CN112573482B - 一种制氢装置的制氢管以及制氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制氢装置的制氢管以及制氢装置。所述制氢管包括：蒸气发生管，一端设置有蒸气材料入口，另一端设置有蒸气出口；氢气发生管，一端设置有氢气出口，另一端设置有蒸气入口；制氢催化剂，设于所述氢气发生管内；加热部，加热所述蒸气发生管与所述氢气发生管；其中，所述氢气发生管的所述蒸气入口与所述蒸气发生管的所述蒸气出口对接。本发明能有效的解决制氢效率低、制氢装置结构复杂、蒸气耗热量较高的技术问题，达到了一体制氢、提高制氢效率的有益效果。

Description

一种制氢装置的制氢管以及制氢装置

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种制氢装置的制氢管以及一种制氢装置。

背景技术

能源是人类经济活动中最重要的要素。氢能源作为公认的清洁能源，在现今社会中，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。氢气作为新能源燃料，展现了极广泛的和潜在的市场。如何从规划及技术上准备和迎接这一必然要到来的发展，将是一项极为重大的事情。选择先进的技术，合理的方法来生产和应用氢，以获得最大的经济和环境效益，这是未来的发展趋势。

目前，较为广泛的采用甲醇制取氢气，甲醇制氢是指在一定温度及压力条件下，以甲醇为原料，通过甲醇蒸气通过制氢催化剂的作用，进行转化反应，制取氢气的过程。现有技术中，利用燃烧催化对甲醇蒸气与制氢催化剂反应后的尾气与空气混合后的混合气体再次利用的方法，有效的减少了资源的损耗。但现有的设备在利用尾气燃烧制氢时，需要先通过蒸气发生装置制得蒸气，再将蒸气通入氢气反应装置与制氢催化剂反应制得氢气，其结构复杂，需要单独设置蒸气发生装置、氢气反应装置以及二者之间的连接管道等，整体效率较低。

发明内容

因此，本发明实施例提供了一种制氢装置的制氢管以及制氢装置，能有效的解决制氢效率低、制氢装置结构复杂、蒸气耗热量较高的技术问题。

本发明实施例提供的一种制氢装置的制氢管，包括：蒸气发生管，一端设置有蒸气材料入口，另一端设置有蒸气出口；氢气发生管，一端设置有氢气出口，另一端设置有蒸气入口；制氢催化剂，设于所述氢气发生管内；加热部，加热所述蒸气发生管与所述氢气发生管；其中，所述氢气发生管的所述蒸气入口与所述蒸气发生管的所述蒸气出口对接。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述蒸气发生管与所述氢气发生管之间可拆卸的连接，或者，所述蒸气发生管与所述氢气发生管一体成型。

所述蒸气发生管与所述氢气发生管设置为一体，节省了所述制氢管的安装空间，增强了所述制氢装置内部空间的利用率，所述蒸气发生管与所述氢气发生管的可拆卸安装能够实现，对所述蒸气发生管或所述氢气发生管单独更换的目的。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述蒸气发生管与所述氢气发生管之间设置有隔板。

所述隔板设置为隔板，能够达到蒸气流通的目的。进一步的，在本发明的一个实施例中，所述隔板可拆卸的设置在所述制氢管内或固定在所述制氢管内。

所述隔板可拆卸的设置于所述制氢管内，能够有效的控制所述制氢管内蒸气量的大小；所述隔板固定于所述制氢管内，减小了蒸气的损失量，提高了制氢效率。

进一步的，本发明实施例还提供了一种制氢装置，所述制氢装置包括：外壳体，内部设有氢气容纳腔、制氢空间以及蒸气材料容纳腔；至少一个制氢管，为上述制氢管，设于所述制氢空间；所述蒸气发生管连通所述蒸气材料容纳腔，所述氢气发生管连通所述氢气容纳腔。

至少一个所述制氢管设置于所述制氢空间内部，且所述蒸气发生管连通所述蒸气材料容纳腔，所述氢气发生管连通所述氢气容纳腔，实现了蒸气材料由蒸气生成氢气的过程。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述制氢空间包括：第一加热空间，位于所述蒸气发生管与所述外壳体之间；第二加热空间，位于所述氢气发生管与所述外壳体之间。

所述第一加热空间与所述第二加热空间能够对所述蒸气发生管与所述氢气发生管进行加热，能够达到蒸气与制氢催化剂反应所需的温度。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述第一加热空间与所述蒸气材料容纳腔之间设置有法兰。

所述法兰的设置能够所述蒸气材料容纳腔与所述加热空间的连通性，且能够实现可拆卸的目的。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述法兰包括第一法兰与第二法兰；其中，所述第一法兰与所述制氢管连接，且开设有与所述蒸气材料容纳腔连通的开口；所述第二法兰连接至所述蒸气材料容纳腔。所述第一法兰与所述制氢管连接，且开设有与所述蒸气材料容纳腔连通的开口；所述第二法兰连接至所述蒸气材料容纳腔。

