一种利用液态金属及天然气制备氢气和石墨的设备制造技术

一种利用液态金属及天然气制备氢气和石墨的设备，包括安装在一起的脱硫及脱水设备、换热器、冷却器、气固分离设备、变压吸附器、氢气储罐、主控系统、腔体、顶盖、进气管、反应器、真空泵、排气管、石墨管、吹气管。本发明专利技术利用液态金属作用于天然气裂解制备氢气和石墨，天然气中甲烷发生直接裂解反应生成氢气和石墨，生产过程无二氧化碳排放，工作时，利用反应器中裂解产生的氢气，携带石墨粉尘，将其排出反应器，实现反应器中石墨的连续排出，产物中的氢气可净化后用于燃料电池等行业，而碳粉亦可用至工业领域，工艺整体经济性有一定的保障，在未来无碳化制氢方向具有大规模应用的潜力且可以实现自动化连续生产。本发明专利技术具有好的前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种利用液态金属及天然气制备氢气和石墨的设备


[0001]本专利技术涉及氢气制备
，特别是一种利用液态金属及天然气制备氢气和石墨的设备。

技术介绍

[0002]随着工业发展程度不断提升，人类对能源需求急剧增加，常规的化石燃料（石油、煤炭等）燃烧产生过量的二氧化碳导致全球气温上升、冰川融化、海平面上升，由此引起的全球气候剧变、作物减产、空气污染等严重的环境问题。并且上述能源不可再生，面临枯竭的危险。应对当下二氧化碳排放的空前压力，全球逐渐投向了“碳中和”式的发展，大力发展清洁可再生能源。其中氢能制取便利、高效环保，是一种理想的二次能源，能有效助力减碳和优化能源结构，是全球新能源转型的重大战略方向，势必迎来氢能开发和利用的快速发展。
[0003]目前成熟的制氢主要方式包括化石能源（煤和天然气）制氢、水电解制氢。其中化石燃料制氢主要形式为天然气蒸汽重整，即通过化学反应将天然气中的甲烷等碳氢成分催化产生目标氢气，反应公式为：CH4+0.5 H2O
→
0.5 CO+1.5 H2，
△
H=103 kJ/mol；该方法受到技术限制，主要问题是在获得氢气的同时也大量产生了温室气体CO2，虽然通过后续变压吸附CO2捕集可以一定程度减少产物中的CO2浓度，但目前CO2捕集成本高、效率低，难以实现低碳化发展。水电解制氢主要是通过电能，解离电解液中水分子从而产生氢气和氧气，可以实现真正的无碳排放，但是目前电解水技术受限于电极材料、电解质膜的高成本、低寿命以及后端高昂的用电量影响，难以形成有效的规模化应用。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术，通过化石能源制氢、水电解制氢，因采用的设备及技术所限存在如背景所述弊端，本专利技术提供了在高温条件等下，天然气中甲烷发生能直接裂解反应生成氢气和固体碳，直接生成固态碳粉而无二氧化碳排放，产物中的氢气净化后用于燃料电池等行业，具有较好的整体经济性，在未来无碳化制氢方向具有大规模应用潜力的一种利用液态金属及天然气制备氢气和石墨的设备。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用液态金属及天然气制备氢气和石墨的设备，包括脱硫及脱水设备、换热器、冷却器、气固分离设备、变压吸附器、氢气储罐、主控系统、腔体、顶盖、进气管、反应器、真空泵、排气管、石墨管、吹气管；其特征在于腔体一侧端外安装有真空管，真空管出气端与真空泵进气端连接；所述腔体外侧是双层结构，腔体外侧一端安装有进水口A、出水口A；所述腔体内底部分别安装有耐火砖、隔热板，反应器安装在隔热板上，反应器外部由内至外依次安装有填料、石棉布、加热器、支架，支架侧端安装有热电偶、且热电偶测量端与反应器外壁贴合，热电偶信号输出端和主控系统的信号输入端电性连接；所述反应器上部安装有隔热板B、隔热板A并作为缓冲区；所述顶盖与腔体上部之间连接，顶盖外侧是双层结构，顶盖
外侧安装有进水口C、出水口C、安全阀和压力传感器，进气管安装置顶盖上，进气管下部与石墨管之间采用柔性波纹管连接，石墨管下端具有若干气孔；所述缓冲区安装有导流板，导流板一端与腔体一侧端上部的排气管连接，导流板另一端安装有分配管，分配管一端与导流板上的进气口连接、另一端与一只导气管一端连接，导气管另一端端与腔体侧端的吹气管连接，吹气管、进气管侧端与氢气储罐的氢气管道一侧并联连接；所述脱硫及脱水设备的气体输入端和天然气管连接，脱硫及脱水设备的气体输出端和换热器进口连接，换热器出口和进气管上端连接，排气管侧端和冷却器进口连接，冷却器出口和气固分离设备进口连接，冷却器出口和变压吸附器进口连接，变压吸附器出口和氢气储罐进口连接，排气管和冷却器之间连接的管道位于换热器内。
[0006]进一步地，所述腔体底部是双层结构且下端外侧分别安装有进水口B、出水口B和冷却水道B。
