一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置及方法

本发明涉及一种制氢装置及方法，属于甲烷制氢。

背景技术：

1、氢燃烧的主要产物是水，因此不会产生二氧化碳等温室气体。这使得氢成为一种相对清洁的能源。氢具有高能量密度，可以在相对轻量的条件下存储和传输能量。这使得氢成为一种有潜力的能源媒介。氢能在许多领域都有应用潜力，包括交通、工业、电力等。它可以用于燃料电池车辆、工业生产、储能等多种用途。氢能与可再生能源相结合，可以帮助解决可再生能源的间歇性问题。通过使用额外的可再生能源来生产氢，可以将能量存储并在需要时释放。

2、目前主流的氢气制备技术包括矿物燃料制氢和电解制氢。其中，矿物燃料制氢，尤其是煤制氢过程，存在着大量二氧化碳的排放问题。在传统的天然气制氢反应中，常需在高温高压、采用昂贵的贵金属催化剂等苛刻条件下才能实现反应。此外，由于反应产物中炭黑的生成，容易导致贵金属催化剂失活，因而需要频繁进行催化剂再生，致使反应无法连续进行。相比之下，电解制氢虽然为一可行的技术途径，但其生产成本较高。

3、因此，亟需提出一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置及方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有制氢技术效率低，成本高的问题，提供一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置及方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置，包括气化炉身、回收仓、阻隔网和托盘组件，所述气化炉身的上端具有出口，气化炉身的侧壁设置有介质进口和氧化剂进口，介质进口位于氧化剂进口的上方，气化炉身内设置有阻隔网，气化炉身的下端与回收仓连接，回收仓设置有入口，回收仓内设置有托盘组件，托盘组件与气化炉身的下端对应设置。

4、优选的：所述托盘组件包括托盘、电机和高度调节器，所述高度调节器的两端分别与电机外壳、回收仓内壁连接，电机的输出端与托盘连接。

5、优选的：所述托盘组件还包括上端封盖板、固定轴承和联动轴承，高度调节器通过固定轴承与电机连接，电机的输出端通过联动轴承与托盘的底部中心连接，上端封盖板的上部与气化炉身连接，上端封盖板的中部具有下料孔，托盘与下料孔对应设置，高度调节器与气化炉身连接。

6、优选的：所述介质进口倾斜向下设置，若干介质进口周向等距布置，阻隔网设置在出口与介质进口之间，出口为氢气出口，介质位于介质进口的下侧，氧化剂进口位于介质的中部。

7、优选的：所述入口为甲烷入口，若干入口周向等距布置。

8、优选的：介质为惰性陶瓷球状颗粒或空心圆柱状的陶瓷拉西环，介质的直径与气化炉身直径比小于10，炉身内壁敷设耐高温高铝质耐火层。

9、一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢方法，包括以下步骤：

10、s1、将惰性颗粒填满气化炉身，运行电机，使托盘旋转，通过调节电机的转速功率，调节惰性颗粒移动速度；

11、s2、将氢气与氧气以当量比一起从氧化剂进口通入气化炉身并点燃形成稳定燃烧，对气化炉身的炉内惰性颗粒进行加热；

12、s3、当气化炉身及颗粒温度达到稳定状态或预设温度后，将甲烷从入口通入，同时氧化剂进口供给氧气，甲烷进入到回收仓内，在流动过程中甲烷被惰性颗粒加热，在适当压力条件下发生裂解反应，生成碳黑和氢气；

13、s4、甲烷裂解生成的部分氢气与氧气燃烧，提供后续甲烷裂解需要的能量，剩余氢从氢气出口排出；碳黑则随惰性颗粒回收至固体回收仓，随氢气向上流动的碳黑通过固体阻隔网进行气体和固体的分离；甲烷裂解制氢处理完成。

14、优选的：s2中，氢气与氧气当量比为1.7-2.0；s3中，甲烷与氧气当量比为1.5-2.5。

15、本发明具有以下有益效果：

16、1、本发明利用惰性颗粒物的蓄热和辐射特性，惰性颗粒物从气化炉身进入到回收仓的，能够使甲烷受热均匀而裂解，提高反应效率，且生成的碳黑副产品更容易与惰性颗粒分离，实现连续制氢，从而简化了甲烷裂解制氢工艺，降低了成本；

