富氫的製造方法
2024-04-06 22:07:05
富氫的製造方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種富氫機，富氫機包括原料輸送通道、熱量回收裝置、重整室、燃燒室；原料輸送通道的一部分設置於熱量回收裝置中，熱量回收裝置輸出從重整室排出的高溫餘氣、富氫氣體，利用排出的高溫餘氣、富氫氣體為原料加熱；所述重整室的外壁設有第一氣化管路，經過熱量回收裝置加熱的甲醇水混合液在第一氣化管路中被加熱氣化，進入重整室重整；重整室還設有分流機構，用以將一部分製得的富氫氣體輸出，同時將一部分製得的富氫氣體輸送至燃燒室；所述燃燒室設置於重整室的外部，燃燒室內通過燃燒氣化的甲醇或/和富氫氣體或/和尾氣放熱，為重整室加熱。本實用新型可提高富氫的製備效率，節約能源。
【專利說明】富氫機
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於氫氣製備【技術領域】，涉及一種氫氣製備裝置，尤其涉及一種富氫機；同時，本實用新型還涉及一種利用富氫機製備富氫的方法。
【背景技術】
[0002]在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀最理想的能源。這是因為，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產生的能量最多，而且它燃燒的產物是水，沒有灰渣和廢氣，不會汙染環境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產生溫室效應和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存於水中，燃燒後唯一的產物也是水，可源源不斷地產生氫氣，永遠不會用完。
[0003]氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦爾的熱量，是汽油發熱量的3倍。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運送方便，是航天、航空等高速飛行交通工具最合適的燃料。氫在氧氣裡能夠燃燒，氫氣火焰的溫度可高達2500°C，因而人們常用氫氣切割或者焊接鋼鐵材料。
[0004]在大自然中，氫的分布很廣泛。水就是氫的大「倉庫」，其中含有11%的氫。泥土裡約有1.5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動植物體內等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70%為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是「取之不盡、用之不竭」的能源。如果能用合適的方法從水中製取氫，那麼氫也將是一種價格相當便宜的能源。
[0005]氫的用途很廣，適用性強。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學能、熱能和機械能相互轉換的功能。例如，儲氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領，可將熱量儲存起來，作為房間內取暖和空調使用。
[0006]氫作為氣體燃料，首先被應用在汽車上。1976年5月，美國研製出一種以氫作燃料的汽車；後來，日本也研製成功一種以液態氫為燃料的汽車；70年代末期，前聯邦德國的奔馳汽車公司已對氫氣進行了試驗，他們僅用了五千克氫，就使汽車行駛了 110公裡。
[0007]用氫作為汽車燃料，不僅乾淨，在低溫下容易發動，而且對發動機的腐蝕作用小，可延長發動機的使用壽命。由於氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡化現有汽車的構造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4%的氫氣。用它作為汽車發動機燃料，就可節油40 %，而且無需對汽油發動機作多大的改進。
[0008]氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運輸都很方便。液態的氫既可用作汽車、飛機的燃料，也可用作火箭、飛彈的燃料。美國飛往月球的「阿波羅」號宇宙飛船和我國發射人造衛星的長徵運載火箭，都是用液態氫作燃料的。
