一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器，包括外壳，外壳内由上至下依次设有一级反应腔、氢气导流回收腔、二级反应腔及分离腔；一级反应腔连通有多个进料管；氢气导流回收腔连通有氢气出口，氢气导流回收腔内同轴设有底端敞口的导流锥形件，导流锥形件内部设有空心柱状隔板以形成氢气缓冲腔，氢气缓冲腔通过出气通道与氢气出口连通，导流锥形件底端可拆卸的固定有溢流出口件，溢流出口件对氢气缓冲腔底部进行封堵以形成颗粒收集室；分离腔采用倒锥形腔体，本发明专利技术的旋流反应器集成了反应和分离功能，无需额外设置分离模块，降低了基建成本。降低了基建成本。降低了基建成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器


[0001]本专利技术涉及氢气制备设备
，具体涉及一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]利用甲烷等低碳烷烃经裂解制备氢气，产物为氢气和炭黑，生产过程中不会产生碳氧化物，产物纯度高，近年来引起了研究学者的广泛关注。
[0004]目前用于高温条件下，甲烷裂解反应的反应器主要有涡流反应器、管式反应器、流化床反应器和固定床反应器等。以上反应器均存在着功能单一性的缺点，即只能作为反应器，在工艺流程中仍需添加分离模块实现产物的提纯和收集，导致了设备基建成本的增加。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器，在单一设备中实现了裂解反应与分离的一体化，功能多样。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案
[0007]本专利技术的实施例提供了一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器，包括外壳，外壳内由上至下依次设有一级反应腔、氢气导流回收腔、二级反应腔及分离腔；
[0008]一级反应腔连通有进料管；
[0009]氢气导流回收腔连通有氢气出口，氢气导流回收腔内同轴设有底端敞口的导流锥形件，导流锥形件内部设有空心柱状隔板以形成氢气缓冲腔，氢气缓冲腔通过出气通道与氢气出口连通，导流锥形件底端可拆卸的固定有溢流出口件，溢流出口件对氢气缓冲腔底部进行封堵以形成颗粒收集室；
[0010]分离腔采用倒锥形腔体。
[0011]可选的，所述进料管设置多个，进料管与一级反应腔相切设置。
[0012]可选的，所述一级反应腔的顶部连通有太阳能吸收腔，太阳能吸收腔顶部设有光圈，底部与一级反应腔之间设有导热壁。
[0013]可选的，溢流出口件采用环状结构，其顶面设有环状凹槽以形成颗粒收集室，溢流出口件外边缘部分与导流锥形件底端螺纹连接，内边缘部分与环状隔板螺纹连接。
[0014]可选的，溢流出口件底面外边缘设置内凹的弧形面。
[0015]可选的，分离腔的底端与灰斗的顶端连通，灰斗的底端设有固体颗粒出口，灰斗还设置有氢气出口。
[0016]可选的，灰斗的底端为倒锥形结构。
[0017]可选的，导流锥形件外周设有导流叶片，导流叶片采用螺旋状叶片，螺旋状叶片的外侧与外壳固定连接，内侧与导流锥形件连接，导流叶片设置有将氢气导流回收腔的氢气出口与氢气缓冲腔连通的出气通道。
[0018]可选的，所述外壳由多个部分通过法兰和固定件可拆卸连接构成。
[0019]可选的，所述导流锥形件包括圆柱部，圆柱部外周固定由导流叶片，圆柱部的顶端设有朝向一级反应腔凸起的凸起部。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]1.本专利技术的旋流分离器，通过分离腔、氢气缓冲腔、颗粒收集室以及灰斗的设置，在实现裂解反应的同时，还能够将固体颗粒物与氢气进行分离，使得甲烷气体的裂解反应、氢气与固体颗粒的分离集成在一台设备中，无需额外设置分离模块实现产物的提纯和收集，简化了工艺流程，减少了基建成本，降低了催化剂的积碳概率，延长了催化剂的使用寿命。
[0022]2.本专利技术的旋流分离器，进料管与一级反应腔相切设置，且通过导流叶片的设置，使得一级反应腔和二级反应腔内实现旋流场，借助于旋流场实现物料的高效混合及产物的及时分离，而且进行两级裂解反应，提高了甲烷热裂解制氢气的反应效率。
[0023]3.本专利技术的旋流分离器，通过设置光圈、太阳能吸收腔和导热壁，使得能够将太阳能转换为裂解反应所需要的热量，无需设置额外的提供热量的设备，降低了能耗和设备投资。
[0024]4.本专利技术的旋流分离器，内部无运动部件，降低了能耗也减少了操作维修的成本。
附图说明
[0025]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
