一种基于等离子体的氨催化制氢-点火一体系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于等离子体的氨催化制氢

【技术实现步骤摘要】
一种基于等离子体的氨催化制氢
‑
点火一体系统及方法


[0001]本专利技术属于氨催化制氢
，具体涉及一种基于等离子体的氨催化制氢
‑
点火一体系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]近年来，世界能源消耗量不断增加，化石燃料的消耗在带来社会经济收益的同时会伴随着一系列环境问题。开发能够替代化石燃料的新燃料对解决环境问题以及社会可持续发展具有重要意义。
[0004]国内外研究者提出了乙醇、生物柴油、氢气和氨气等诸多替代燃料，其中，氨是一种无碳燃料，其易于液化，而且储氢容量高达17.7(wt)％，因此，氨具有单位储存能量的成本较低，体积能量密度较高的特点，与氢相比，氨的运输和储存也更加安全可靠，因此，氨燃料被视为有发展前景的清洁能源载体和存储介质。
[0005]与常规的化石燃料相比，纯氨的可燃性极限范围较窄，层流燃烧速度和热值较低，而且点火所需要的能量较高，使得纯氨的燃烧比较困难，提高氨/空气火焰的燃烧速度从而使火焰增强是氨燃料成为可靠的替代燃料并广泛应用的关键。研究表明，在氨中添加燃烧性能较好的氢气能有效提高燃烧速度及拓宽可燃性极限；并且氨氢混合燃料燃烧不会产生碳排放。
[0006]利用氨催化分解原位制氢，并将裂解产物作为燃料能够解决氢的存储、供应问题从而解决纯氨燃烧困难的问题，是使氨成为可靠的替代燃料的切实可行的技术方案。
[0007]反应物分子与非平衡等离子体中高能电子的非弹性碰撞使反应物分子在接近常温条件下激发、电离，从而引发自由基式化学反应，对化学反应有促进作用。因此，非平衡等离子体已经被用于促进催化反应的进行以及辅助稀燃发动机点火，非平衡等离子体可用介质阻挡放电、射频放电、高压脉冲放电和微波放电等方法产生。其中，介质阻挡放电反应器结构简单，不需要真空设备，因而实用方便。
[0008]在传统氨催化制氢过程中，用非贵金属如铁(Fe)、钻(Co)、镍(Ni)等负载型催化剂分解氨制氢时，由于催化剂活性较低，因此反应温度一般都很高。

