利用即时制得的氢气进行发电的系统及方法
【专利摘要】本发明揭示了一种利用即时制得的氢气进行发电的系统及方法，所述系统包括制氢子系统、发电子系统、收集利用子系统，制氢子系统、发电子系统、收集利用子系统依次连接；制氢子系统利用甲醇水制备氢气，将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统用于发电；收集利用子系统连接发电子系统的排气通道出口，从排出的气体中收集氢气，或利用收集到的氢气供制氢子系统或/和发电子系统使用。本发明可收集发电子系统排出的余气，并从中提取出氢气、氧气、水，氢气、氧气可以燃烧放热，为发电子系统提供热能，水可以传输至制氢子系统循环利用，系统不需要额外的水源。本发明可以提高系统发电的效率，节省能源。
【专利说明】利用即时制得的氢气进行发电的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于氢气制备及应用【技术领域】，涉及一种氢气发电系统，尤其涉及一种利用即时制得的氢气进行发电的系统；同时，本发明还揭示一种利用即时制得的氢气进行发电的方法。
【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]现有的氢气制备及发电系统中，氢气发电机会排出一些余气，主要包括尚未充分反应的氢气、氧气、水蒸气等，如今是将这些气体排出，而其中的氢气是危险气体，存在一定的安全隐患。同时，这些气 体是有一定利用价值的。
[0017]此外，现有的氢气发电系统，通常是利用已经制备好的氢气发电，即制备氢气与氢气发电是分离的。首先利用制氢设备制备氢气，将氢气放置于氢气缓冲罐中，而后通过氢气缓冲罐中的氢气发电。氢气缓冲罐的体积较为庞大，不便携带，移动性较差，从而制约了氢气制备及发电设备的便携性。
[0018]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的氢气发电系统，以便克服现有氢气发电系统的上述缺陷。
【发明内容】
[0019]本发明所要解决的技术问题是:提供一种利用即时制得的氢气进行发电的系统，可有效利用发电子系统后的余气，提高系统的效率。
[0020]此外，本发明还提供一种利用即时制得的氢气进行发电的方法，可有效利用发电子系统后的余气，提闻系统的效率。
[0021]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0022]一种利用即时制得的氢气进行发电的系统，所述系统包括:制氢子系统、气压调节子系统、发电子系统、收集利用子系统，制氢子系统、气压调节子系统、发电子系统、收集利用子系统依次连接；
[0023]所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，所述制氢子系统包括固态氢气储存容器、液体储存容器、原料输送装置、制氢设备、膜分离装置；
[0024]所述制氢设备包括换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的里面；
[0025]所述固态氢气储存容器、液体储存容器分别与制氢设备连接；液体储存容器中储存有液态的甲醇和水；
[0026]所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气通过燃烧放热，为制氢设备提供启动热能，作为制氢设备的启动能源；
[0027]所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；
[0028]气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300°C?420°C ；
[0029]所述重整室上部的温度为400°C?570°C ;重整室与分离室通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，能通过重整室上部的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近；
[0030]所述分离室内的温度设定为350°C?570°C ;分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；
[0031]所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；所述原料输送装置向原料提供0.15?5MPa的压强，使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强；
[0032]所述制氢设备启动制氢后，制氢设备制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氢设备运行；
[0033]所述制氢设备制得的氢气输送至膜分离装置进行分离，用于分离氢气的膜分离装置的内外压强之差大于等于0.7M Pa ；
[0034]所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%?78%，银占22%?25% ；
[0035]所述制氢子系统将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统；所述传输管路设有气压调节子系统，用于调整传输管路中的气压；所述发电子系统利用制氢子系统制得的氢气发电；