[0009]另外，使用氫一氫燃料電池還可以把氫能直接轉化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在宇宙飛船和潛水艇上得到使用，效果不錯。當然，由於成本較高，一時還難以普遍使用。[0010]現在世界上氫的年產量約為3600萬噸，其中絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中製取的，這就得消耗本來就很緊缺的礦物燃料；另有4%的氫是用電解水的方法製取的，但消耗的電能太多，很不划算，因此，人們正在積極探索研究制氫新方法。而用甲醇、水重整制氫可減少化工生產中的能耗和降低成本，有望替代被稱為「電老虎」的「電解水制氫」的工藝，利用先進的甲醇蒸氣重整——變壓吸附技術製取純氫和富含CO2的混合氣體，經過進一步的後處理，可同時得到氫氣和二氧化碳氣。
[0011]甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫和二氧化碳，這是一個多組份、多反應的氣固催化反應系統。反應方程如下:
[0012]CH3OH → C0+2H2(I)
[0013]H2CHCO → C02+H2(2)
[0014]CH30H+H20 → C02+3H2 (3)
[0015]重整反應生成的H2和CO2,再經過鈀膜分離將H2和CO2分離，得到高純氫氣。變壓吸附法的耗能高、設備大，且不適合小規模的氫氣製備。
[0016]現有的制氫設備，冷啟動通常需要很長時間，一般至少在5小時以上，有的設備甚至需要1天時間啟動。而熱啟動需要耗費大量能源，使重整室(通常需要400°C以上)等設備處於高溫狀態。
[0017]因此，如何使制氫設備既實現快速冷啟動、又能保證節約能源(還需要實用性強)是目前業界需要迫切解決的問題。
實用新型內容
[0018]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種富氫機，可提高富氫的製備效率，節約能源。
[0019]此外，本實用新型還提供一種利用富氫機製備富氫的方法，可提高富氫的製備效率，節約能源。
[0020]為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案:
[0021]一種富氫機，所述富氫機包括:加熱啟動裝置、精密流量泵、原料輸送通道、熱量回收裝置、重整室、燃燒室、保溫層；
[0022]所述加熱啟動裝置用來在富氫機冷啟動時加熱甲醇，直至甲醇氣化，利用氣化的甲醇燃燒放熱，作為富氫機的啟動能源；所述加熱啟動裝置包括加熱機構、第二氣化管路，氣化管路的內徑為1~2mm，第二氣化管路緊密地纏繞於加熱機構上；所述第二氣化管路的一端連接液體儲存容器，將甲醇送入第二氣化管路中；第二氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而後通過點火機構點火燃燒；或者，第二氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達到自燃點，甲醇從第二氣化管路輸出後直接自燃；
[0023]所述精密流量泵連接原料輸送通道，原料輸送通道的一部分設置於熱量回收裝置中，熱量回收裝置輸出從重整室排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體，利用排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體為原料輸送通道內的原料甲醇水混合液加熱；原料輸送通道包括一段或多段螺旋管，同時，原料輸送通道位於熱量回收裝置中的部分由一根管路分成一束直徑更小的管路，使得甲醇水混合液加熱更加充分；[0024]所述重整室的外壁設有第一氣化管路，經過熱量回收裝置加熱的甲醇水混合液在第一氣化管路中被重整室外壁的高溫加熱氣化，進入重整室重整；
[0025]所述重整室內存放催化劑，用於重整反應；重整室還設有分流機構，用以將一部分製得的富氫氣體輸出，同時將一部分製得的富氫氣體輸送至燃燒室，燃燒供熱；重整室設有限流閥(能量分配閥)，輸送至燃燒室的富氫氣體通過限流閥控制；
[0026]所述燃燒室設置於重整室的外部，將重整室包裹；燃燒室內通過燃燒氣化的甲醇或/和富氫氣體或/和尾氣放熱，為重整室加熱；燃燒室設有進風口，進風口處設有風機，將空間吹入燃燒室內；
[0027]所述保溫層設置於燃燒室的外部，將燃燒室包裹，用以保持燃燒室的高溫，減少外界對燃燒室的溫度幹擾；
[0028]所述重整室內還設有熱電偶,用以感應重整室的溫度,並反饋至富氫機的電控系統，用以控制重整室的溫度。
[0029]一種富氫機，所述富氫機包括:原料輸送通道、熱量回收裝置、重整室、燃燒室；
