CN104445065A - 一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统及其供暖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统及其供暖方法，其中，供暖系统包括甲醇水储存容器、原料输送装置、重整器、膜分离装置、氢气热水器及供暖应用设备，原料输送装置将甲醇水储存容器中的甲醇和水输送至重整器；重整器包括重整室，甲醇和水在重整室内发生重整制氢反应，制得二氧化碳和氢气；膜分离装置设置于重整器内，二氧化碳和氢气经膜分离装置后分离出氢气，输送给氢气热水器；氢气热水器设有燃烧器、换热管道及氢气入口，换热管道包括进水口及出水口；供暖应用设备设有进水管道及回水管道，进水管道与氢气热水器的出水口相连通，回水管道与氢气热水器的进水口相连通。本发明环保、节能、安全、便捷，受区域和环境影响小。

Description

一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统及其供暖方法

技术领域

本发明涉及供暖系统技术领域，特别涉及一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统，与此同时，本发明还涉及该供暖系统的供暖方法。

背景技术

供暖就是用人工方法向室内供给热量，使室内保持一定的温度，以创造适宜的生活条件或工作条件的技术。供暖系统由热源、热循环系统及散热设备三个主要部分组成。在现有技术中，供暖系统按照热源的不同，分为热电厂供暖系统、区域锅炉房供暖系统、家庭供暖供水系统、太阳能供暖供水系统等。热电厂供暖系统及区域锅炉房供暖系统通常需要燃烧煤或石油，受地域影响非常大，且煤和石油燃烧生成的主要是CO₂和SO₂，可分别产生温室效应和酸雨。家庭供暖供水系统通常需要燃气热水器或电热水器，燃气热水器需要燃烧煤气，不环保，易产生煤气中毒事故，电热水器耗电量大，不环保，安全性较差。太阳能供暖供水系统需要太阳能热水器，成本高，受太阳光照及环境影响非常大，便捷性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种环保、节能、安全、便捷，受区域和环境影响小的基于甲醇水制氢系统的供暖系统。为此，本发明还要提供一种该供暖系统的供暖方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统，包括甲醇水储存容器、原料输送装置、重整器、膜分离装置、氢气热水器及供暖应用设备，其中：所述原料输送装置通过管道分别连接甲醇水储存容器及重整器，该原料输送装置将甲醇水储存容器中的甲醇和水输送至重整器；所述重整器包括重整室，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得二氧化碳和氢气；所述膜分离装置设置于重整器内，所述二氧化碳和氢气经膜分离装置后分离出氢气，通过管道输送给氢气热水器；所述氢气热水器设有燃烧器、换热管道及氢气入口，所述氢气经氢气入口进入燃烧器内燃烧，加热换热管道，换热管道包括进水口及出水口；所述供暖应用设备设有进水管道及回水管道，进水管道与氢气热水器的出水口相连通，回水管道与氢气热水器的进水口相连通。

所述重整器还包括换热器和气化室重整室，所述甲醇和水经换热器换热后，进入气化室气化，气化后的甲醇蒸气和水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300℃-420℃，重整室上部的温度为400℃-570℃；所述重整室与膜分离装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，可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膜分离装置之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与膜分离装置的温度相同或接近；所述膜分离装置内的温度设定为350℃-570℃，从膜分离装置的产气端输出氢气；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%。

所述重整器一端安装有启动装置，该启动装置包括杯座，杯座上安装有原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置；所述原料输入管道可输入甲醇和水原料，原料输入管道与加热气化管道相连通，甲醇和水原料经原料输入管道进入加热气化管道后，从加热气化管道的末端输出；所述点火装置的位置与加热气化管道的末端相对应，用于对加热气化管道中输出的甲醇和水原料进行点火，甲醇和水原料经点火装置点火后燃烧，可对加热气化管道进行加热，使加热气化管道中的甲醇和水原料气化而迅速加大燃烧强度，进而为重整器加热；所述温度探测装置用于探测加热气化管道旁的温度；所述重整器启动制氢后，重整器制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整器运行。

所述杯座包括安装部及安装部上方的液体容纳部，所述原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置均安装于杯座之安装部上，所述液体容纳部可容纳从加热气化管道末端输出的甲醇和水原料，所述液体容纳部上端还设有液体防溅盖；所述加热气化管道依次包括直通管段、螺旋管段及上拱形管段，所述甲醇和水原料可经直通管段上升至最高位置后，再经螺旋管段螺旋下降，再经上拱形管段后输出。

