一种氢气制备装置的制作方法

本发明涉及化工产业中的氢气制造领域，特别涉及一种氢气制备装置。

背景技术：

氢气在工业上的使用频率很高。现有技术中对于氢气的工业制备方法有多种：

①电解法将水电解得到氢气和氧气。氯碱工业电解食盐溶液制取氯气、烧碱时也生成副产物氢气。电解法能得到纯氢，但耗电量很高,每生产氢气1m3，耗电量达21.6～25.2mj。

②烃类裂解法此法得到的裂解气含大量氢气，氢气的含量视原料性质及裂解条件的不同而异。裂解气深冷分离得到纯度90％的氢气，可作为工业用氢，如作为石油化工中催化加氢的原料。

③烃类蒸汽转化法烃类在高温和催化剂存在下，可与水蒸气作用制成含氢的合成气。为了从合成气中得到纯氢，可采用分子筛通过变压吸附除去其他气体；也可采用膜分离得到纯氢；用金属钯吸附氢气，可分离出氢气体积达金属的1000倍。

④炼厂气石油炼厂生产过程中产生的各种含氢气体，如催化裂化、催化重整、石油焦化等过程产生的含氢气体，以及焦炉煤气(含氢45％～60％)经过深冷分离，可得到纯度较高的工业氢气。

但是上述方法均需要较大的场地空间，设备的体积也较为庞大，应用并不是太方便，而且耗费成本较大，对于一些独立实验室或小型施工场地等不太适用。而且，由于氢气具有高危性，故不易携带，为用户在一些小型场所内使用氢气时带来不便。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是，提供一种体型小巧，结构简洁且易携带的氢气制备装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种氢气制备装置，用于通过液态甲醇燃料制备氢气，所述氢气制备装置包括：

基壳；

催化器，设于所述基壳内,用于使气态甲醇燃料发生催化反应生成含有氢气的重整气,所述催化器连有加热器,所述加热器用于在所述催化器启动时升高其温度,以使进入所述催化器内的液态甲醇燃料转换为气态甲醇燃料；

提纯器，设于所述基壳内并与所述催化器相连，用于将所述重整气分离为废气和氢气；

换热器，设于所述基壳内并与所述催化器相连，液态甲醇燃料作为冷媒经所述换热器换热后进入所述催化器，所述换热器同时与所述提纯器相连，所述废气与氢气分别经所述换热器换热后分别排出；以及

控制器，其用于控制所述催化器、提纯器、换热器和加热器的运行。

作为优选，所述氢气制备装置还包括背压阀和与所述换热器相连的尾气处理器，所述换热器与背压阀的入口间连有第一管道，所述尾气处理器与背压阀的出口间连有第二管道，换热后的所述废气经所述第一管道进入所述背压阀降压后经所述第二管道进入所述尾气处理器处理形成烟气，所述烟气经所述换热器换热后排出。

作为优选，所述尾气处理器与所述加热器并排设置，所述催化器、提纯器、换热器以及尾气处理器叠摞设置。

作为优选，所述氢气制备装置还包括一箱体，所述加热器的一部分或全部与所述尾气处理器位于所述箱体内，所述箱体的一外侧面上布设有隔热棉，所述换热器与所述隔热棉相贴靠。

作为优选，所述催化器包括：

第一壳体；以及

多排催化管道，其设于所述第一壳体内，所述催化管道的内壁上涂覆有催化剂，位于同一排的多根所述催化管道依次首尾连接形成曲折的通道，相邻两排所述催化管道间通过连接管道相连通。

作为优选，所述尾气处理器包括：

第二壳体；以及

堇青石燃烧床，其设于所述第二壳体内，所述堇青石燃烧床包括由四块侧板依次连接围成的外框和多块间隔设于所述外框内并相互交叉形成网格状的板件，网格孔的轴线与所述第二壳体的底板相平行,所述网格孔的孔壁上设有用于催化废气进行燃烧反应的催化剂。

作为优选，所述第二壳体为横截面为长方形的立方体型，所述堇青石燃烧床设于所述第二壳体容腔的中部,且构成所述外框的其中一块所述侧板与所述第二壳体的底壁相贴靠，构成所述外框的另外两块相对的侧板分别与所述第二壳体容腔的两侧壁对应贴靠，以将所述第二壳体的容腔分隔为用于容置废气的第一子腔室和用于容置烟气的第二子腔室所述第二管道与所述第一子腔室相连,所述第一子腔室内设有多个拉西环和/或鲍尔环。

作为优选，所述换热器包括：

第三壳体，其为横截面为长方形的立方体型，所述第三壳体具有一腔室；以及

换热管，其为矩形管，所述换热管为多根且并排设于所述腔室内，所述换热管的两端分别与所述腔室的侧壁相连，所述换热管使所述腔室内形成供液态甲醇燃料流过的狭缝流道；所述腔室的侧壁上对应所述换热管的管口处均开设有通孔以分别形成所述换热器的入口和出口。

