富氢的制造方法
【专利摘要】本实用新型揭示了一种富氢机，富氢机包括原料输送通道、热量回收装置、重整室、燃烧室；原料输送通道的一部分设置于热量回收装置中，热量回收装置输出从重整室排出的高温余气、富氢气体，利用排出的高温余气、富氢气体为原料加热；所述重整室的外壁设有第一气化管路，经过热量回收装置加热的甲醇水混合液在第一气化管路中被加热气化，进入重整室重整；重整室还设有分流机构，用以将一部分制得的富氢气体输出，同时将一部分制得的富氢气体输送至燃烧室；所述燃烧室设置于重整室的外部，燃烧室内通过燃烧气化的甲醇或/和富氢气体或/和尾气放热，为重整室加热。本实用新型可提高富氢的制备效率，节约能源。
【专利说明】富氢机
【技术领域】
[0001]本实用新型属于氢气制备【技术领域】，涉及一种氢气制备装置，尤其涉及一种富氢机；同时，本实用新型还涉及一种利用富氢机制备富氢的方法。
【背景技术】
[0002]在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。
[0003]氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500°C，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。
[0004]在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70%为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
[0005]氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。
[0006]氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了 110公里。
[0007]用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4%的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40 %，而且无需对汽油发动机作多大的改进。
[0008]氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。
[0009]另外，使用氢一氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。[0010]现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4%的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氢新方法。而用甲醇、水重整制氢可减少化工生产中的能耗和降低成本，有望替代被称为“电老虎”的“电解水制氢”的工艺，利用先进的甲醇蒸气重整——变压吸附技术制取纯氢和富含CO2的混合气体，经过进一步的后处理，可同时得到氢气和二氧化碳气。
[0011]甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下:
[0012]CH3OH → C0+2H2(I)
[0013]H2CHCO → C02+H2(2)
[0014]CH30H+H20 → C02+3H2 (3)
[0015]重整反应生成的H2和CO2,再经过钯膜分离将H2和CO2分离，得到高纯氢气。变压吸附法的耗能高、设备大，且不适合小规模的氢气制备。
[0016]现有的制氢设备，冷启动通常需要很长时间，一般至少在5小时以上，有的设备甚至需要1天时间启动。而热启动需要耗费大量能源，使重整室(通常需要400°C以上)等设备处于高温状态。
[0017]因此，如何使制氢设备既实现快速冷启动、又能保证节约能源(还需要实用性强)是目前业界需要迫切解决的问题。
实用新型内容
[0018]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种富氢机，可提高富氢的制备效率，节约能源。
[0019]此外，本实用新型还提供一种利用富氢机制备富氢的方法，可提高富氢的制备效率，节约能源。
[0020]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0021]一种富氢机，所述富氢机包括:加热启动装置、精密流量泵、原料输送通道、热量回收装置、重整室、燃烧室、保温层；
[0022]所述加热启动装置用来在富氢机冷启动时加热甲醇，直至甲醇气化，利用气化的甲醇燃烧放热，作为富氢机的启动能源；所述加热启动装置包括加热机构、第二气化管路，气化管路的内径为1~2mm，第二气化管路紧密地缠绕于加热机构上；所述第二气化管路的一端连接液体储存容器，将甲醇送入第二气化管路中；第二气化管路的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第二气化管路的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第二气化管路输出后直接自燃；
