[发明专利]一种基于等离子体的氨催化制氢-点火一体系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于等离子体的氨催化制氢‑点火一体系统及方法，本发明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。

技术领域

本发明属于氨催化制氢技术领域，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。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明为了解决上述问题，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，本发明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。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

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：

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。

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。