[0030]所述原料輸送通道的一部分設置於熱量回收裝置中，熱量回收裝置輸出從重整室排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體，利用排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體為原料輸送通道內的原料醇水混合液加熱；
[0031]所述重整室的外壁設有第一氣化管路，經過熱量回收裝置加熱的醇水混合液在第一氣化管路中被加熱氣化，進入重整室重整；
[0032]所述重整室內存放催化劑，用於重整反應；重整室還設有分流機構，用以將一部分製得的富氫氣體輸出，同時將一部分製得的富氫氣體輸送至燃燒室，燃燒供熱；重整室設有限流閥(能量分配閥)，輸送至燃燒室的富氫氣體通過限流閥控制；
[0033]所述燃燒室設置於重整室的外部，燃燒室內通過燃燒氣化的醇或/和富氫氣體或/和尾氣放熱，為重整室加熱。
[0034]作為本實用新型的一種優選方案，所述加熱啟動裝置用來在富氫機冷啟動時加熱醇(如可以為甲醇或乙醇)，直至醇氣化，利用氣化的醇燃燒放熱，作為富氫機的啟動能源；
[0035]所述加熱啟動裝置包括加熱機構、第二氣化管路，氣化管路的內徑為I?2mm，第二氣化管路緊密地纏繞於加熱機構上；
[0036]所述第二氣化管路的一端連接液體儲存容器，將醇送入第二氣化管路中；第二氣化管路的另一端輸出被氣化的醇，而後通過點火機構點火燃燒；或者，第二氣化管路的另一端輸出被氣化的醇，且輸出的醇溫度達到自燃點，醇從第二氣化管路輸出後直接自燃。
[0037]作為本實用新型的一種優選方案，所述原料輸送通道包括一段或多段螺旋管，同時，原料輸送通道位於熱量回收裝置中的部分由一根管路分成一束(若干根)直徑更小的管路，使得醇水混合液加熱更加充分。
[0038]作為本實用新型的一種優選方案，所述富氫機還包括保溫層，該保溫層設置於燃燒室的外部，將燃燒室包裹，用以保持燃燒室的高溫，減少外界對燃燒室的溫度幹擾。
[0039]作為本實用新型的一種優選方案，所述重整室內還設有熱電偶，用以感應重整室的溫度，並反饋至富氫機的電控系統，用以控制重整室的溫度。
[0040]作為本實用新型的一種優選方案，所述燃燒室將重整室包裹；燃燒室設有進風口，進風口處設有風機，將空間吹入燃燒室內。[0041]一種利用上述富氫機製備富氫的方法，所述方法包括如下步驟:
[0042]通過泵體將原料從原料儲存容器中抽出，進入原料輸送通道；
[0043]原料輸送通道的一部分設置於熱量回收裝置中，熱量回收裝置輸出從重整室排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體，利用排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體為原料輸送通道內的原料醇水混合液加熱；
[0044]經過熱量回收裝置加熱的醇水混合液進入設置於重整室的外壁設有第一氣化管路，在第一氣化管路中被加熱氣化，進入重整室；
[0045]被氣化的醇水在重整室內進行重整反應；重整室設有分流機構,將一部分製得的富氫氣體輸出；同時將一部分製得的富氫氣體輸送至燃燒室，燃燒室內通過燃燒氣化的醇或/和富氫氣體或/和尾氣放熱，為重整室加熱；重整室設有限流閥(能量分配閥)，輸送至燃燒室的富氫氣體通過限流閥控制。
[0046]作為本實用新型的一種優選方案，所述方法還包括富氫機冷啟動步驟；在富氫機冷啟動時，加熱啟動裝置加熱醇，直至醇氣化，利用氣化的醇燃燒放熱，作為富氫機的啟動能源；
[0047]所述加熱啟動裝置包括加熱機構、第二氣化管路，氣化管路的內徑為I?2mm，第二氣化管路緊密地纏繞於加熱機構上；
[0048]所述第二氣化管路的一端連接液體儲存容器，將醇送入第二氣化管路中；第二氣化管路的另一端輸出被氣化的醇，而後通過點火機構點火燃燒；或者，第二氣化管路的另一端輸出被氣化的醇，且輸出的醇溫度達到自燃點，醇從第二氣化管路輸出後直接自燃。
[0049]本實用新型的有益效果在於:本實用新型提出的富氫機及其製備富氫的方法，可提高富氫的製備效率，節約能源；本實用新型富氫機可以設計成很小的體積，方便移動。同時，富氫機可以快速啟動，且無需大量的其他能源(如電能等)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0050]圖1為本實用新型富氫機的組成示意圖；
[0051]圖2為本實用新型利用富氫機製備富氫的過程圖。
【具體實施方式】
[0052]下面結合附圖詳細說明本實用新型的優選實施例。
[0053]實施例一
