，所述液态金属可以沿载热颗粒的间隙自由流出，无需采用复杂的提取分离设备，使得装置结构简单。此外，以金属氧化物颗粒作为氧化剂，可以避免传统工艺采用纯氧而导致的成本问题和安全问题。附图说明通过下文中参照附图对本技术所作的描述，本技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本技术有全面的理解。图1示出了根据本技术的一个示例性实施例的用于制备氢气的装置的示意图；图2示出了利用根据本技术的一个示例性实施例的装置制备氢气的方法的流程图；以及图3示出了利用根据本技术的另一示例性实施例的装置制备氢气的方法的流程图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。图1示出了根据本技术的一个示例性实施例的用于制备氢气的装置100的示意图。如图1所示，装置100包括：第一反应单元1，包括第一端A和第二端B，第一反应单元1内设置有多个载热颗粒2；加热单元，设置为加热多个载热颗粒2；连接至第一端A的第一输送管道41和第三输送管道43；以及连接至第二端B的第二输送管道42和第四输送管道44；其中，第一输送管道41设置为送入多个金属氧化物颗粒，第二输送管道42设置为送入甲烷(CH4)气体，第三输送管道43设置为排出反应后包含有氢气(H2)的混合气体，第四输送管道44设置为排出反应后的液态金属。在根据本技术的实施例的用于制备氢气的装置100中，通过设置加热单元对多个载热颗粒2进行加热，可以为第一反应单元1内的反应提供热量，所述多个载热颗粒2用作储能载体。并且，金属氧化物颗粒与甲烷气体在多个载热颗粒2的间隙内流动，能够与载热颗粒2充分接触，增大换热面积，从而提高反应效率。同时，金属氧化物颗粒反应后被分解或还原为液态金属，所述液态金属可以沿载热颗粒2的间隙自由流出，无需采用复杂的提取分离设备，使得装置结构简单。此外，以金属氧化物颗粒作为氧化剂，可以避免传统工艺采用纯氧而导致的成本问题和安全问题。第一输送管道41和第二输送管道42作为原料输入管道，可以分别用于源源不断地将多个金属氧化物颗粒和甲烷气体送入第一反应单元1内。第三输送管道43和第四输送管道44作为反应产物输出管道，可以分别用于将反应后包含有氢气的混合气体和反应后的液态金属及时排出。由此，原料不断进入，反应产物及时排出，同时聚光单元3保持对第一反应单元1进行聚光照射以对多个载热颗粒2进行加热，使得第一反应单元1内的反应能够持续进行。第一输送管道41可以连接到储存有大量金属氧化物颗粒的第一储存单元，第二输送管道42可以连接到储存有大量甲烷气体的第二储存单元。排出的包含有氢气的混合气体可以经过分离得到氢气以用于各种用途，排出的液态金属可以另行处理或利用。第一端A可以为第一反应单元1的上端，第二端B可以为第一反应单元1的下端，所述多个金属氧化物颗粒和所述液态金属可以在重力作用下向所述下端自由流动。所述加热单元可以包括聚光单元3，设置为将太阳光聚焦到第一反应单元1以加热多个载热颗粒2。聚光单元3可以自动跟踪太阳位置，并将太阳光聚焦到第一反应单元1。第一反应单元1可以设置大面积透光窗口，太阳光可以通过所述透光窗口照射第一反应单元1内的多个载热颗粒2，所述透光窗口可以采用耐高温、耐高压、透光性良好的石英玻璃制作。通过设置聚光单元3将太阳光聚焦到第一反应单元1以加热多个载热颗粒2，从而能够利用清洁的太阳能作为外部能源为反应提供热能，无需消耗化石燃料，节能、环保。所述加热单元也可以是任何其他适于对多个载热颗粒2进行加热的设备，只要使得多个载热颗粒2作为第一反应单元1内的储能载体即可。例如，所述加热单元可以为电加热设备。载热颗粒2可以采用物理性能和化学性能稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备氢气的装置，其特征在于，其包括：/n第一反应单元(1)，包括第一端(A)和第二端(B)，所述第一反应单元(1)内设置有多个载热颗粒(2)；/n加热单元，设置为加热所述多个载热颗粒(2)；/n连接至所述第一端(A)的第一输送管道(41)和第三输送管道(43)；以及/n连接至所述第二端(B)的第二输送管道(42)和第四输送管道(44)；/n其中，所述第一输送管道(41)设置为送入多个金属氧化物颗粒，所述第二输送管道(42)设置为送入甲烷气体，所述第三输送管道(43)设置为排出反应后包含有氢气的混合气体，所述第四输送管道(44)设置为排出反应后的液态金属。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于制备氢气的装置，其特征在于，其包括：
第一反应单元(1)，包括第一端(A)和第二端(B)，所述第一反应单元(1)内设置有多个载热颗粒(2)；
加热单元，设置为加热所述多个载热颗粒(2)；
连接至所述第一端(A)的第一输送管道(41)和第三输送管道(43)；以及
连接至所述第二端(B)的第二输送管道(42)和第四输送管道(44)；
其中，所述第一输送管道(41)设置为送入多个金属氧化物颗粒，所述第二输送管道(42)设置为送入甲烷气体，所述第三输送管道(43)设置为排出反应后包含有氢气的混合气体，所述第四输送管道(44)设置为排出反应后的液态金属。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第二反应单元(5)，所述第二反应单元(5)与所述第一输送管道(41)和所述第四输送管道(44)连接，所述液态金属在所述第二反应单元(5)内发生反应生成金属氧化物和氢气，所述金属氧化物经处理后得到所述金属氧化物颗粒。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述液态金属在所述第二反应单元(5)内与水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，杨阳阳，高笑菲，刘伟明，张建荣，麻礼东，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：新型
国别省市：甘肃;62