所述杯座的底侧安装有进风盖板，该进风盖板设有风道，外界空气可经该风道进入至重整器内；所述原料输入管道上设有电磁阀，以便控制原料输入管道打开或关闭。

所述氢气热水器内安装有循环泵，用于驱动氢气热水器与供暖应用设备之间水循环。

所述基于甲醇水制氢系统的供暖系统还包括发电设备，该发电设备包括氢氧燃料电池，该氢氧燃料电池利用重整器制得的氢气及空气中的氧气，发生电化学反应，产生电能，驱动所述原料输送装置及循环泵运转。

所述供暖应用设备为地暖供暖管道或散热片，所述进水管道包括总进水管和分进水管，总进水管和分进水管之间设置有分水器；所述回水管道包括总回水管和分回水管，总回水管和分回水管之间设置有集水器。

所述基于甲醇水制氢系统的供暖系统还包括淋浴器具和热水龙头，该淋浴器具和热水龙头分别通过管道与所述氢气热水器相连通。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统的供暖方法，包括以下步骤：

a.控制装置控制原料输送装置将甲醇水储存容器中的甲醇和水原料输送至重整器；

b.甲醇和水在重整器内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得二氧化碳和氢气；

c.二氧化碳和氢气经膜分离装置后分离出氢气，通过管道输送给氢气热水器；

d.氢气经氢气热水器的氢气入口进入燃烧器内燃烧，加热换热管道，换热管道中的水加热成热水；

e.热水经进水管道进入供暖应用设备，散发出热量，热水变冷；

f.变冷的水经供暖应用设备的回水管道回流至氢气热水器的换热管道，再次加热，如此循环，实现供暖。

本发明的有益效果是：其一、本发明供暖系统无需燃烧煤、石油、天然气及普通煤气，而是采用清洁能源甲醇及水，因而非常环保；其二、本发明供暖系统通过甲醇和水的重整制氢反应制得氢气，再作为氢气热水器的燃料，氢气燃烧效率高，且氢气燃烧火焰温度能达到2500℃以上，加热效率更高，能最大化节约能源；以相同的热水制造量为基准，和传统的燃气热水器比，氢气热水器消耗的氢气量只相当于燃气热水器消耗燃气量的1/6，因而非常节能；其三、本发明采用清洁能源甲醇及水，其成本显著低于电及普通燃气，经济性好；其四、本发明供暖系统能避免煤气中毒问题及用电安全问题，因而安全性好；其五、本发明不受地域影响，在任何地域都可以组建，非常便捷。

附图说明

图1为本发明的整体结构方框图。

图2为重整器的分散结构示意图。

图3为重整器启动装置的整体结构示意图。

图4为重整器启动装置的杯座部分结构示意图。

图5为本发明一优选实施例的整体结构方框图。

图6为氢气热水器与地暖供暖管道的连接结构图。

图7为氢气热水器与散热片、淋浴器具及热水龙头的连接结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统，包括甲醇水储存容器1、原料输送装置2、重整器3、膜分离装置4、氢气热水器5及供暖应用设备6，其中：所述原料输送装置2通过管道分别连接甲醇水储存容器1及重整器3，该原料输送装置2将甲醇水储存容器1中的甲醇和水输送至重整器3；所述重整器3包括重整室，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得二氧化碳和氢气；所述膜分离装置4设置于重整器3内，所述二氧化碳和氢气经膜分离装置4后分离出氢气，通过管道输送给氢气热水器5；所述氢气热水器5设有燃烧器、换热管道及氢气入口，所述氢气经氢气入口进入燃烧器内燃烧，加热换热管道，换热管道包括进水口及出水口；所述供暖应用设备6设有进水管道61及回水管道62，进水管道61与氢气热水器5的出水口相连通，回水管道52与氢气热水器5的进水口相连通。

重整器还包括换热器和气化室重整室，所述甲醇和水经换热器换热后，进入气化室气化，气化后的甲醇蒸气和水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300℃-420℃，重整室上部的温度为400℃-570℃，在重整室内，甲醇与水蒸气在1-5M Pa的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，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，反应方程为：(1)CH₃OH→CO+2H₂、(2)H₂O+CO→CO₂+H₂ 、(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂ ，重整反应生成的H₂和CO₂；所述重整室与膜分离装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，可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膜分离装置之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与膜分离装置的温度相同或接近；所述膜分离装置内的温度设定为350℃-570℃，从膜分离装置的产气端输出氢气；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%。

