[发明专利]一种天然气无碳制氢装置

说明书

本发明提供了一种天然气无碳制氢装置，包括：外管，所述外管内设有石英支撑环，所述石英支撑环上设有反应内管，所述外管外设有加热装置，所述外管下端连接排碳装置，所述外管上端连接取样装置、进气管和排气管，所述取样装置和进气管均延伸至反应内管内，所述取样装置包括取样管，所述取样管上端连接进料管，所述进料管上设有抽气口和进气口，所述取样管和进料管之间从上到下依次设有进料岔口和取样岔口，所述进料岔口和取样岔口之间设有第一隔断阀门，所述取样岔口上设有第二隔断阀门，所述取样岔口连接取样腔；本发明实现了连续自动化产氢，提高了产氢效率和保证了实验的安全性，有利于广泛使用。

技术领域

本发明涉及制氢辅助装置技术领域，具体涉及一种天然气无碳制氢装置。

背景技术

随着化石能源燃烧带来的环境问题日益加剧，传统化石能源向清洁可再生能源的转型迫在眉睫。氢能是一种清洁可再生能源，有着燃烧热值高、安全性好、来源路径多等优点，被认为是理想的清洁燃料。但在当前技术下，氢能源的广泛利用受其生产成本和储运成本限制较大，因此，研发低碳排放、低能耗、低成本的先进制氢技术是获得廉价氢源的重要保障，是推进能源结构顺利转型的关键。

熔融金属催化甲烷热解制氢技术，能够将甲烷高效转化为氢气和固体碳，其碳产品可提供额外的利润，在“双碳”背景下具有极好的发展前景，但当前该技术的工业化还存在一些问题，首先在反应过程中生成的固体碳会漂浮在熔融金属表面并不断堆积，致使在反应器运行一段时间后不得不暂停运行并清理积碳。这样不仅会因停机而造成生产效率下降，还会增加额外的人工费用支出；其次碳产物的结构与其生长时间息息相关，要想获得高价值碳产品，必须控制碳在熔融金属表面的生长时间；还包括熔融金属在高温下会产生金属蒸气，金属蒸气会随产气和碳产物排出到反应器外。由于不同熔融金属的蒸气压不同，在运行相同时间后损失的金属的量也不同，这会导致熔融合金的成分发生变化，催化效率下降。若停止反应器来取样分析和加入金属，则存在冷凝后取样困难的问题，且停机会导致生产效率下降，成本增加。

综上所述，该技术在反应装置上还存在改进的空间。提供一种天然气无碳制氢装置，能在反应过程中同步监测熔融金属成分和分离碳产物，并调控熔融金属成分变化，控制碳的生长时间，进而进一步提高制氢效率和碳产物价值的装置十分重要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种天然气无碳制氢装置,通过进气吹扫管在生产过程中同步对漂浮在熔融金属表面的固体碳进行清理，碳产品的生长时间可控，有利于高值碳产物的定向生产，其收集和排出不影响设备的正常运行，可实现连续自动化生产，同时能够在生产过程中调控熔融金属成分，减小其成分变化导致效率降低的影响的气泵式取样进料管型组件。

本发明采用下述的技术方案：

一种天然气无碳制氢装置，包括：外管，所述外管内设有石英支撑环，所述石英支撑环上设有反应内管，所述外管外设有加热装置，所述外管下端连接排碳装置，所述外管上端连接取样装置、进气管和排气管，所述取样装置和进气管均延伸至反应内管内；通过石英支撑环固定反应内管，防止高温反应时反应内管发生偏移和抖动，同时有利于碳产品的顺利排出，取样装置便于在不停止反应的情况下，进行熔融金属催化剂的检测和投放，提高反应的效率。

进一步的，所述取样装置包括取样管，所述取样管上端连接进料管，所述进料管上设有抽气口和进气口，所述取样管和进料管之间从上到下依次设有进料岔口和取样岔口，所述进料岔口和取样岔口之间设有第一隔断阀门，所述取样岔口上设有第二隔断阀门；取样管延伸至反应内管内，便于在反应进行时对熔融金属催化剂进行取样、检测和投放，通过控制第一隔断阀门和第二隔断阀门的开合，实现不同的操作目的。

进一步的，所述取样岔口连接取样腔，所述取样腔内设有取样杯；取样岔口内用于收集取样的熔融金属催化剂，取样杯更便于拿取凝固后的金属样品。

进一步的，所述取样管与取样岔口连接处设有观察窗；便于观察熔融金属负压上升的高度，避免取样过多，溢出取样杯。