[0036]所述气压调节子系统包括微处理器、气体压力传感器、阀门控制器、出气阀、出气管路；所述气体压力传感器设置于传输管路中，用以感应传输管路中的气压数据，并将感应的气压数据发送至微处理器；所述微处理器将从气体压力传感器接收的该气压数据与设定阈值区间进行比对；当接收到的压力数据高于设定阈值区间的最大值，微处理器控制阀门控制器打开出气阀设定时间，使得传输管路中气压处于设定范围，同时出气管路的一端连接出气阀，另一端连接所述制氢子系统，通过燃烧为制氢子系统的需加热设备进行加热；当接收到的压力数据低于设定阈值区间的最小值，微处理器控制所述制氢子系统加快原料的输送速度；
[0037]所述收集利用子系统连接发电子系统的排气通道出口，从排出的气体中分别收集氢气、氧气、水，利用收集到的氢气、氧气供制氢子系统或/和发电子系统使用，收集到的水作为制氢子系统的原料，从而循环使用；
[0038]所述收集利用子系统包括氢氧分离器、氢水分离器、氢气止回阀、氧水分离器、氧气止回阀，将氢气与氧气分离，而后分别将氢气与水分离、氧气与水分离。
[0039]一种利用即时制得的氢气进行发电的系统，所述系统包括:制氢子系统、发电子系统、收集利用子系统，制氢子系统、发电子系统、收集利用子系统依次连接；
[0040]所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统用于发电；
[0041]所述收集利用子系统连接发电子系统的排气通道出口，从排出的气体中收集氢气，或利用收集到的氢气供制氢子系统或/和发电子系统使用。
[0042]作为本发明的一种优选方案，所述收集利用子系统包括氢水分离器、氢气止回阀，发电子系统的排气通道出口连接氢水分离器的入口，氢水分离器出口处连接的管路内设有氢气止回阀；所述氢水分离器用于分离氢气与水。
[0043]作为本发明的一种优选方案，所述收集利用子系统还包括氢氧分离器，用于分离氢气及氧气；氢氧分离器设置于所述发电子系统排气通道出口与氢水分离器之间。
[0044]作为本发明的一种优选方案，所述收集利用子系统还包括氧水分离器、氧气止回阀，用于收集氧气；
[0045]所述收集利用子系统收集的氢气与氧气供制氢子系统或/和发电子系统使用。
[0046]作为本发明的一种优选方案，所述收集利用子系统包括气水分离器，将收集到的水输送至制氢子系统，从而循环利用。
[0047]一种上述系统的制氢发电方法，所述制氢发电方法包括如下步骤:
[0048]所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统；
[0049]所述发电子系统利用制氢子系统制得的氢气发电；
[0050]所述收集利用子系统连接发电子系统的排气通道出口，从排出的气体中收集氢气，或利用收集到的氢气供制氢子系统或/和发电子系统使用。
[0051]作为本发明的一种优选方案，所述方法还包括:氧气收集利用步骤，通过收集利用子系统收集氧气；将收集到的氢气和氧气供制氢子系统或/和发电子系统使用。
[0052]作为本发明的一种优选方案，所述方法还包括:水收集利用步骤，通过收集利用子系统收集水，将收集到的水输送至制氢子系统，从而循环利用。
[0053]本发明的有益效果在于:本发明提出的利用即时制得的氢气进行发电的系统及方法，可收集发电子系统排出的余气，并从中提取出氢气、氧气、7jC，氢气、氧气可以燃烧放热，为发电子系统提供热能，水可以传输至制氢子系统循环利用，系统不需要额外的水源。本发明可以提高系统发电的效率，节省能源。
[0054]此外，本发明还可以利用即时制备的氢气发电，无需氢气缓冲罐，通过气压调节子系统调整传输管路中的氢气气压；由于气压调节子系统的体积很小，因而能够进一步提高制氢发电系统的便携性、可移动性。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]图1为实施例一中本发明即时制氢发电系统的组成示意图。
[0056]图2为实施例一中收集利用子系统的工作示意图。
[0057]图3为实施例二中本发明即时制氢发电系统的组成示意图。
[0058]图4为实施例三中制氢子系统的组成示意图。
[0059]图5为实施例四中制氢子系统的组成示意图。[0060]图6为实施例四中第一启动装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0061]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0062]实施例一
[0063]请参阅图1，本发明揭示了一种利用即时制得的氢气进行发电的系统，所述系统包括:制氢子系统100、发电子系统300、收集利用子系统400,制氢子系统100、发电子系统200、收集利用子系统400依次连接；
[0064]所述制氢子系统100利用甲醇水制备氢气,将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统300用于发电；
[0065]所述收集利用子系统400连接发电子系统300的排气通道出口，从排出的气体中收集氢气，或利用收集到的氢气供制氢子系统100或/和发电子系统300使用。
[0066]如图2所示，所述收集利用子系统400包括氢水分离器401、氢气止回阀402，发电子系统300的排气通道出口连接氢水分离器401的入口，氢水分离器401出口处连接的管路内设有氢气止回阀402，防止氢气倒灌；所述氢水分离器401用于分离氢气与水。此外，所述收集利用子系统还包括氢氧分离器，用于分离氢气及氧气；氢氧分离器设置于所述发电子系统排气通道出口与氢水分尚器之间。