如图2-图4所示，所述重整器3一端安装有启动装置7，该启动装置7包括杯座71，杯座71上安装有原料输入管道72、加热气化管道73、点火装置74及温度探测装置75；所述原料输入管道72可输入甲醇和水原料，原料输入管道72与加热气化管道73相连通，甲醇和水原料经原料输入管道72进入加热气化管道73后，从加热气化管道73的末端输出；所述点火装置74的位置与加热气化管道73的末端相对应，用于对加热气化管道73中输出的甲醇和水原料进行点火，甲醇和水原料经点火装置74点火后燃烧，可对加热气化管道73进行加热，使加热气化管道73中的甲醇和水原料气化而迅速加大燃烧强度，进而为重整器3加热；所述温度探测装置75用于探测加热气化管道73旁的温度；所述重整器3启动制氢后，重整器3制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整器3运行。重整器3正是利用启动装置7为重整器3加热，才令重整器3启动，进而发生重整反应，启动时间在5分钟内即可完成，非常快速，启动完成后，启动装置7关闭。

如图2-图4所示，所述杯座71包括安装部711及安装部上方的液体容纳部712，所述原料输入管道72、加热气化管道73、点火装置74及温度探测装置75均安装于杯座之安装部711上，所述液体容纳部712可容纳从加热气化管道73末端输出的甲醇和水原料，所述液体容纳部712上端还设有液体防溅盖713。原料输入管道72输入甲醇和水原料后，经加热气化管道73输出时，多余的甲醇和水原料可容纳于杯座之液体容纳部712中，当然，在甲醇和水原料迅速燃烧后，液体容纳部712中的甲醇和水原料也会气化燃烧。所述液体防溅盖713可防止液体容纳部712中的甲醇和水原料在气化燃烧时四处飞溅。所述加热气化管道73依次包括直通管段731、螺旋管段732及上拱形管段733，所述甲醇和水原料可经直通管段731上升至最高位置后，再经螺旋管段732螺旋下降，再经上拱形管段733后输出。这样，启动装置7开始工作时，甲醇和水原料进入加热气化管道73，甲醇和水原料在上拱形管段733的作用下，甲醇和水原料会以滴落的方式从上拱形管段733的末端滴出，以便点火装置进行点火；点火成功之后，由于螺旋管段732的整体长度比较长，受热面积大，因此，螺旋管段732中的甲醇和水原料能充分受热气化。

如图2、图3所示，所述杯座71的底侧安装有进风盖板76，该进风盖板设有风道761，外界空气可经该风道进入至重整器3内，从该风道761进入的外界空气可为启动装置7提供氧气，也可为重整器3提供氧气，为提高空气进入量，可在风道761外侧增加风扇（图中未示出）；所述原料输入管道72上设有电磁阀，以便控制原料输入管道72打开或关闭。。所述点火装置可以采用市场上耐高温的点火器，例如电子式脉冲式点火器等。

如图5-图7所示，所述氢气热水器5内安装有循环泵51，用于驱动氢气热水器5与供暖应用设备6之间水循环。所述氢气热水器5还设有用于补充水量的补水口及用于泄掉多余水的泄水口。

如图5所示，所述基于甲醇水制氢系统的供暖系统还包括发电设备8，该发电设备8包括氢氧燃料电池，该氢氧燃料电池利用重整器3制得的氢气及空气中的氧气，发生电化学反应，即将氢和氧分别供给氢氧燃料电池的阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极，产生电能，利用该电能，驱动所述原料输送装置2及循环泵51运转。

如图6、图7所示，所述供暖应用设备6为地暖供暖管道63或散热片64，所述进水管道61包括总进水管611和分进水管612，总进水管611和分进水管612之间设置有分水器613；所述回水管道62包括总回水管621和分回水管622，总回水管621和分回水管622之间设置有集水器623。

如图7所示，所述基于甲醇水制氢系统的供暖系统还包括淋浴器具8和热水龙头9，该淋浴器具8和热水龙头9分别通过管道与所述氢气热水器相连通。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统的供暖方法，包括以下步骤：

a.控制装置控制原料输送装置将甲醇水储存容器中的甲醇和水原料输送至重整器；

b.甲醇和水在重整器内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得二氧化碳和氢气；

c.二氧化碳和氢气经膜分离装置后分离出氢气，通过管道输送给氢气热水器；

d.氢气经氢气热水器的氢气入口进入燃烧器内燃烧，加热换热管道，换热管道中的水加热成热水；

e.热水经进水管道进入供暖应用设备，散发出热量，热水变冷；

f.变冷的水经供暖应用设备的回水管道回流至氢气热水器的换热管道，再次加热，如此循环，实现供暖。

以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于甲醇水制氢系统的供暖系统，其特征在于：包括甲醇水储存容器、原料输送装置、重整器、膜分离装置、氢气热水器及供暖应用设备，其中：所述原料输送装置通过管道分别连接甲醇水储存容器及重整器，该原料输送装置将甲醇水储存容器中的甲醇和水输送至重整器；所述重整器包括重整室，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得二氧化碳和氢气；所述膜分离装置设置于重整器内，所述二氧化碳和氢气经膜分离装置后分离出氢气，通过管道输送给氢气热水器；所述氢气热水器设有燃烧器、换热管道及氢气入口，所述氢气经氢气入口进入燃烧器内燃烧，加热换热管道，换热管道包括进水口及出水口；所述供暖应用设备设有进水管道及回水管道，进水管道与氢气热水器的出水口相连通，回水管道与氢气热水器的进水口相连通。

