一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统及制备方法技术方案

本发明专利技术涉及氢能源技术领域，具体公开了一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统及制备方法，其中反应器系统包括反应筒、用于驱动反应筒绕其轴线进行正

【技术实现步骤摘要】
一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统及制备方法


[0001]本专利技术涉及氢能源
，更具体地讲，涉及一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统及制备方法。

技术介绍

[0002]微纳米碳基材料由于其高的化学稳定性、高导热、高导电和特殊的结构特征，微纳米碳球、碳纳米管等碳基材料有非常广泛的应用前景；被广泛地应用于超强纤维、隐身材料、储氢材料、氢燃料电池、锂电池和大功率超级电容器等高端产品的制造领域；
[0003]现有技术中在制备微纳米碳基材料主要有催化裂解、化学气相沉积法；
[0004]但存在以下不足，主要体现在：
[0005]1、例如随着甲烷催化裂解反应的进行，在催化剂表面会沉积一层碳覆盖层，阻断了催化裂解反应的高效进行，因而不得不采用沸腾床结构设计，借助催化剂之间的摩擦作用消除催化剂表面的积碳层，保持催化剂活性。
[0006]沸腾式催化裂解反应器的典型缺点是，催化剂的沸腾状态会加速催化交磨损消耗，并且使得反应产物碳中混入杂质，需要进一步的分离；
[0007]此外，还必须配套气体吹扫系统，以便保持催化剂处于“沸腾”状态；增大了反应系统的建造和运行成本。
[0008]2、甲烷的催化裂解反应产物微纳米碳和催化裂解产物氢形成的混合物，还需要进一步的分离工序，才能得到高纯度氢。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统及制备方法，能够有效地解决传统催化制氢系统催化剂积碳、高纯氢的在线分离和降低反应系统制造和运行成本等问题；
[0010]本专利技术解决技术问题所采用的解决方案是：
[0011]一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统，与烃类气体供气系统和反应混合气体收集系统连接，包括反应筒、用于驱动反应筒绕其轴线进行正
‑
反向转动的驱动装置、安装在反应筒上且伸入反应筒内的氢渗透反应单元、安装在反应筒内的加热组件、以及通过汇流管与氢渗透反应单元连接的纯氢收集系统；
[0012]所述氢渗透反应单元包括多组沿反应筒轴向设置的氢渗透反应组件；所述反应筒上设置有催化剂加料口和泄料口、与烃类气体供气系统连接的进气口、与反应混合气体收集系统连接的出气口。
[0013]本专利技术中反应筒用于装载催化剂颗粒，制备时，通过进气口向反应筒内输送烃类气体，通过加热组件加热反应筒到500℃
‑
600℃；通过控制系统控制反应筒正
‑
反向转动，使得装载在其内部的催化剂颗粒发生随动且相互催化剂颗粒之间发生摩擦，防止在催化裂解反应过程中，催化剂颗粒表面积碳，避免了催化剂颗粒表面的积碳导致其失去活性，能够维
持催化剂颗粒的表面活性；
[0014]相比现有技术，本专利技术无需复杂的大流量流动气体循环系统，以维持催化剂颗粒的呈“沸腾”的流化床状态，同时减少了催化剂的磨损；相比现有技术运行维护成本更低。
[0015]在一些可能的实施方式中，为了有效地实现催化反应裂解后的氢气进行收集；
[0016]每组所述氢渗透反应组件包括至少一组氢渗透反应器，在所述反应筒上设置有与氢渗透反应器一一对应设置的安装孔；
[0017]所述氢渗透反应器包括安装在反应筒上且与反应筒连接的法兰组件、与法兰组件连接且伸入反应筒内的反应杯体组件；
[0018]所述反应杯体组件包括与法兰组件连接且伸入反应筒内的支撑内容器、设置在支撑内容器外侧的钯合金氢渗透薄膜层、以及套装在钯合金氢渗透薄膜层外侧的外保护容器；所述外保护容器、支撑内容器为多孔结构。
[0019]所述钯合金氢渗透薄膜层为致密Pd
‑
25％Ag或Pd
‑
8％Y镀层，其厚度为0.01mm
‑
0.02mm。
[0020]所述外保护容器、支撑内容器上所设置的孔洞的孔径为D,D＜3μm。
[0021]在一些可能的实施方式中，
[0022]所述钯合金氢渗透薄膜层采用磁控溅射法或化学电镀法镀制在支撑内容器的外侧；其中，镀层结合力大于1MPa。
[0023]在一些可能的实施方式中，为了有效地保证反应杯体组件与反应筒的密封连接；
[0024]所述法兰组件包括通过螺栓与反应筒连接的法兰盖、设置在法兰盖与反应筒之间且套装在反应杯体组件外侧的密封圈、以及设置在法兰盖上的氢气输出口。