作为优选，所述提纯器包括两块压板和多个叠摞设置于两块所述压板间的提纯器单体，所述提纯器单体包括第一流道板、滤膜组件和第二流道板，所述第一流道板具有第一流道，所述第一流道的入口端与所述催化器相连用于引入重整气，所述滤膜组件用于分离出所述重整气中的氢气，形成的废气经所述第一流道的出口端排出，所述第二流道板具有用于接收并导出氢气的第二流道。

作为优选，所述加热器为电加热棒。

本发明的氢气制备装置的有益效果在于，体型小巧，结构简洁，不仅能够高效制备出氢气，且制备成本较低，同时便于用户携带。

附图说明

图1为本发明的氢气制备装置的外部结构示意图。

图2为本发明的氢气制备装置的内部结构示意图。

图3为本发明中的提纯器的结构示意图。

图4为本发明中的提纯器的部分结构分解图

图5为本发明中的催化器的结构剖视图。

图6为本发明中的尾气处理器的内部结构示意图。

图7为本发明中的换热器的立体结构示意图。

图8为本发明中的换热器的结构剖视图。

附图标记：

1-基壳；2-催化器；3-提纯器；4-换热器；5-尾气处理器；6-背压阀；7-加热器；8-第一管道；9-第二管道；10-箱体；11-隔热棉；12-压板；13-第一流道板；14-第二流道板；15-夹板；16-钯铜膜；17-第一壳体；18-催化管道；19-连接管道；20-第二壳体；21-堇青石燃烧床；22-第一子腔室；23-第二子腔室；24-第三壳体；25-换热管；26-狭缝流道；27-控制器；28-提纯器单体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

如图1和图2所示，本发明提供一种氢气制备装置，用于通过液态甲醇燃料制备氢气。该氢气制备装置包括：

基壳1；

催化器2，设于基壳1内,用于使气态甲醇燃料发生催化反应生成含有氢气的重整气,该催化器2连有加热器7,该加热器7用于在催化器2启动时升高催化器2的温度(该升高后的温度可为催化器2的工作温度),也可理解为在氢气制备装置启动时升高催化器2的温度，以使进入催化器2内的液态甲醇燃料转换为气态甲醇燃料，也即，使催化器2能够正常运行；

提纯器3，设于基壳1内并与催化器2相连，用于将重整气分离为废气和氢气；

换热器4，设于基壳1内并与提纯器3相连通，以使自提纯器3排出的高温废气及氢气能够分别进入换热器4中经换热后分别排出；换热器4同时与催化器2及用于储存液态甲醇燃料的储存罐(也可为其他形式的储存装置，该储存罐可设于基壳1上)相连通，液态甲醇燃料自储存罐流出后作为冷媒进入换热器4中，与高温的废气及氢气(废气与氢气分别位于两根换热管25中，以下将详细介绍)分别进行换热，以使其至少部分转换为气态后排出换热器4并流向催化器2；以及

控制器27，其设于基壳1上用于控制催化器2、提纯器3、换热器4、加热器7的运行，并同时调节液态甲醇燃料的流向。如在氢气制备装置刚被启动时，控制器27可控制加热器7对基壳1内部进行升温，至少到达催化器2的工作温度时，控制器27控制开启储存罐(图中未示出)的阀门，使液态甲醇燃料流向催化器2中进行反应(液态甲醇燃料可通过单独设置的管道直接流向催化器2，也可按原有的管道先经过换热器4再流向催化器2中)。

本实施例中的氢气制备装置还包括背压阀6以及与换热器4相连通的尾气处理器5。其中，尾气处理器5的设置是由于经提纯器3分离出的废气含有大量的一氧化碳和少量的氢气，直接排出会污染空气，对环境造成污染。而背压阀6的设置是为了确保提纯器3的工作压力稳定，能够正常运行。具体地，换热器4与背压阀6的入口间连有第一管道8，尾气处理器5与背压阀6的出口间连有第二管道9，换热后的废气经第一管道8进入背压阀6降压(常压)后经第二管道9进入尾气处理器5进行处理并形成烟气(高温)，该烟气再经换热器4换热(降温)后排至大气中。

进一步地，本实施例中的加热器7为电加热棒，其与尾气处理器5并排设置，并共同装设在一箱体10中，该箱体10横截面为纵横比较大的长方形，即较为纤薄，以节省安装空间。其中，电加热棒可完全位于箱体10内也可一端伸出箱体10以便于同电源装置连接。为了减小氢气制备装置的体积，节省安装空间，便于用户携带，本实施例中的提纯器3、催化器2、箱体10以及换热器4依次叠摞设置(叠摞方式不唯一，各器件的位置可调)。优选地，继续结合图1，箱体10的下表面上布设有具有一定厚度的隔热棉11，换热器4与隔热棉11相贴靠，以避免二者交叉换热，造成相互影响。