2.根据权利要求1所述的基于甲醇水制氢系统的供暖系统，其特征在于：所述重整器还包括换热器和气化室重整室，所述甲醇和水经换热器换热后，进入气化室气化，气化后的甲醇蒸气和水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300℃-420℃，重整室上部的温度为400℃-570℃；所述重整室与膜分离装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，可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膜分离装置之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与膜分离装置的温度相同或接近；所述膜分离装置内的温度设定为350℃-570℃，从膜分离装置的产气端输出氢气；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%。

3.根据权利要求1所述的基于甲醇水制氢系统的供暖系统，其特征在于：所述重整器一端安装有启动装置，该启动装置包括杯座，杯座上安装有原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置；所述原料输入管道可输入甲醇和水原料，原料输入管道与加热气化管道相连通，甲醇和水原料经原料输入管道进入加热气化管道后，从加热气化管道的末端输出；所述点火装置的位置与加热气化管道的末端相对应，用于对加热气化管道中输出的甲醇和水原料进行点火，甲醇和水原料经点火装置点火后燃烧，可对加热气化管道进行加热，使加热气化管道中的甲醇和水原料气化而迅速加大燃烧强度，进而为重整器加热；所述温度探测装置用于探测加热气化管道旁的温度；所述重整器启动制氢后，重整器制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整器运行。

4.根据权利要求3所述的基于甲醇水制氢系统的供暖系统，其特征在于：所述杯座包括安装部及安装部上方的液体容纳部，所述原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置均安装于杯座之安装部上，所述液体容纳部可容纳从加热气化管道末端输出的甲醇和水原料，所述液体容纳部上端还设有液体防溅盖；所述加热气化管道依次包括直通管段、螺旋管段及上拱形管段，所述甲醇和水原料可经直通管段上升至最高位置后，再经螺旋管段螺旋下降，再经上拱形管段后输出。

5.根据权利要求3所述的基于甲醇水制氢系统的供暖系统，其特征在于：所述杯座的底侧安装有进风盖板，该进风盖板设有风道，外界空气可经该风道进入至重整器内；所述原料输入管道上设有电磁阀，以便控制原料输入管道打开或关闭。

6.根据权利要求1所述的基于甲醇水制氢系统的供暖系统，其特征在于：所述氢气热水器内安装有循环泵，用于驱动氢气热水器与供暖应用设备之间水循环。

7.根据权利要求6所述的基于甲醇水制氢系统的供暖系统，其特征在于：所述基于甲醇水制氢系统的供暖系统还包括发电设备，该发电设备包括氢氧燃料电池，该氢氧燃料电池利用重整器制得的氢气及空气中的氧气，发生电化学反应，产生电能，驱动所述原料输送装置及循环泵运转。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的基于甲醇水制氢系统的供暖系统，其特征在于：所述供暖应用设备为地暖供暖管道或散热片，所述进水管道包括总进水管和分进水管，总进水管和分进水管之间设置有分水器；所述回水管道包括总回水管和分回水管，总回水管和分回水管之间设置有集水器。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的基于甲醇水制氢系统的供暖系统，所述基于甲醇水制氢系统的供暖系统还包括淋浴器具和热水龙头，该淋浴器具和热水龙头分别通过管道与所述氢气热水器相连通。

10.权利要求1所述基于甲醇水制氢系统的供暖系统的供暖方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.控制装置控制原料输送装置将甲醇水储存容器中的甲醇和水原料输送至重整器；

b.甲醇和水在重整器内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得二氧化碳和氢气；

c.二氧化碳和氢气经膜分离装置后分离出氢气，通过管道输送给氢气热水器；

d.氢气经氢气热水器的氢气入口进入燃烧器内燃烧，加热换热管道，换热管道中的水加热成热水；

e.热水经进水管道进入供暖应用设备，散发出热量，热水变冷；

f.变冷的水经供暖应用设备的回水管道回流至氢气热水器的换热管道，再次加热，如此循环，实现供暖。