17、2、本发明的甲烷裂解所需能量是由其裂解生成的氢气燃烧提供，消耗的氢气占比在10％，实现了甲烷制氢过程的零排放，利于环境保护；

18、3、本发明与流化床相比，本装置与惰性颗粒形成的结构，更容易使氢气与氧气的燃烧过程形成超绝热燃烧态，使反应区温度更高，且由于增加了固定的自上而下的运动方式，使得高温区域得到拓宽，裂解区间得到增大，不必使用贵金属催化剂即可使甲烷裂解；

19、4、本发明与传统流化床相比，本装置稳定的火焰锋面保证稳定，进而使得燃烧区更集中，且温度更高，通过惰性颗粒的作用，拓展高温区域，顶部进入的常温颗粒以及底部进入的常温甲烷气体，会与高温区换热，保证除燃烧面外的其他高温区域温度保持再700-900℃，满足甲烷裂解条件，能源利用充分。

技术特征：

1.一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置，其特征在于：包括气化炉身(2)、回收仓(4)、阻隔网(9)和托盘组件，所述气化炉身(2)的上端具有出口(8)，气化炉身(2)的侧壁设置有介质进口(1)和氧化剂进口(3)，介质进口(1)位于氧化剂进口(3)的上方，气化炉身(2)内设置有阻隔网(9)，气化炉身(2)的下端与回收仓(4)连接，回收仓(4)设置有入口(5)，回收仓(4)内设置有托盘组件，托盘组件与气化炉身(2)的下端对应设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置，其特征在于：所述托盘组件包括托盘(6)、电机(7)和高度调节器(16)，所述高度调节器(16)的两端分别与电机(7)外壳、回收仓(4)内壁连接，电机(7)的输出端与托盘(6)连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置，其特征在于：所述托盘组件还包括上端封盖板(12)、固定轴承(13)和联动轴承(14)，高度调节器(16)通过固定轴承(13)与电机(7)连接，电机(7)的输出端通过联动轴承(14)与托盘(6)的底部中心连接，上端封盖板(12)的上部与气化炉身(2)连接，上端封盖板(12)的中部具有下料孔，托盘(6)与下料孔对应设置，高度调节器(16)与气化炉身(2)连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置，其特征在于：所述介质进口(1)倾斜向下设置，若干介质进口(1)周向等距布置，阻隔网(9)设置在出口(8)与介质进口(1)之间，出口(8)为氢气出口，介质位于介质进口(1)的下侧，氧化剂进口(3)位于介质的中部。

5.根据权利要求2或3所述的一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置，其特征在于：所述入口(5)为甲烷入口，若干入口(5)周向等距布置。

6.根据权利要求1或4所述的一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置，其特征在于：介质为惰性陶瓷球状颗粒或空心圆柱状的陶瓷拉西环，介质的直径与气化炉身(2)直径比小于10，炉身内壁敷设耐高温高铝质耐火层。

7.一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢方法，其特征在于：采用权利要求1-6任一项所述的一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢方法，其特征在于：s2中，氢气与氧气当量比为1.7-2.0；s3中，甲烷与氧气当量比为1.5-2.5。

技术总结本发明涉及一种基于过滤燃烧模式的甲烷裂解制氢装置及方法，属于甲烷制氢技术领域。解决现有制氢技术效率低，成本高的问题。包括气化炉身、回收仓、阻隔网和托盘组件，所述气化炉身的上端具有出口，气化炉身的侧壁设置有介质进口和氧化剂进口，介质进口位于氧化剂进口的上方，气化炉身内设置有阻隔网，气化炉身的下端与回收仓连接，回收仓设置有入口，回收仓内设置有托盘组件，托盘组件与气化炉身的下端对应设置。本发明利用惰性颗粒物的蓄热和辐射特性，惰性颗粒物从气化炉身进入到回收仓的，能够使甲烷受热均匀而裂解，提高反应效率，且生成的碳黑副产品更容易与惰性颗粒分离，实现连续制氢，从而简化了甲烷裂解制氢工艺，降低了成本。技术研发人员：贾贞健,周伟星,雷雅荃,陆毅,吕春旺受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17