[0023]所述精密流量泵连接原料输送通道，原料输送通道的一部分设置于热量回收装置中，热量回收装置输出从重整室排出的高温余气或/和高温富氢气体，利用排出的高温余气或/和高温富氢气体为原料输送通道内的原料甲醇水混合液加热；原料输送通道包括一段或多段螺旋管，同时，原料输送通道位于热量回收装置中的部分由一根管路分成一束直径更小的管路，使得甲醇水混合液加热更加充分；[0024]所述重整室的外壁设有第一气化管路，经过热量回收装置加热的甲醇水混合液在第一气化管路中被重整室外壁的高温加热气化，进入重整室重整；
[0025]所述重整室内存放催化剂，用于重整反应；重整室还设有分流机构，用以将一部分制得的富氢气体输出，同时将一部分制得的富氢气体输送至燃烧室，燃烧供热；重整室设有限流阀(能量分配阀)，输送至燃烧室的富氢气体通过限流阀控制；
[0026]所述燃烧室设置于重整室的外部，将重整室包裹；燃烧室内通过燃烧气化的甲醇或/和富氢气体或/和尾气放热，为重整室加热；燃烧室设有进风口，进风口处设有风机，将空间吹入燃烧室内；
[0027]所述保温层设置于燃烧室的外部，将燃烧室包裹，用以保持燃烧室的高温，减少外界对燃烧室的温度干扰；
[0028]所述重整室内还设有热电偶,用以感应重整室的温度,并反馈至富氢机的电控系统，用以控制重整室的温度。
[0029]一种富氢机，所述富氢机包括:原料输送通道、热量回收装置、重整室、燃烧室；
[0030]所述原料输送通道的一部分设置于热量回收装置中，热量回收装置输出从重整室排出的高温余气或/和高温富氢气体，利用排出的高温余气或/和高温富氢气体为原料输送通道内的原料醇水混合液加热；
[0031]所述重整室的外壁设有第一气化管路，经过热量回收装置加热的醇水混合液在第一气化管路中被加热气化，进入重整室重整；
[0032]所述重整室内存放催化剂，用于重整反应；重整室还设有分流机构，用以将一部分制得的富氢气体输出，同时将一部分制得的富氢气体输送至燃烧室，燃烧供热；重整室设有限流阀(能量分配阀)，输送至燃烧室的富氢气体通过限流阀控制；
[0033]所述燃烧室设置于重整室的外部，燃烧室内通过燃烧气化的醇或/和富氢气体或/和尾气放热，为重整室加热。
[0034]作为本实用新型的一种优选方案，所述加热启动装置用来在富氢机冷启动时加热醇(如可以为甲醇或乙醇)，直至醇气化，利用气化的醇燃烧放热，作为富氢机的启动能源；
[0035]所述加热启动装置包括加热机构、第二气化管路，气化管路的内径为I?2mm，第二气化管路紧密地缠绕于加热机构上；
[0036]所述第二气化管路的一端连接液体储存容器，将醇送入第二气化管路中；第二气化管路的另一端输出被气化的醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第二气化管路的另一端输出被气化的醇，且输出的醇温度达到自燃点，醇从第二气化管路输出后直接自燃。
[0037]作为本实用新型的一种优选方案，所述原料输送通道包括一段或多段螺旋管，同时，原料输送通道位于热量回收装置中的部分由一根管路分成一束(若干根)直径更小的管路，使得醇水混合液加热更加充分。
[0038]作为本实用新型的一种优选方案，所述富氢机还包括保温层，该保温层设置于燃烧室的外部，将燃烧室包裹，用以保持燃烧室的高温，减少外界对燃烧室的温度干扰。
[0039]作为本实用新型的一种优选方案，所述重整室内还设有热电偶，用以感应重整室的温度，并反馈至富氢机的电控系统，用以控制重整室的温度。
[0040]作为本实用新型的一种优选方案，所述燃烧室将重整室包裹；燃烧室设有进风口，进风口处设有风机，将空间吹入燃烧室内。[0041]一种利用上述富氢机制备富氢的方法，所述方法包括如下步骤:
[0042]通过泵体将原料从原料储存容器中抽出，进入原料输送通道；
[0043]原料输送通道的一部分设置于热量回收装置中，热量回收装置输出从重整室排出的高温余气或/和高温富氢气体，利用排出的高温余气或/和高温富氢气体为原料输送通道内的原料醇水混合液加热；
[0044]经过热量回收装置加热的醇水混合液进入设置于重整室的外壁设有第一气化管路，在第一气化管路中被加热气化，进入重整室；
[0045]被气化的醇水在重整室内进行重整反应；重整室设有分流机构,将一部分制得的富氢气体输出；同时将一部分制得的富氢气体输送至燃烧室，燃烧室内通过燃烧气化的醇或/和富氢气体或/和尾气放热，为重整室加热；重整室设有限流阀(能量分配阀)，输送至燃烧室的富氢气体通过限流阀控制。
[0046]作为本实用新型的一种优选方案，所述方法还包括富氢机冷启动步骤；在富氢机冷启动时，加热启动装置加热醇，直至醇气化，利用气化的醇燃烧放热，作为富氢机的启动能源；