[0067]本实施例中，所述收集利用子系统400还包括氧水分离器411、氧气止回阀412,用于收集氧气。所述收集利用子系统400收集的氢气与氧气供制氢子系统100使用，也可以供发电子系统300使用。此外，收集到的氧气可以存放于设定容器中，供人们吸氧；收集到的水可以供人们饮用。
[0068]由于所述收集利用子系统包括气水分离器(如上述氢水分离器、氧水分离器)，因此可以收集到水(比原料中的水分还要多若干倍，因为甲醇中也含有氢原子，制得氢气后与氧气反应得到水)，将水输送至制氢子系统100，原料水可以循环利用，无需另外添加。
[0069]因此，本发明系统可以从发电子系统的余气中收集氢气、氧气、水等有用物质，可以提高系统的发电效率，同时节省原料(水)。
[0070]实施例二
[0071]本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，请参阅图3，本发明即时制氢发电系统包括制氢子系统100、气压调节子系统200、发电子系统300，制氢子系统100、气压调节子系统200、发电子系统300依次连接。所述制氢子系统100利用甲醇水制备氢气，将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统300 ;所述传输管路设有气压调节子系统200,用于调整传输管路中的气压；所述发电子系统300利用制氢子系统制得的氢气发电。
[0072]所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，所述制氢子系统包括固态氢气储存容器、液体储存容器、原料输送装置、制氢设备、膜分离装置。
[0073]如图3所示，所述气压调节子系统200包括微处理器21、气体压力传感器22、阀门控制器23、出气阀24、出气管路25。所述气体压力传感器22设置于传输管路中，用以感应传输管路中的气压数据，并将感应的气压数据发送至微处理器21 ;所述微处理器21将从气体压力传感器22接收的该气压数据与设定阈值区间进行比对，并以此控制出气阀24的开关。当接收到的压力数据高于设定阈值区间的最大值，微处理器21控制阀门控制器23打开出气阀设定时间，使得传输管路中气压处于设定范围.优选地，出气管路25的一端连接出气阀24，另一端连接所述制氢子系统100，通过燃烧为制氢子系统100的需加热设备(如重整室)进行加热；当接收到的压力数据低于设定阈值区间的最小值，微处理器21控制所述制氢子系统100加快原料的输送速度，从而提高制氢速度。
[0074]以上介绍了本发明即时制氢发电系统，本发明在揭示上述即时制氢发电系统的同时，还揭示一种上述即时制氢发电系统的发电方法，所述发电方法包括:
[0075]【步骤SI】所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统。
[0076]所述制氢子系统制备氢气的过程包括:
[0077]固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气通过燃烧放热，为制氢设备提供启动热能，作为制氢设备的启动能源；
[0078]所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；所述原料输送装置向原料提供0.15~5M Pa的压强，使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强；
[0079]制氢设备制备氢气；
[0080]所述制氢设备制得的氢气输送至膜分离装置进行分离，用于分离氢气的膜分离装置的内外压强之差大于等于0.7M Pa (如1.1MPa)。
[0081]【步骤S2】所述传输管路设有气压调节子系统，调整传输管路中的气压；所述气体压力传感器设置于传输管路中，感应传输管路中的气压数据，并将感应的气压数据发送至微处理器；所述微处理器根据所述气体压力传感器感应的气压数据控制出气阀的开关。
`[0082]所述气压调节子系统进行气压调节时具体包括:所述微处理器将所述气体压力传感器感应的气压数据与设定阈值区间进行比对；当接收到的压力数据高于设定阈值区间的最大值，微处理器控制阀门控制器打开出气阀设定时间，使得传输管路中气压处于设定范围；当接收到的压力数据低于设定阈值区间的最小值，微处理器控制所述制氢子系统加快原料的输送速度。
[0083]【步骤S3】所述发电子系统利用制氢子系统制得的氢气发电。
[0084]实施例三
[0085]本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，请参阅图4，所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，所述制氢子系统包括固态氢气储存容器80、液体储存容器10、原料输送装置50、制氢设备20、膜分离装置30。
[0086]所述固态氢气储存容器80、液体储存容器10分别与制氢设备20连接；液体储存容器10中储存有液态的甲醇和水，所述固态氢气储存容器80中储存固态氢气。
[0087]当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气储存容器80中的固态氢气转换为气态氢气，气态氢气通过燃烧放热，为制氢设备20提供启动热能，作为制氢设备20的启动能源。当然，固态氢气储存容器80不是本发明的必要设备，可以通过其他能源启动制氢设备20。
[0088]所述原料输送装置50提供动力，将液体储存容器10中的原料输送至制氢设备20 ；所述原料输送装置50向原料提供0.15~5M Pa的压强(如提供0.2M Pa或1.1M Pa或1.2MPa或1.5M Pa或5M Pa的压强)，使得制氢设备20制得的氢气具有足够的压强。所述制氢设备20启动制氢后，制氢设备20制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氢设备20运行(当然，制氢设备20的运行还可以通过其他能源)。