[0025]在一些可能的实施方式中，
[0026]所述加热组件包括两端贯穿反应筒且安装在反应筒内的防护管、以及安装在防护管内的加热棒。
[0027]在一些可能的实施方式中，
[0028]所述反应筒呈圆筒状结构，在所述反应筒上设置有与驱动装置连接的转轴，所述转轴与反应筒的轴线同轴设置；
[0029]当每组所述氢渗透反应组件中的氢渗透反应器为多组时，多组氢渗透反应器沿反应筒周向设置且在同一平面上；
[0030]所述加热组件为多组且沿反应筒的轴向平行设置。
[0031]另一方面，
[0032]本专利技术还公开了一种以烃类物质制备微纳碳与氢的制备方法，具体包括以下步骤：
[0033]通过催化剂加料口向反应筒内进行催化剂颗粒添加，并通过烃类气体供气系统通过进气口向反应筒内供应烃类气体；
[0034]通过加热组件加热反应筒到500℃
‑
600℃；
[0035]驱动装置开启，控制反应筒绕其轴线方向进行正向转动规定角度后接着反向转动相同角度，催化剂颗粒随着反应筒的转动相互摩擦；
[0036]催化裂解反应所产生的氢气透过氢渗透反应器的钯合金氢渗透薄膜层后，通过汇流管输送至纯氢收集系统，催化裂解反应所产生的混合气体通过出气口输送至反应混合气
体收集系统。
[0037]在一些可能的实施方式中，所述反应筒转动的角度为A，其中180
°
＞A＞360
°
；反应筒转动的转速为10～20r/min。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0039]本专利技术相比现有技术从反应筒中移除反应产物
‑
氢气，得到的高纯氢纯度大于99.9995％，不需要进行进一步的纯化处理工序；同时由于了移除氢气，催化裂解反应更容易朝烃类气体的裂解反应方向进行，反应速度块，效率更高；
[0040]本专利技术通过控制反应筒正
‑
反方向转动，使催化剂颗粒间进行相对的摩擦防止其表面积碳，保持催化剂催化活性；本专利技术通过控制反应筒正
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反方向转动，使得通过金属软管与烃类气体供气系统、反应混合气体收集系统、纯氢收集系统的密封连接的同时，不影响反应筒的正
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反方向转动；与沸腾床技术比较，工艺过程更加简单可控；
[0041]本专利技术结构简单，实用性强。
附图说明
[0042]图1为本专利技术的结构示意图；
[0043]图2为图1中A
‑
A处的剖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统，与烃类气体供气系统和反应混合气体收集系统连接，其特征在于，包括反应筒、用于驱动反应筒绕其轴线进行正
‑
反向转动的驱动装置、安装在反应筒上且伸入反应筒内的氢渗透反应单元、安装在反应筒内的加热组件、以及通过汇流管与氢渗透反应单元连接的纯氢收集系统；所述氢渗透反应单元包括多组沿反应筒轴向设置的氢渗透反应组件；所述反应筒上设置有催化剂加料口和泄料口、与烃类气体供气系统连接的进气口、与反应混合气体收集系统连接的出气口。2.根据权利要求1所述的一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统，其特征在于，每组所述氢渗透反应组件包括至少一组氢渗透反应器，在所述反应筒上设置有与氢渗透反应器一一对应设置的安装孔；所述氢渗透反应器包括安装在反应筒上且与反应筒连接的法兰组件、与法兰组件连接且伸入反应筒内的反应杯体组件；所述反应杯体组件包括与法兰组件连接且伸入反应筒内的支撑内容器、设置在支撑内容器外侧的钯合金氢渗透薄膜层、以及套装在钯合金氢渗透薄膜层外侧的外保护容器；所述外保护容器、支撑内容器为多孔结构。3.根据权利要求2所述的一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统，其特征在于，所述钯合金氢渗透薄膜层为致密Pd
‑
25％Ag或Pd
‑
8％Y镀层，其厚度为0.01mm
‑
0.02mm。4.根据权利要求2所述的一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统，其特征在于，所述外保护容器、支撑内容器上所设置的孔洞的孔径为D,D＜3μm。5.根据权利要求2所述的一种以烃类物质制备微纳碳与氢的反应器系统，其特征在于，所述钯合金氢渗透薄膜层采用磁控溅射法或化学电镀法镀制在支撑内容器的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德礼，何康昊，罗曦晨，
申请(专利权)人：中物院成都科学技术发展中心，
类型：发明
国别省市：