技术实现思路

[0009]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于等离子体的氨催化制氢
‑
点火一体系统及方法，本专利技术催化端的低频放电用于原位催化氨分解制氢得到氨氢混合燃料，点火端高频放电用于氨氢混合燃料点火，可以实现车载原位制氢，解决纯氨燃烧困难的问题，并且等离子体点火进一步改善了氨氢混合燃料的燃烧性能，对氨燃料的车用有重要意义。
[0010]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种基于等离子体的氨催化制氢
‑
点火一体系统，包括催化端和点火端，其中：
[0012]所述催化端包括反应器本体，所述反应器本体上设置有供氨气进入的入口以及供裂解产物进入点火端的出口；
[0013]所述反应器本体内表面设置有用于和地线连接的接地电极，所述反应器本体内设置有高压电极，所述高压电极的一端连接多频激励高压电源，另一端延伸至点火端；
[0014]所述高压电极与接地电极之间填充有催化剂，且高压电极与接地电极之间设置有带孔的阻挡介质板，介质板上的孔形成放电通道；
[0015]所述点火端与所述催化端的连接处设置有绝缘材料，所述绝缘材料下表面设置有接地电极，所述接地电极和延伸至点火端的高压电极之间通过阻挡介质板隔开；
[0016]通过控制所述多频激励高压电源的放电频率，实现催化端的等离子体催化氨分解反应或/和点火端的裂解产物点火燃烧。
[0017]作为可选择的实施方式，所述反应器本体为圆柱状，所述高压电极贯穿设置于所述反应器本体的中心轴线上。
[0018]作为可选择的实施方式，所述高压电极与所述反应器本体的上下端连接处，设置有绝缘材料以实现密封。
[0019]作为可选择的实施方式，所述高压电极的下端呈圆盘状。
[0020]作为可选择的实施方式，所述接地电极为金属导体的薄片或丝网。
[0021]作为可选择的实施方式，所述反应器本体外表面设置有隔热保温层，所述隔热保温层由隔热保温材料形成。
[0022]作为可选择的实施方式，所述催化剂为非贵金属负载型催化剂，且通过陶瓷筛板支撑设置在所述反应器本体内；
[0023]所述催化剂包括载体和活性成分，所述活性成分所占的重量百分比为5
‑
40％，为一种或若干种非贵金属；
[0024]所述载体为活性碳、氧化铝、纳米碳管或硅基沸石分子筛；
[0025]所述催化剂的颗粒的等效直径与反应器本体的内径比值范围是0.05
‑
0.2。
[0026]作为可选择的实施方式，所述阻挡介质板与电极间的距离可调。
[0027]作为可选择的实施方式，所述多频高压电源输出放电频率范围在1kHz
‑
50kHz，电压范围在2
‑
50千伏。
[0028]所述多频高压电源在氨催化分解过程中的放电频率1kHz
‑
20kHz，放电电压2
‑
30千伏；
[0029]在点火端的放电频率10kHz
‑
50kHz，放电电压18
‑
50千伏。
[0030]基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：
[0031]向反应器本体的入口送入氨气，氨气置换反应器本体中的空气，被置换的气体从出口排出；
[0032]多频激励高压电源系统通电，将一定的低频高压电加载到反应器本体的高压电极上，直至高压电极与接地电极之间在阻挡介质板开孔处产生流注放电，氨气在介质阻挡放电的作用下变成氨气等离子体，同时反应器本体内的温度升高，氨气自行或催化分解成氢气和氮气；
[0033]反应器本体内产生的裂解产物和空气通入点火端中，多频激励高压电源系统通电，提高放电频率和放电电压，形成高频高压电加载在高压电极上，点火端的高压电极与接
地极之间在阻挡介质板存在下产生多流注放电裂解产物与空气的混合气被点燃。
[0034]一种车辆，包括上述系统。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0036]本专利技术在高压电极和接地电极之间设置开孔介质板，可以将放电限制在开孔区域，提高放电区能量密度，从而提高非平衡等离子体分解氨气的效能。
[0037]本专利技术可用于氨分解原位制氢，解决了氢气的存储和运输问题，得到的氨氢混合燃料由于氢气的加入改善了纯氨的燃烧性能，并实现了无碳排放。
[0038]本专利技术中介质阻挡放电装置低频放电用于提高氨催化制氢的效能，高频放电用于裂解产物和空气混合气的点火，实现了燃料制取和点火的一体化。
[0039]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0040]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体的氨催化制氢
‑
点火一体系统，其特征是，包括催化端和点火端，其中：所述催化端包括反应器本体，所述反应器本体上设置有供氨气进入的入口以及供裂解产物进入点火端的出口；所述反应器本体内表面设置有用于和地线连接的接地电极，所述反应器本体内设置有高压电极，所述高压电极的一端连接多频激励高压电源，另一端延伸至点火端；所述高压电极与接地电极之间填充有催化剂，且高压电极与接地电极之间设置有带孔的阻挡介质板，介质板上的孔形成放电通道；所述点火端与所述催化端的连接处设置有绝缘材料，所述绝缘材料下表面设置有接地电极，所述接地电极和延伸至点火端的高压电极之间通过阻挡介质板隔开；通过控制所述多频激励高压电源的放电频率，实现催化端的等离子体催化氨分解反应或/和点火端的裂解产物点火燃烧。2.如权利要求1所述的一种基于等离子体的氨催化制氢
‑
点火一体系统，其特征是，所述反应器本体为圆柱状，所述高压电极贯穿设置于所述反应器本体的中心轴线上。3.如权利要求1或2所述的一种基于等离子体的氨催化制氢
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点火一体系统，其特征是，所述高压电极与所述反应器本体的上下端连接处，设置有绝缘材料以实现密封；或，所述高压电极的下端呈圆盘状。4.如权利要求1所述的一种基于等离子体的氨催化制氢
‑
点火一体系统，其特征是，所述接地电极为金属导体的薄片或丝网。5.如权利要求1所述的一种基于等离子体的氨催化制氢
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点火一体系统，其特征是，所述反应器本体外表面设置有隔热保温层，所述隔热保温层由隔热保温材料形成。6.如权利要求1所述的一种基于等离子体的氨催化制氢
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点火一体系统，其特征是，所述催化剂为非贵金属负载型催化剂，且通过陶瓷筛板支撑设置在所述反应器本体内；或，所述催化剂包括载体和活性成分，所述活性成分...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文斌，廉子凡，赵霏阳，孙傲，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：