[0089]所述制氢设备20制得的氢气输送至膜分离装置30进行分离，用于分离氢气的膜分离装置30的内外压强之差大于等于0.7M Pa (如膜分离装置30的内外压强为0.7M Pa或 1.1M Pa 或 1.2M Pa 或 1.5M Pa 或 5M Pa)。
[0090]本实施例中，所述膜分离装置30为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%~78%，银占22%~25%。所述膜分离装置30的制备工艺包括如下步骤:
[0091]步骤1、将多孔陶 瓷设置于磁控溅射装置的真空室内；
[0092]步骤2、利用磁控溅射装置的磁场产生机构产生磁场，使得金属靶产生偏差电流，金属靶作为负极，从而使多孔陶瓷表面带有磁层体；所述金属靶的材料为溅射贵重金属，所述贵重金属为钯银合金，质量百分比钯占75%~78%，银占22%~25% ；
[0093]步骤3、在金属靶产生偏差电流的同时，对磁控溅射装置的真空室进行加热，温度控制在350°C~800°C ；
[0094]步骤4、抽出真空室内的气体，当真空室内的真空度小于10_2Pa时，向真空室内充入设定浓度的氩气；
[0095]步骤5、向金属靶通入电流，进行溅射镀膜；金属靶产生的离子在电场的作用下加速飞向多孔陶瓷表面的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向多孔陶瓷表面；氩离子在电场的作用下加速轰击金属靶，溅射出大量的金属靶靶材原子或分子，呈中性的靶原子或分子沉积在多孔陶瓷表面上，形成I~15 μ m的贵重金属薄膜；
[0096]其中，在溅射镀膜的过程中还包括氩气浓度检测步骤；实时或者以设定时间间隔检测真空室内的氩气浓度，当氩气浓度低于设定阈值时自动打开氩气充气阀门，向真空室内充入氩气，直至真空室内的氩气浓度符合设定阈值范围；
[0097]在溅射镀膜的过程中还包括气压检测步骤；实时或者以设定时间间隔检测真空室内的气压，当真空室内的气压不在设定阈值区间，调整真空室内的气压至设定阈值区间；
[0098]步骤6、向真空室内通入大气，取出工件。
[0099]优选地，所述制氢设备包括换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的上部。
[0100]所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为350°C~409°C;所述重整室上部的温度为400°C~570°C;重整室与分离室通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，能通过重整室上部的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近；所述分离室内的温度设定为400°C~5700C ;分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气。
[0101]以上介绍了甲醇水制氢子系统的组成，本发明还揭示一种利用上述甲醇水制氢子系统的制氢方法，所述制氢方法包括:
[0102]【步骤O】所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气通过燃烧放热，为制氢设备提供启动热能，作为制氢设备的启动能源；
[0103]【步骤I】所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；所述原料输送装置向原料提供0.15~5M Pa的压强，使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强；
[0104]【步骤2】制氢设备制备氢气；具体包括:
[0105]所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；
[0106]气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300°C~420°C ；
[0107]所述重整室上部的温度为400°C~570°C ;重整室与分离室通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，能通过重整室上部的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近；
[0108]所述分离室内的温度设定为350°C~570°C ;分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气。
[0109]【步骤3】所述制氢设备制得的氢气输送至膜分离装置进行分离，用于分离氢气的膜分离装置的内外压强之差大于等于0.7M Pa ；
[0110]本实施例中，制氢子系统将分离室设置于重整室的上部，重整室上部相比中部及下部的温度较高，通过连接管路连接重整室与分离室，连接管路在输送的过程中能利用重整室上部的高温加热输送的气体，起到预热作用，同时加热方式非常便捷。在重整室与分离室之间的管路作为预热控温机构，可以对从重整室输出的气体进行加热，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近；从而可以分别保证重整室内催化剂的低温要求，以及分离室的高温要求，进而提高氢气制备效率。