[0054]請參閱圖1，本實用新型揭示了一種富氫機，可以製得氫氣含量在25?35%的富氫氣體。所述富氫機包括:加熱啟動裝置1、精密流量泵2、原料輸送通道4、熱量回收裝置3、重整室5、燃燒室7、保溫層8。
[0055]所述加熱啟動裝置I用來在富氫機冷啟動時加熱甲醇(也可以為乙醇等其他醇類)，直至甲醇氣化，利用氣化的甲醇燃燒放熱，作為富氫機的啟動能源。所述加熱啟動裝置I包括加熱機構、第二氣化管路，氣化管路的內徑為I?2mm，第二氣化管路緊密地纏繞於加熱機構上。所述第二氣化管路的一端連接液體儲存容器，將甲醇送入第二氣化管路中；第二氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而後通過點火機構點火燃燒；或者，第二氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達到自燃點，甲醇從第二氣化管路輸出後直接自燃。
[0056]所述精密流量泵2連接原料輸送通道4，原料輸送通道4的一部分設置於熱量回收裝置3中，熱量回收裝置3輸出從重整室5排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體，利用排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體為原料輸送通道4內的原料甲醇水混合液加熱。原料輸送通道4包括一段或多段螺旋管，同時，原料輸送通道4位於熱量回收裝置3中的部分由一根管路分成一束(若干根)直徑更小的管路(一束管路的直徑與一根管路的直徑相當)，使得甲醇水混合液加熱更加充分。本實施例中，原料輸送通道4在進入熱量回收裝置3之前，管路直徑為6~8_，進入熱量回收裝置3後，管路被分為若干根直徑為I~3_的管路，這樣設計可以進一步提高熱交換效率，從而使甲醇水混合液加熱更加充分。
[0057]所述重整室5的外壁設有第一氣化管路6，經過熱量回收裝置3加熱的甲醇水混合液在第一氣化管路6中被重整室5外壁的高溫加熱氣化，而後進入重整室5重整。
[0058]所述重整室5內存放催化劑，用於重整反應。重整室5還設有分流機構，用以將一部分製得的富氫氣體輸出存儲或使用，同時將一部分製得的富氫氣體輸送至燃燒室7，燃燒供熱；重整室5設有限流閥(能量分配閥)11，輸送至燃燒室7的富氫氣體通過限流閥11控制。
[0059]所述燃燒室7設置於重整室5的外部，將重整室5包裹；燃燒室7內通過燃燒氣化的甲醇或/和富氫氣體或/和尾氣放熱，為重整室5加熱；燃燒室7設有進風口 10，進風口10處設有風機，將空間吹入燃燒室7內。
[0060]所述保溫層8設置於燃燒室7的外部，將燃燒室7包裹，用以保持燃燒室7的高溫，減少外界對燃燒室7的溫度幹擾。
[0061]所述重整室5內還設有熱電偶9，用以感應重整室5的溫度，並反饋至富氫機的電控系統，用以控制重整室5的溫度。
[0062]富氫機的運行條件:重整室內催化劑燃燒腔溫度達到400°C以上，如設定為400°C(催化劑在400左右時催化效率最好)。剛啟動時，由加熱啟動裝置通過氣化甲醇，使甲醇燃燒的方式為重整室加熱。待重整室產生大量氫氣後，加熱啟動裝置停止運行；由泵入的醇水混合液(60%甲醇)經重整室的反應爐反應產生氫氣後分流一部分用於重整室的加熱，提供反應爐所需熱量。
[0063]上述富氫機的啟動及運行過程包括如下步驟:
[0064]1、加熱啟動裝置進行預熱五分鐘後，把甲醇泵入加熱裝置中使之汽化從而通往燃燒腔進行燃燒加熱富氫機；
[0065]2、加熱至一定溫度後，泵入醇水混合液，通過氣化盤管加熱汽化成氣體通往重整室的反應腔，由這些蒸汽帶動反應腔內催化劑溫度的上升；蒸汽經過反應腔後一部分通過限流閥到達燃燒腔進行燃燒加熱；
[0066]3、加熱啟動裝置加熱至一定溫度，反應腔內開始進行重整反應產生大量氫氣，停止對加熱裝置的加熱以及甲醇的泵入；用反應產生的氫氣及其它混合氣分流一部分經過限流閥通往燃燒腔燃燒用於設備的運行加熱，另一部分由管道接往外部使用。
[0067]以上介紹了本實用新型富氫機的組成，本實用新型在揭示上述富氫機的同時，還揭示一種利用上述富氫機製備富氫的方法，所述方法包括如下步驟:
[0068]【步驟SO】富氫機冷啟動步驟；在富氫機冷啟動時，加熱啟動裝置加熱甲醇，直至甲醇氣化，利用氣化的甲醇燃燒放熱，作為富氫機的啟動能源；當富氫機製得大量的氫氣後則停止加熱啟動裝置的運行。
[0069]所述加熱啟動裝置包括加熱機構、第二氣化管路，氣化管路的內徑為I~2mm，第二氣化管路緊密地纏繞於加熱機構上；