如图3和图4所示，本实施例中的提纯器3包括两块压板12和多个叠摞设置于两块压板12间的提纯器单体28。该提纯器单体28包括均与压板12相平行的第一流道板13和第二流道板14以及位于两块流道板间的滤膜组件。第一流道板13具有u型的第一流道，第一流道的入口端与催化器2的出口端相连用于引入重整气。滤膜组件包括允许气体穿过的两块夹板15和位于两块夹板15间的钯铜膜16，该滤膜组件用于将重整气分离为氢气和废气，并将氢气和废气分隔在滤膜组件的两侧，废气继续留在第一流道中并经第一流道的出口端排出。第二流道板14具有第二流道，氢气透过滤膜组件后进入第二流道中并通过该第二流道排出，如进入氢气收集装置或直接投入使用等。

如图5所示，本实施例中的催化器2包括：

第一壳体17，其为横截面为长方形的立方体型，即第一壳体17的纵横比较大，以使第一壳体17更纤薄，节省安装空间。第一壳体17朝上的一侧敞口，提纯器3的下层压板12压盖在第一壳体17上形成第一壳体17的盖板；

多排催化管道18，其设于第一壳体17内，各催化管道18的内壁上均涂覆有催化剂，其中位于同一排的多根催化管道18依次首尾连接形成曲折的气体通道，相邻两排催化管道18间通过连接管道19相连通。气态甲醇燃料进入催化器2后依次经过多排催化管道18后形成重整气。由于该多根催化管道18的布设方式巧妙，故可使得气态甲醇燃料在催化器2内的停留时间更长，能够与催化剂接触的更充分，以保证催化反应进行的更彻底。

如图6所示，本实施例中的尾气处理器5包括：

第二壳体20，其为横截面为长方形的立方体型，即第二壳体20的纵横比较大，以使第二壳体20更纤薄，节省安装空间；以及

堇青石燃烧床21，其设于第二壳体20内，该堇青石燃烧床21包括由四块侧板依次连接围成的外框和多块间隔设于外框内并相互交叉形成网格状的板件，网格孔的轴线与第二壳体20的底板相平行,且孔壁上设有用于催化废气进行燃烧反应的催化剂。也就是，本实施例中的尾气处理器5是通过燃烧废气使其形成无毒无害的二氧化碳和水蒸汽(即，烟气)的方式进行废气处理的。另外，通过燃烧废气还可以产生大量的热能，使基壳1内的温度得以维持，无需加热器7继续为基壳1的内部环境供热，节省了能源。

进一步地，继续结合图6，堇青石燃烧床21设于第二壳体20容腔的中部,且其外框同时与第二壳体20容腔的底壁及两侧壁同时相贴靠，即外框位于底部的侧板与第二壳体20容腔的底壁相贴靠，外框两侧的侧板分别与第二壳体20容腔的两侧壁对应贴靠，即，该堇青石燃烧床21相当于设置在第二壳体20容腔中部的一块过滤板，以将第二壳体20的容腔分隔为用于容置废气的第一子腔室22和用于容置烟气的第二子腔室23，也就是第一子腔室22与第二管道9相连通,第二子腔室23与换热器4相连通。优选地，为了使得废气能够与堇青石燃烧床21充分接触，本实施例中的第一子腔室22内还设有多个拉西环和/或鲍尔环(图中未示出)，以使得第一子腔室22内形成多条气体流道，废气经多条气体流道均匀且于不同位置进入堇青石燃烧床21内，使堇青石燃烧床21的各个网格孔内均容有充足的废气。

如图7和图8所示，本实施例中的换热器4包括：

第三壳体24，其具有一腔室，该第三壳体24以及其腔室均为横截面为长方形的立方体型，即第三壳体24的纵横比较大，以使第三壳体24更纤薄，节省安装空间；

换热管25，其为矩形管，该换热管25共设置三根(也可为多根)且并排设于腔室内，各换热管25的两端分别与腔室的侧壁相连，腔室的侧壁上对应换热管25的管口处均开设有通孔以分别形成换热器4的入口和出口，本实施例中该三根换热管25分别用于接收并输送废气、氢气及烟气。实际应用时，若氢气的比热容较低，可直接收集，而烟气温度和比热容相对较高时，可令氢气不通过换热管25，而使烟气相继经过两次换热管25以加快换热。即，烟气先经过一根换热管25后再进入另一根换热管25，也可同时经过两根换热管25。进一步地，多根换热管25使腔室内形成供液态甲醇燃料(冷媒)流过的狭缝流道26，即，该狭缝流道26与储存罐及催化器2相连通，液态甲醇燃料流入狭缝流道26进行换热升温后进入催化器2中。其中，本实施例优选将第三壳体24设置为“扁盒”状，并同时将换热管25设置为矩形管，是为了使换热管25内能够容置更多气体，同时使狭缝流道26更加狭窄，以使液态甲醇燃料能够充分吸收换热管25内气体的热能，提高自身温度，促使其转化为气态甲醇燃料。进一步地，倘若液态甲醇燃料在进入换热器4前温度便较高，或在第三壳体24内容置有多根换热管25，能够为更大量的液态甲醇燃料供热时，可将换热管25体积减小，使狭缝流道26变宽，并可在狭缝流道26内设置金属隔板，以将狭缝流道26分隔为多条子流道，更好的辅助提高液态甲醇燃料的升温速度。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。