[0111]实施例四
[0112]本实施例与实施例三的区别在于，本实施例中，制氢子系统不设置固态氢气储存容器80，请参阅图5，制氢子系统包括:液体储存容器10、原料输送装置50、快速启动装置、制氢设备20、膜分离装置30。所述快速启动装置为制氢设备提供启动能源；所述快速启动装置包括第一启动装置40、第二启动装置60。
[0113]如图6所不,所述第一启动装置40包括壳体41、第一加热机构42、第一气化管路43，第一气化管路43的内径为I~2mm，第一气化管路43紧密地缠绕于第一加热机构42上；第一加热机构42可以为电加热棒，利用交流电或蓄电池、干电池即可。
[0114]所述第一气化管路43的一端连接液体储存容器10，甲醇被送入第一气化管路43中；第一气化管路43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，第一气化管路43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，甲醇从第一气化管路43输出后直接自燃。
[0115]所述第二启动装置60包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第二气化管路为重整室加热(还可以为制氢系统其他单元加热)。第一气化管路43或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化。[0116]首先，需要第一气化管路43输出的甲醇加热第二气化管路，待第二气化管路可以持续产生气化的甲醇后设定时间，可以选择关闭第一启动装置40，而由第二气化管路输出的甲醇为第二气化管路加热；这样可以进一步减少对外部能源的依赖。
[0117]请参阅图6，为了提高制氢设备的加热速度，在所述制氢设备20的重整室内壁设有加热管路21，加热管路21内放有催化剂(如可以将加热温度控制在380°C~480°C);所述快速启动装置40通过加热所述加热管路21为重整室加热，可以提高加热效率。
[0118]所述制氢系统启动后，制氢系统通过制氢设备制得的氢气提供运行所需的能源；此时，可以关闭快速启动装置。
[0119]以上介绍了本发明甲醇水制氢系统的组成，本发明在揭示上述制氢系统的同时，还揭示一种上述甲醇水制氢系统的制氢方法,所述方法包括如下步骤:
[0120]【步骤SI】快速启动步骤；所述制氢系统利用快速启动装置提供启动能源启动。具体包括:
[0121]第一启动装置的第一加热机构通电设定时间，待第一加热机构达到设定温度后向第一气化管路通入甲醇；由于第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上，甲醇温度逐步升高；第一气化管路输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第一气化管路输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第一气化管路输出后直接自燃；
[0122]气化的甲醇通过燃烧放热，为制氢设备提供启动能源；同时，第一气化管路输出的甲醇燃烧还为第二启动装置的第二气化管路加热，将第二气化管路中的甲醇气化；
[0123]待第二气化管路中输出气化的甲醇后，关闭第一启动装置，由第二启动装置的第二气化管路输出的甲醇为重整室加热，同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热。`
[0124]【步骤S2】系统启动后，制氢系统通过制氢设备制得的氢气提供运行所需的能源；待制氢系统运行制得足够的氢气，关闭快速启动装置；由制氢设备制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氢设备运行。
[0125]综上所述，本发明提出的利用即时制得的氢气进行发电的系统及方法，可收集发电子系统排出的余气，并从中提取出氢气、氧气、水，氢气、氧气可以燃烧放热，为发电子系统提供热能，水可以传输至制氢子系统循环利用，系统不需要额外的水源。本发明可以提高系统发电的效率，节省能源。
[0126]这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明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，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明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】