[0070]所述第二氣化管路的一端連接液體儲存容器，將甲醇送入第二氣化管路中；第二氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而後通過點火機構點火燃燒；或者，第二氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達到自燃點，甲醇從第二氣化管路輸出後直接自燃。
[0071]【步驟SI】通過泵體將原料從原料儲存容器中抽出，進入原料輸送通道。
[0072]【步驟S2】原料輸送通道的一部分設置於熱量回收裝置中，熱量回收裝置輸出從重整室排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體，利用排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體為原料輸送通道內的原料甲醇水混合液加熱。
[0073]【步驟S3】經過熱量回收裝置加熱的甲醇水混合液進入設置於重整室的外壁設有第一氣化管路，在第一氣化管路中被加熱氣化，進入重整室。
[0074]【步驟S4】被氣化的甲醇水在重整室內進行重整反應；重整室設有分流機構，將一部分製得的富氫氣體輸出；同時將一部分製得的富氫氣體輸送至燃燒室，燃燒室內通過燃燒氣化的甲醇或/和富氫氣體或/和尾氣放熱，為重整室加熱；重整室設有限流閥，輸送至燃燒室的富氫氣體通過限流閥控制。
[0075]實施例二
[0076]本實施例與實施例一的區別在於，本實施例中，富氫機的原料為乙醇及水。
[0077]綜上所述，本實用新型提出的`富氫機及其製備富氫的方法，可提高富氫的製備效率，節約能源；本實用新型富氫機可以設計成很小的體積，方便移動。同時，富氫機可以快速啟動，且無需大量的其他能源(如電能等)。
[0078]這裡本實用新型的描述和應用是說明性的，並非想將本實用新型的範圍限制在上述實施例中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本實用新型的精神或本質特徵的情況下，本實用新型可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本實用新型範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。
【權利要求】
1.一種富氫機，其特徵在於，所述富氫機包括:原料輸送通道、熱量回收裝置、重整室、燃燒室； 所述原料輸送通道的一部分設置於熱量回收裝置中，熱量回收裝置輸出從重整室排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體，利用排出的高溫餘氣或/和高溫富氫氣體為原料輸送通道內的原料醇水混合液加熱； 所述重整室的外壁設有第一氣化管路，經過熱量回收裝置加熱的醇水混合液在第一氣化管路中被加熱氣化，進入重整室重整； 所述重整室還設有分流機構，用以將一部分製得的富氫氣體輸出，同時將一部分製得的富氫氣體輸送至燃燒室，燃燒供熱；重整室設有能量分配閥，輸送至燃燒室的富氫氣體通過能量分配閥控制； 所述燃燒室設置於重整室的外部，燃燒室內通過燃燒氣化的醇或/和富氫氣體或/和尾氣放熱，為重整室加熱。
2.根據權利要求1所述的富氫機，其特徵在於: 所述加熱啟動裝置用來在富氫機冷啟動時加熱醇，直至醇氣化，利用氣化的醇燃燒放熱，作為富氫機的啟動能源； 所述加熱啟動裝置包括加熱機構、第二氣化管路，氣化管路的內徑為I?2mm，第二氣化管路緊密地纏繞於加熱機構上； 所述第二氣化管路的一端連接液體儲存容器，將醇送入第二氣化管路中；第二氣化管路的另一端輸出被氣化的醇，而後通過點火機構點火燃燒；或者，第二氣化管路的另一端輸出被氣化的醇，且輸出的醇溫度達到自燃點，醇從第二氣化管路輸出後直接自燃。
3.根據權利要求1所述的富氫機，其特徵在於: 所述原料輸送通道包括一段或多段螺旋管，同時，原料輸送通道位於熱量回收裝置中的部分由一根管路分成一束直徑更小的管路，使得醇水混合液加熱更加充分。
4.根據權利要求1所述的富氫機，其特徵在於: 所述富氫機還包括保溫層，該保溫層設置於燃燒室的外部，將燃燒室包裹，用以保持燃燒室的高溫，減少外界對燃燒室的溫度幹擾。
5.根據權利要求1所述的富氫機，其特徵在於: 所述重整室內還設有熱電偶，用以感應重整室的溫度，並反饋至富氫機的電控系統，用以控制重整室的溫度。
6.根據權利要求1所述的富氫機，其特徵在於: 所述燃燒室將重整室包裹；燃燒室設有進風口，進風口處設有風機，將空間吹入燃燒室內。
【文檔編號】C01B3/38GK203593616SQ201320776423
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】向華, 向得夫, 孫婧菁 申請人:上海合既得動氫機器有限公司