[0007]进一步地，所述腔体底部下端安装有多个支座。
[0008]进一步地，所述填料选用电熔镁砂，加热器是电加热器。
[0009]进一步地，所述隔热板A和隔热板B选材为陶瓷纤维板。
[0010]进一步地，所述导流板为锥形结构；进一步地，所述反应器内具有铜铋合金。
[0011]本专利技术有益效果是：本专利技术利用液态金属作用于天然气裂解制备氢气和石墨，天然气中甲烷发生直接裂解反应生成氢气和固体碳（石墨），生产过程无二氧化碳排放，工作时，利用反应器中裂解产生的氢气，携带石墨粉尘，将其排出反应器，实现反应器中石墨的连续排出，产物中的氢气可净化后用于燃料电池等行业，而碳粉亦可用至工业领域，工艺整体经济性有一定的保障，在未来无碳化制氢方向具有大规模应用的潜力且可以实现自动化连续生产。基于上述，本专利技术具有好的应用前景。
附图说明
[0012]图1是本专利技术整体结构示意图。
[0013]图2是导流板结构示意图。
[0014]图3是进气管结构示意图。
[0015]图4是本专利技术工艺流程意图。
具体实施方式
[0016]图1、2、3、4所示，一种利用液态金属及天然气制备氢气和石墨的设备，包括脱硫及脱水设备（图中未画出）、换热器（图中未画出）、冷却器（图中未画出）、气固分离设备（图中未画出）、变压吸附器（PSA）（图中未画出）、氢气储罐（图中未画出）、主控系统（图中未画出）、腔体1、顶盖2、进气管4、反应器17、真空泵（图中未画出）、进气管401、石墨管404、吹气管11；腔体1右端中部依次安装有真空法兰113、真空管15，真空法兰113与真空管15之间采用密封圈B23密封，真空管15出气端与真空泵进气端连接；所述腔体1外侧是双层结构，内外两层之间内的空间作为冷却水道A103,腔体1左端上下部各安装有和冷却水道A103内互通的进水口A101、出水口A102，进水口A101和自来水管等连接，出水口A102和车间废水箱经管道连接；所述腔体1内底部中心轴线位置由上至下分别安装有耐火砖21、隔热板20，反应器
17下端安装在隔热板20上，反应器17外部由内至外依次安装有填料18、石棉布19、加热器3、支架13，加热器3两端引出电极经馈电法兰108固定于绝缘板28上，并与外部加热电源连接，馈电法兰108和绝缘板28之间采用密封圈B23密封，支架13右端上下部各横向具有一个通孔，通孔内各安装有一只热电偶16、且热电偶16测量端与反应器17外壁紧密贴合，热电偶16引线端经测温法兰112从电极法兰14引出，测温法兰112和电极法兰14之间采用密封圈F27密封，热电偶信号输出端和主控系统的信号输入端经导线连接；所述反应器17顶部安装有隔热板B10，隔热板B10中心轴线处设有排气孔，隔热板B10外径与反应器17内径一致，隔热板B10上方安装有隔热板A9且两者之间作为缓冲区29，隔热板A9中心轴线处设有进气管4安装孔且口径与进气管4外径一致；所述顶盖2与腔体17之间通过连接法兰111连接，并经密封圈D25密封，顶盖2外侧采用双层水冷结构作为冷却水道C203，顶盖2外侧左右端分别安装有和冷却水道C203内互通的进水口C201、出水口C2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用液态金属及天然气制备氢气和石墨的设备，包括脱硫及脱水设备、换热器、冷却器、气固分离设备、变压吸附器、氢气储罐、主控系统、腔体、顶盖、进气管、反应器、真空泵、排气管、石墨管、吹气管；其特征在于腔体一侧端外安装有真空管，真空管出气端与真空泵进气端连接；所述腔体外侧是双层结构，腔体外侧一端安装有进水口A、出水口A；所述腔体内底部分别安装有耐火砖、隔热板，反应器安装在隔热板上，反应器外部由内至外依次安装有填料、石棉布、加热器、支架，支架侧端安装有热电偶、且热电偶测量端与反应器外壁贴合，热电偶信号输出端和主控系统的信号输入端电性连接；所述反应器上部安装有隔热板B、隔热板A并作为缓冲区；所述顶盖与腔体上部之间连接，顶盖外侧是双层结构，顶盖外侧安装有进水口C、出水口C、安全阀和压力传感器，进气管安装置顶盖上，进气管下部与石墨管之间采用柔性波纹管连接，石墨管下端具有若干气孔；所述缓冲区安装有导流板，导流板一端与腔体一侧端上部的排气管连接，导流板另一端安装有分配管，分配管一端与导流板上的进气口连接、另一端与一只导气管一端连接，导气管另一端端与腔体侧端的吹气管连接，吹气管、进气管侧端与氢气储罐的氢气管道一侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：芶富均，陈波，陈建军，叶宗标，
申请(专利权)人：芶富均，
类型：发明
国别省市：