[0026]图1为本专利技术实施例1整体外部结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例1整体内部结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例1整体结构俯视图；
[0029]图4为本专利技术实施例1氢气导流回收腔内部结构示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例1导流锥形件与导流叶片装配示意图；
[0031]其中，1.第一外壳部，2.第二外壳部，3.第三外壳部，4.第四外壳部，5.一级反应腔，6.氢气导流回收腔，7.二级反应腔，8.分离腔，9.法兰，10.进料管，11.太阳能吸收腔，12.光圈，13.导热壁，14.导流锥形件，15.隔板，16.氢气缓冲腔，17.溢流出口件，18.颗粒收集室，19.螺纹结构，20.弧形面，21.导流叶片，22.第一氢气出口管，23.灰斗，24.固体颗粒排出管，25.第二氢气出口管,26.出气通道。
具体实施方式
[0032]实施例1
[0033]本实施例提供了一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器，如图1
‑
图5所示，包括外壳，外壳由上至下包括四个部分，由上至下定位外壳的四个部分分别为第一外壳部1、第二外壳部2、第三外部部3和第四外壳部4。
[0034]其中第一外壳部1内的腔体为一级反应腔5，第二外壳部2内的腔体为氢气导流回收腔6，第三外壳部3内的腔体为二级反应腔7，第四外壳部4内的腔体为分离腔8。
[0035]外壳的相邻部分之间通过法兰9和固定件可拆卸固定连接，固定件采用螺栓和螺
母，外壳采用此种组装式结构，可提高不同部分的维修便捷性，也可实现不同结构组件的适配性，从而提高整个反应器的适用性。
[0036]所述一级反应腔5为圆柱形腔体，第一外壳部1的上部设置有多个进料管10，多个进料管10沿环向等间隔设置，进料管10用于向一级反应腔5内通入预混的甲烷和催化剂颗粒。
[0037]本实施例中，进料管10设置八个，可以理解的是，本领域技术人员可根据实际需要设置进料管10的数量。
[0038]进料管10的一端于一级反应腔5连通，且进料管10的轴线与一级反应腔5相切设置。对于进入一级反应腔5内的预混甲烷气体和催化剂颗粒，能够形成旋流场，实现高效的混合及反应。
[0039]所述第一外壳部1顶部固定有太阳能吸收壳，太阳能吸收壳内部具有太阳能吸收腔11，太阳能吸收腔11为圆锥型腔体，其面积较大的端部与一级反应腔5连通，面积较小的端部固定有光圈12，太阳能吸收腔11与一级反应腔5之间设置有导热壁13，导热壁13的外边缘固定在第一外壳部1的内侧面。
[0040]本实施例中，聚焦后的太阳辐射能通过光圈12照射到太阳能吸收腔11内，热量通过导热壁13传递给一级反应腔5内的甲烷气体，进而实现甲烷气体的裂解反应。
[0041]采用此种设置方式，将太阳能转换为裂解反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器，其特征在于，包括外壳，外壳内由上至下依次设有一级反应腔、氢气导流回收腔、二级反应腔及分离腔；一级反应腔连通有进料管；氢气导流回收腔连通有氢气出口，氢气导流回收腔内同轴设有底端敞口的导流锥形件，导流锥形件内部设有空心柱状隔板以形成氢气缓冲腔，氢气缓冲腔通过出气通道与氢气出口连通，导流锥形件底端可拆卸的固定有溢流出口件，溢流出口件对氢气缓冲腔底部进行封堵以形成颗粒收集室；分离腔采用倒锥形腔体。2.如权利要求1所述的一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器，其特征在于，所述进料管设置多个，进料管与一级反应腔相切设置。3.如权利要求1所述的一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器，其特征在于，所述一级反应腔的顶部连通有太阳能吸收腔，太阳能吸收腔顶部设有光圈，底部与一级反应腔之间设有导热壁。4.如权利要求1所述的一种用于太阳能驱动甲烷热裂解制氢气的旋流反应器，其特征在于，溢流出口件采用环状结构，其顶面设有环状凹槽以形成颗粒收集室，溢流出口件外边缘部分与导流锥形件底端螺纹连接，内边缘部分与环状隔板螺纹连接。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明阳，邱俊鹏，陈娟，刘新辙，宋永兴，张林华，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：