本发明涉及氨分解，尤其是涉及一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器。
背景技术：
1、氢能是储量丰富的新能源之一，能够有效减少碳排放、优化能源结构。但是，氢气的存储和运输一直是一个难点问题。近年来，氨气作为一种理想的非碳基氢源逐渐出现在人们的视野中。氨是一种无碳燃料，易于液化，储氢容量高达17.7wt％，是一种优秀的储氢载体。与运输氢相比，氨的运输和存储的安全性更高，且单位储存能量成本低、体积能量密度高。因此，利用氨催化分解原位制氢，能够解决氢的存储、供应问题。
2、氨分解途径主要包括热催化法、光催化法、电解法和等离子体法等。热催化法的化学反应速率与催化剂有关，但是化学结构极其稳定的氨气来说，反应活化能垒非常高，常规条件的催化反应难以使其高效转化。等离子体法通过高压电源放电击穿反应气体，通过多种高能电子作用提高目标产物的选择性和能量效率，其反应条件温和、设备简单、无需高温环境。
3、等离子体协同催化技术是一种学科交叉领域，实现等离子体和催化剂的有效耦合。等离子体催化氨分解制氢其过程为：首先，氨气经过等离子体反应装置活化，形成等离子体混合气；随后等离子体混合气进入放电区域，与催化剂接触混合；最后，等离子体催化协同作用下进行氨分解制氢反应，生成氢气和氮气。在整个过程中，氨气与催化剂、放电区域的充分接触尤为重要，因此，反应装置结构的合理性非常有必要，其催化剂制备与反应装置的设计为其核心内容。
4、中国专利cn103601150a公开了一种管-管式等离子体氨分解制氢反应器，两根金属管分别做高压、接地电极，同时分别作为氨气进料口和出料口，并且负载金属催化剂。该方法通过强制氨气经过等离子体放电区和电极内表面，提高了能量效率和氨气转化率。中国专利cn117181161a公开了一种基于等离子体催化氨分解制氢的管式介质阻挡反应器，将介质阻挡放电管设计为两管串联，避免局部高压、局部高温等现象，分段采用不同电压提升放电均匀性，促进正反应的进行提高选择性。此外，氨分解作为一个可逆反应，在反应过程中氢气实时分离，也有利于反应的正向进行。中国专利cn115652160a、cn115582029a公开了高温稳定性表面催化材料的氨分解氢气纯化复合膜及制备方法，能够实现有效的氢气分离提纯。
5、综上所述，介质阻挡放电产生的等离子体与催化剂共同作用于氨气分解制氢，相比其它常用方法，有效提高了氨气转化率及制氢能量效率。作为一种跨学科交叉的新技术，等离子体催化技术仍具有很大的研究和发展空间。
6、现有技术中，等离子体催化氨分解制氢反应器不能够同时实现高效的催化活性和实时的氢气分离提纯，多为对某一个问题的研究。针对上述问题，本发明提出一种基于等离子体催化的氨分解制氢与同步分离的分层式介质阻挡反应器，能够同时兼顾催化与分离，在实现高效催化氨分解制氢反应的同时，对氢气产物及时分离出去，促进反应的正向进行。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，将催化剂、多孔材料、分离膜以同心管的形式装配，在等离子体协同催化剂进行氨分解制氢反应的同时，将产生的氢气通过层层筛选分离提纯至反应器外，有利于促进氨分解制氢反应正向反应的进行，提高氨分解的效率和能量利用率。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，包括依次设置的上封盖、石英管和下封盖，所述上封盖的侧壁环绕设置有若干进气口，所述下封盖的底部中心位置设置有第一出气口，所述上封盖的顶部中心位置贯穿设置有钨针，所述石英管的内部由内到外依次环绕设置有第一多孔材料层、高压电极层、第一催化层、第二多孔材料层、氢气分离层和第二催化层，所述石英管的外部环绕设置有接地电极层。
3、优选的，所述上封盖与所述下封盖均通过连接件与所述石英管密封连接，所述上封盖的内壁与所述第一多孔材料层的一端、第一催化层的一端、第二多孔材料层的一端、氢气分离层的一端、第二催化层的一端均相互贴合，所述下封盖的内壁与所述第一多孔材料层的另一端、第一催化层的另一端、第二多孔材料层的另一端、氢气分离层的另一端、第二催化层的另一端均相互贴合。
4、优选的，所述下封盖的底部环绕所述第一出气口还设置有若干第二出气口，所述第二出气口与所述氢气分离层相连通。
5、优选的，所述第一多孔材料层的中心位置设置有空腔，所述空腔与所述第一出气口相连通。
6、优选的，所述钨针的贯穿端电性连接有高压电源。
7、优选的，所述第一催化层采用氢气分离催化剂。
8、优选的，所述第二催化层采用氨分解催化剂，所述氨分解催化剂为fe基催化剂、co基催化剂、ni基催化剂、fe-co基催化剂、和fe-ni基催化剂中的一种。
9、优选的，所述第一多孔材料层与所述第二多孔材料层为同一材质，所述第一多孔材料层的表面设置有若干通孔。
10、优选的，所述氢气分离层采用氢气分离质子膜，所述氢气分离质子膜的厚度大于所述第二出气口的直径。
11、优选的，所述接地电极层与所述高压电极层均采用铜网。
12、因此，本发明采用上述一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，将催化剂、多孔材料、分离膜以同心管的形式装配，在等离子体协同催化剂进行氨分解制氢反应的同时，将产生的氢气通过层层筛选分离提纯至反应器外，有利于促进氨分解制氢反应正向反应的进行，提高氨分解的效率和能量利用率。
1.一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：包括依次设置的上封盖、石英管和下封盖，所述上封盖的侧壁环绕设置有若干进气口，所述下封盖的底部中心位置设置有第一出气口，所述上封盖的顶部中心位置贯穿设置有钨针，所述石英管的内部由内到外依次环绕设置有第一多孔材料层、高压电极层、第一催化层、第二多孔材料层、氢气分离层和第二催化层，所述石英管的外部环绕设置有接地电极层。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述上封盖与所述下封盖均通过连接件与所述石英管密封连接，所述上封盖的内壁与所述第一多孔材料层的一端、第一催化层的一端、第二多孔材料层的一端、氢气分离层的一端、第二催化层的一端均相互贴合，所述下封盖的内壁与所述第一多孔材料层的另一端、第一催化层的另一端、第二多孔材料层的另一端、氢气分离层的另一端、第二催化层的另一端均相互贴合。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述下封盖的底部环绕所述第一出气口还设置有若干第二出气口，所述第二出气口与所述氢气分离层相连通。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述第一多孔材料层的中心位置设置有空腔，所述空腔与所述第一出气口相连通。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述钨针的贯穿端电性连接有高压电源。
6.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述第一催化层采用氢气分离催化剂。
7.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述第二催化层采用氨分解催化剂，所述氨分解催化剂为fe基催化剂、co基催化剂、ni基催化剂、fe-co基催化剂和fe-ni基催化剂中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述第一多孔材料层与所述第二多孔材料层为同一材质，所述第一多孔材料层的表面设置有若干通孔。
9.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述氢气分离层采用氢气分离质子膜，所述氢气分离质子膜的厚度大于所述第二出气口的直径。
10.根据权利要求1所述的一种等离子体催化氨分解制氢与同步分离分层式反应器，其特征在于：所述接地电极层与所述高压电极层均采用铜网。