[0047]所述加热启动装置包括加热机构、第二气化管路，气化管路的内径为I?2mm，第二气化管路紧密地缠绕于加热机构上；
[0048]所述第二气化管路的一端连接液体储存容器，将醇送入第二气化管路中；第二气化管路的另一端输出被气化的醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第二气化管路的另一端输出被气化的醇，且输出的醇温度达到自燃点，醇从第二气化管路输出后直接自燃。
[0049]本实用新型的有益效果在于:本实用新型提出的富氢机及其制备富氢的方法，可提高富氢的制备效率，节约能源；本实用新型富氢机可以设计成很小的体积，方便移动。同时，富氢机可以快速启动，且无需大量的其他能源(如电能等)。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1为本实用新型富氢机的组成示意图；
[0051]图2为本实用新型利用富氢机制备富氢的过程图。
【具体实施方式】
[0052]下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
[0053]实施例一
[0054]请参阅图1，本实用新型揭示了一种富氢机，可以制得氢气含量在25?35%的富氢气体。所述富氢机包括:加热启动装置1、精密流量泵2、原料输送通道4、热量回收装置3、重整室5、燃烧室7、保温层8。
[0055]所述加热启动装置I用来在富氢机冷启动时加热甲醇(也可以为乙醇等其他醇类)，直至甲醇气化，利用气化的甲醇燃烧放热，作为富氢机的启动能源。所述加热启动装置I包括加热机构、第二气化管路，气化管路的内径为I?2mm，第二气化管路紧密地缠绕于加热机构上。所述第二气化管路的一端连接液体储存容器，将甲醇送入第二气化管路中；第二气化管路的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第二气化管路的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第二气化管路输出后直接自燃。
[0056]所述精密流量泵2连接原料输送通道4，原料输送通道4的一部分设置于热量回收装置3中，热量回收装置3输出从重整室5排出的高温余气或/和高温富氢气体，利用排出的高温余气或/和高温富氢气体为原料输送通道4内的原料甲醇水混合液加热。原料输送通道4包括一段或多段螺旋管，同时，原料输送通道4位于热量回收装置3中的部分由一根管路分成一束(若干根)直径更小的管路(一束管路的直径与一根管路的直径相当)，使得甲醇水混合液加热更加充分。本实施例中，原料输送通道4在进入热量回收装置3之前，管路直径为6~8_，进入热量回收装置3后，管路被分为若干根直径为I~3_的管路，这样设计可以进一步提高热交换效率，从而使甲醇水混合液加热更加充分。
[0057]所述重整室5的外壁设有第一气化管路6，经过热量回收装置3加热的甲醇水混合液在第一气化管路6中被重整室5外壁的高温加热气化，而后进入重整室5重整。
[0058]所述重整室5内存放催化剂，用于重整反应。重整室5还设有分流机构，用以将一部分制得的富氢气体输出存储或使用，同时将一部分制得的富氢气体输送至燃烧室7，燃烧供热；重整室5设有限流阀(能量分配阀)11，输送至燃烧室7的富氢气体通过限流阀11控制。
[0059]所述燃烧室7设置于重整室5的外部，将重整室5包裹；燃烧室7内通过燃烧气化的甲醇或/和富氢气体或/和尾气放热，为重整室5加热；燃烧室7设有进风口 10，进风口10处设有风机，将空间吹入燃烧室7内。
[0060]所述保温层8设置于燃烧室7的外部，将燃烧室7包裹，用以保持燃烧室7的高温，减少外界对燃烧室7的温度干扰。
[0061]所述重整室5内还设有热电偶9，用以感应重整室5的温度，并反馈至富氢机的电控系统，用以控制重整室5的温度。
[0062]富氢机的运行条件:重整室内催化剂燃烧腔温度达到400°C以上，如设定为400°C(催化剂在400左右时催化效率最好)。刚启动时，由加热启动装置通过气化甲醇，使甲醇燃烧的方式为重整室加热。待重整室产生大量氢气后，加热启动装置停止运行；由泵入的醇水混合液(60%甲醇)经重整室的反应炉反应产生氢气后分流一部分用于重整室的加热，提供反应炉所需热量。
[0063]上述富氢机的启动及运行过程包括如下步骤:
[0064]1、加热启动装置进行预热五分钟后，把甲醇泵入加热装置中使之汽化从而通往燃烧腔进行燃烧加热富氢机；
[0065]2、加热至一定温度后，泵入醇水混合液，通过气化盘管加热汽化成气体通往重整室的反应腔，由这些蒸汽带动反应腔内催化剂温度的上升；蒸汽经过反应腔后一部分通过限流阀到达燃烧腔进行燃烧加热；
[0066]3、加热启动装置加热至一定温度，反应腔内开始进行重整反应产生大量氢气，停止对加热装置的加热以及甲醇的泵入；用反应产生的氢气及其它混合气分流一部分经过限流阀通往燃烧腔燃烧用于设备的运行加热，另一部分由管道接往外部使用。
