本實用新型涉及一種在線產(chǎn)氫設備，尤其是一種反應啟動快速、產(chǎn)出率高且成本低的甲醇氧化與水蒸氣重整分段結(jié)合在線產(chǎn)氫設備。
背景技術(shù)：
氫氣是一種可再生的清潔能源，可通過氫燃料電池以一種綠色高效的方式將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，為便攜移動設備、交通工具以及固定電站等提供所需電力。在線產(chǎn)氫則是在使用現(xiàn)場通過含氫的燃料（如甲醇、乙醇）發(fā)生化學反應產(chǎn)生氫氣，實現(xiàn)了氫氣的即產(chǎn)即用，解決了氫氣儲存和運輸所存在的易燃易爆等安全問題。由于甲醇是一種便于儲存和運輸?shù)囊后w燃料，來源豐富，而且是具有高氫碳比的碳一分子（無碳-碳鍵），因此甲醇已成為目前在線產(chǎn)氫的主要液體燃料。
現(xiàn)有甲醇重整產(chǎn)氫的基本方法分為催化氧化重整和水蒸氣催化重整兩種。催化氧化重整是將甲醇經(jīng)氣化或霧化所產(chǎn)生的甲醇與水混合蒸汽再與氧氣（空氣）混合，通過催化劑發(fā)生部分氧化反應生成含氫氣的混合氣，凈化后即得氫燃料電池所需的氫燃料。此方法利用放熱反應產(chǎn)氫，無需外部提供熱量，能耗較低，啟動快，但是由于大多是以空氣為氧源，盡管理論上產(chǎn)出的氫濃度可達67%，但是由于空氣中大量N2的稀釋作用，使實際產(chǎn)出的氫濃度降為40%左右。水蒸氣催化重整是將水與甲醇混合經(jīng)氣化或霧化產(chǎn)生甲醇與水混合蒸汽，在熱源作用下，以一定的溫度通過催化劑（銅基、鈀基、鉑基、金基、鎳基等）發(fā)生水蒸氣重整反應，生成含氫氣的混合氣，凈化后即得氫燃料電池所需的氫燃料。水蒸氣催化重整所產(chǎn)出的氫濃度較高，可達75%，但是由于整個過程是吸熱反應，需要熱能，不僅耗費能源，而且還需要外接供熱設備等，導致設備結(jié)構(gòu)復雜，資金投入大，無疑加大了產(chǎn)氫成本，同時水蒸氣催化重整還存在啟動慢的問題，難以滿足車輛船舶等交通工具上燃料電池在線產(chǎn)氫的要求。
為了降低水蒸氣催化重整產(chǎn)氫成本，有的在甲醇與水混合蒸汽中加入空氣，在催化劑上同時發(fā)生甲醇的氧化重整。然而，由于現(xiàn)有催化劑的熱穩(wěn)定性差，溫度需控制在300℃以下，否則會出現(xiàn)熱失活現(xiàn)象。在催化氧化重整過程中，氧化反應放熱直接導致催化劑不可避免出現(xiàn)局部過熱和床層飛溫，造成催化劑熱失活，反而影響了氫氣的在線生產(chǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種反應啟動快速、氫濃度高且成本低的甲醇等離子體氧化與水蒸氣催化重整分段結(jié)合在線產(chǎn)氫方法及設備。
本實用新型的技術(shù)解決方案是：一種上述甲醇氧化與水蒸氣重整分段結(jié)合在線產(chǎn)氫方法用設備，其特征在于：有金屬制成的筒式反應器，筒式反應器外側(cè)有保溫層，筒式反應器的頂端有絕緣封蓋，與高壓電源相接的放電電極垂直穿過絕緣封蓋的軸心，在放電電極末端上方的筒式反應器上設有一段氣體入口，在筒式反應器內(nèi)設有催化劑床層，所述放電電極末端與催化劑床層之間的距離為5~20 cm，在筒式反應器上設有位于放電電極末端與催化劑床層之間的二段氣體入口，催化劑床層下方為氣體出口。
本實用新型可將甲醇氧化重整與水蒸氣催化重整產(chǎn)氫方法分段結(jié)合，第一段為甲醇等離子體氧化重整反應，所放出的熱量作為第二段水蒸氣催化重整的熱源，無需外部供給熱量，設備結(jié)構(gòu)簡單，解決了現(xiàn)有的常規(guī)催化技術(shù)存在的反應啟動慢、產(chǎn)出率低、成本高及催化劑失活等問題，具有反應啟動快速、產(chǎn)出率高且成本低的優(yōu)點，適用于燃料電池的在線產(chǎn)氫，尤其適用于車輛船舶等交通工具上燃料電池的在線產(chǎn)氫。
附圖說明
圖1是本實用新型實施例實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
所用設備如圖1所示：有不銹鋼筒式反應器1，筒式反應器1外側(cè)有保溫層2，使筒式反應器1絕熱，筒式反應器1的頂端有陶瓷絕緣封蓋3，與高壓電源4相接的放電電極5（滑動弧放電電極）穿過絕緣封蓋3的軸心，在放電電極5末端上方的筒式反應器1上設有一段氣體入口6，在筒式反應器1內(nèi)設有催化劑床層8，所述放電電極5末端與催化劑床層8之間的距離為5~20 cm，在筒式反應器1上設有位于放電電極5末端與催化劑床層8之間的二段氣體入口7，催化劑床層8下方為氣體出口9。
高壓電源4可為直流高壓電源或交流高壓電源，催化劑可按照現(xiàn)有技術(shù)，采用銅基、鈀基、鉑基、金基、鎳基甲醇水蒸氣重整催化劑中至少一種，本實施例采用的是商業(yè)銅基催化劑（Cu/ZnO/Al2O3），空速為10000 ml/g·h。
工作過程：
1. 甲醇與水混合蒸汽與氧氣（空氣）混合氣體通過一段氣體入口6切向進入反應器1中，在滑動弧放電電極5作用下形成滑動弧放電等離子體，甲醇與氧氣發(fā)生氧化反應，放出大量的熱，產(chǎn)生含有氫氣的重整熱氣體；
2. 所產(chǎn)生的重整熱氣體向下與從二段氣體入口7進入的甲醇與水混合蒸汽混合，通過催化劑床層8，發(fā)生催化重整反應，生成含有高濃度氫氣的重整氣體，由氣體出口9流出，凈化后得氫燃料電池所需的氫燃料。由于通過催化劑的氣體無氧化反應發(fā)生，催化劑受熱均勻，不會因局部過熱而失活。