1.一种利用即时制得的氢气进行发电的系统，其特征在于，所述系统包括:制氢子系统、气压调节子系统、发电子系统、收集利用子系统，制氢子系统、气压调节子系统、发电子系统、收集利用子系统依次连接； 所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，所述制氢子系统包括固态氢气储存容器、液体储存容器、原料输送装置、制氢设备、膜分离装置； 所述制氢设备包括换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的里面； 所述固态氢气储存容器、液体储存容器分别与制氢设备连接；液体储存容器中储存有液态的甲醇和水； 所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气通过燃烧放热，为制氢设备提供启动热能，作为制氢设备的启动能源； 所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化； 气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为 300。。~420。。； 所述重整室上部的温度 为400°C~570°C ;重整室与分离室通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，能通过重整室上部的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近； 所述分离室内的温度设定为350°C~570°C ;分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气； 所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；所述原料输送装置向原料提供0.15~5MPa的压强，使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强； 所述制氢设备启动制氢后，制氢设备制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氢设备运行； 所述制氢设备制得的氢气输送至膜分离装置进行分离，用于分离氢气的膜分离装置的内外压强之差大于等于0.7M Pa ； 所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%~78%，银占22%~25% ； 所述制氢子系统将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统；所述传输管路设有气压调节子系统，用于调整传输管路中的气压；所述发电子系统利用制氢子系统制得的氢气发电; 所述气压调节子系统包括微处理器、气体压力传感器、阀门控制器、出气阀、出气管路；所述气体压力传感器设置于传输管路中，用以感应传输管路中的气压数据，并将感应的气压数据发送至微处理器；所述微处理器将从气体压力传感器接收的该气压数据与设定阈值区间进行比对；当接收到的压力数据高于设定阈值区间的最大值，微处理器控制阀门控制器打开出气阀设定时间，使得传输管路中气压处于设定范围，同时出气管路的一端连接出气阀，另一端连接所述制氢子系统，通过燃烧为制氢子系统的需加热设备进行加热；当接收到的压力数据低于设定阈值区间的最小值，微处理器控制所述制氢子系统加快原料的输送速度； 所述收集利用子系统连接发电子系统的排气通道出口，从排出的气体中分别收集氢气、氧气、水，利用收集到的氢气、氧气供制氢子系统或/和发电子系统使用，收集到的水作为制氢子系统的原料，从而循环使用； 所述收集利用子系统包括氢氧分离器、氢水分离器、氢气止回阀、氧水分离器、氧气止回阀，将氢气与氧气分离，而后分别将氢气与水分离、氧气与水分离。
2.一种利用即时制得的氢气进行发电的系统，其特征在于，所述系统包括:制氢子系统、发电子系统、收集利用子系统，制氢子系统、发电子系统、收集利用子系统依次连接； 所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统用于发电； 所述收集利用子系统连接发电子系统的排气通道出口，从排出的气体中收集氢气，或利用收集到的氢气供制氢子系统或/和发电子系统使用。
3.根据权利要求2所述的利用即时制得的氢气进行发电的系统，其特征在于: 所述收集利用子系统包括氢水分离器、氢气止回阀，发电子系统的排气通道出口连接氢水分离器的入口，氢水分离器出口处连接的管路内设有氢气止回阀；所述氢水分离器用于分离氢气与水。
4.根据权利要求3所述的利用即时制得的氢气进行发电的系统，其特征在于: 所述收集利用子系统还包括氢氧分离器，用于分离氢气及氧气；氢氧分离器设置于所述发电子系统排气通道出口与氢水分离器`之间。
5.根据权利要求2所述的利用即时制得的氢气进行发电的系统，其特征在于: 所述收集利用子系统还包括氧水分离器、氧气止回阀，用于收集氧气； 所述收集利用子系统收集的氢气与氧气供制氢子系统或/和发电子系统使用。
6.根据权利要求2所述的利用即时制得的氢气进行发电的系统，其特征在于: 所述收集利用子系统包括气水分离器，将收集到的水输送至制氢子系统，从而循环利用。
7.—种权利要求1至6之一所述系统的制氢发电方法，其特征在于，所述制氢发电方法包括如下步骤: 所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统； 所述发电子系统利用制氢子系统制得的氢气发电； 所述收集利用子系统连接发电子系统的排气通道出口，从排出的气体中收集氢气，或利用收集到的氢气供制氢子系统或/和发电子系统使用。
8.根据权利要求7所述的制氢发电方法，其特征在于: 所述方法还包括:氧气收集利用步骤，通过收集利用子系统收集氧气；将收集到的氢气和氧气供制氢子系统或/和发电子系统使用。
9.根据权利要求7所述的制氢发电方法，其特征在于: 所述方法还包括:水收集利用步骤，通过收集利用子系统收集水，将收集到的水输送至制氢子系统，从而循环利用。
【文档编号】H01M8/06GK103618099SQ201310576419
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18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