[0067]以上介绍了本实用新型富氢机的组成，本实用新型在揭示上述富氢机的同时，还揭示一种利用上述富氢机制备富氢的方法，所述方法包括如下步骤:
[0068]【步骤SO】富氢机冷启动步骤；在富氢机冷启动时，加热启动装置加热甲醇，直至甲醇气化，利用气化的甲醇燃烧放热，作为富氢机的启动能源；当富氢机制得大量的氢气后则停止加热启动装置的运行。
[0069]所述加热启动装置包括加热机构、第二气化管路，气化管路的内径为I~2mm，第二气化管路紧密地缠绕于加热机构上；
[0070]所述第二气化管路的一端连接液体储存容器，将甲醇送入第二气化管路中；第二气化管路的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第二气化管路的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第二气化管路输出后直接自燃。
[0071]【步骤SI】通过泵体将原料从原料储存容器中抽出，进入原料输送通道。
[0072]【步骤S2】原料输送通道的一部分设置于热量回收装置中，热量回收装置输出从重整室排出的高温余气或/和高温富氢气体，利用排出的高温余气或/和高温富氢气体为原料输送通道内的原料甲醇水混合液加热。
[0073]【步骤S3】经过热量回收装置加热的甲醇水混合液进入设置于重整室的外壁设有第一气化管路，在第一气化管路中被加热气化，进入重整室。
[0074]【步骤S4】被气化的甲醇水在重整室内进行重整反应；重整室设有分流机构，将一部分制得的富氢气体输出；同时将一部分制得的富氢气体输送至燃烧室，燃烧室内通过燃烧气化的甲醇或/和富氢气体或/和尾气放热，为重整室加热；重整室设有限流阀，输送至燃烧室的富氢气体通过限流阀控制。
[0075]实施例二
[0076]本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，富氢机的原料为乙醇及水。
[0077]综上所述，本实用新型提出的`富氢机及其制备富氢的方法，可提高富氢的制备效率，节约能源；本实用新型富氢机可以设计成很小的体积，方便移动。同时，富氢机可以快速启动，且无需大量的其他能源(如电能等)。
[0078]这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
【权利要求】
1.一种富氢机，其特征在于，所述富氢机包括:原料输送通道、热量回收装置、重整室、燃烧室； 所述原料输送通道的一部分设置于热量回收装置中，热量回收装置输出从重整室排出的高温余气或/和高温富氢气体，利用排出的高温余气或/和高温富氢气体为原料输送通道内的原料醇水混合液加热； 所述重整室的外壁设有第一气化管路，经过热量回收装置加热的醇水混合液在第一气化管路中被加热气化，进入重整室重整； 所述重整室还设有分流机构，用以将一部分制得的富氢气体输出，同时将一部分制得的富氢气体输送至燃烧室，燃烧供热；重整室设有能量分配阀，输送至燃烧室的富氢气体通过能量分配阀控制； 所述燃烧室设置于重整室的外部，燃烧室内通过燃烧气化的醇或/和富氢气体或/和尾气放热，为重整室加热。
2.根据权利要求1所述的富氢机，其特征在于: 所述加热启动装置用来在富氢机冷启动时加热醇，直至醇气化，利用气化的醇燃烧放热，作为富氢机的启动能源； 所述加热启动装置包括加热机构、第二气化管路，气化管路的内径为I?2mm，第二气化管路紧密地缠绕于加热机构上； 所述第二气化管路的一端连接液体储存容器，将醇送入第二气化管路中；第二气化管路的另一端输出被气化的醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第二气化管路的另一端输出被气化的醇，且输出的醇温度达到自燃点，醇从第二气化管路输出后直接自燃。
3.根据权利要求1所述的富氢机，其特征在于: 所述原料输送通道包括一段或多段螺旋管，同时，原料输送通道位于热量回收装置中的部分由一根管路分成一束直径更小的管路，使得醇水混合液加热更加充分。
4.根据权利要求1所述的富氢机，其特征在于: 所述富氢机还包括保温层，该保温层设置于燃烧室的外部，将燃烧室包裹，用以保持燃烧室的高温，减少外界对燃烧室的温度干扰。
5.根据权利要求1所述的富氢机，其特征在于: 所述重整室内还设有热电偶，用以感应重整室的温度，并反馈至富氢机的电控系统，用以控制重整室的温度。
6.根据权利要求1所述的富氢机，其特征在于: 所述燃烧室将重整室包裹；燃烧室设有进风口，进风口处设有风机，将空间吹入燃烧室内。
【文档编号】C01B3/38GK203593616SQ201320776423
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】向华, 向得夫, 孙婧菁 申请人:上海合既得动氢机器有限公司