设置的所述第一法兰与所述第二法兰位于所述蒸气材料容纳腔与所述制氢管之间，形成了可容纳液体的空间，有效的保证了液体的需求。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述第二法兰为环状，与所述蒸气材料容纳腔配合形成了液体隔离空间。

所述第二法兰与所述蒸气材料容纳腔形成所述隔离空间，能够使所所述蒸气材料进入所述蒸气发生管内时为蒸气状态。

进一步的，在本发明的一个实施例中，其特征在于，还包括：尾气入口，开设于所述外壳体，连通至所述第一加热空间；尾气出口，开设于所述外壳体，连通至所述第二加热空间；其中，所述第一加热空间内填充有燃烧催化剂，和/或，所述第二加热空间内填充有蓄热组件。

所述燃烧催化剂能够与尾气反应，消除了尾气中的有害气体，再对尾气排放时，有效的减少了对环境的污染；所述蓄热组件能够吸收所述燃烧催化剂与尾气反应后为温度，能够进一步保持蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度。

综上所述，采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：

i)所述蒸气发生管与所述氢气发生管连通，能够保证在所述制氢管内可完成直接制氢气的过程，有效的减少了制氢结构；

ii)所述制氢催化剂设置于所述氢气发生管内，保证了在所述制氢管内能够产生氢气节约了反应空间，有效的降低了装置制作成本以及结构的复杂程度，使得整体结构更加精简；

iii)所述加热部作用于所述蒸气发生管保证所述蒸气材料能够产生蒸气；所述加热部作用于所述氢气发生管，保证了所述氢气发生管与所述制氢催化剂反应所需的温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的制氢装置的制氢管10的结构示意图；

图2为制氢管10的剖视图；

图3为图2中隔板5的结构示意图；

图4为隔板5的另外两种连接的结构示意图；

图5为隔板5的再一种连接结构示意图；

图6为图5所示的剖视图；

图7为本发明第二实施例提供的一种制氢装置200的结构示意图；

图8为图7所示制氢装置200的剖视图；

图9为图8中制氢空间40的结构示意图；

图10为图8中蒸气材料容纳腔50与制氢空间40连接的结构示意图；

图11为第三实施例提供的管路系统120的结构示意图；

图12为图11所示的另一角度结构示意图；

图13为本发明第三实施例提供的制氢装置200的结构示意图。

主要符号说明：

200为制氢装置；10为制氢管；1为蒸气发生管；11为蒸气材料入口；12为蒸气出口；2为氢气发生管；21为蒸气入口；22为氢气出口；23为翅片；20为外壳体；201为尾气入口；202为尾气出口；30为氢气容纳腔；301为氢气输送口；40为制氢空间；41为尾气容纳腔；411为尾气入口；42为燃烧催化剂容纳腔；421为燃烧催化剂进口；43为蓄热组件容纳腔；431为蓄热组件进口；44为尾气排出层；441为尾气出口；5为隔板；51为蒸气流通孔；52为支架；53为外法兰；54为卡簧；50为蒸气材料容纳腔；501为电加热器；502为液体隔离空间；60为支撑部；70为法兰；71为第一法兰；72为第二法兰。

80为管道；801为氢气管道；801a为第一氢气管道；801b为第二氢气管道；801c为第三氢气管道；801d为第四氢气管道；8011为安全管道；8012为压力变送器；8013为压力表；8014为第一流量表；8015为安全阀；802为尾气管道；802a为尾气输送管；8021为第二流量表；8022为电磁阀；803为进泵管；803a为第一液体管道；803b为第二液体管道；804为出泵管；805为进液泵；806为空气管道；90为板式换热器；100为冷风机；110为支撑部；120为管路系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

【第一实施例】

参见图1，本发明实施例提供了一种制氢装置的制氢管10。所述制氢装置的制氢管10例如包括：蒸气发生管1与氢气发生管2；其中，蒸气发生管一端设置有蒸气材料入口11，另一端设置有蒸气出口12，氢气发生管2，一端设置有氢气出口22，另一端设置有蒸气入口21。

优选的，制氢管10可竖直放置，或者水平放置，或者沿其他角度放置，参见图2-图4，制氢管10在竖直放置时，氢气发生管2位于蒸气发生管1竖直方向上方，蒸气发生管1可与氢气发生管2连通；在蒸气发生管1与氢气发生管2连通时，对应的蒸气入口21与蒸气出口12连通；在制氢管10水平放置时，对应的氢气发生管2与蒸气发生管1对接。在蒸气发生管1与氢气发生管2之间设置有隔板5，隔板5开设有多个蒸气流通孔51，且隔板5可拆卸的设置在制氢管10内或固定在制氢管10内，若隔板5固定在制氢管10内时，蒸气发生管1与氢气发生管2可设置为一体；，若隔板5可拆卸的设置在制氢管10内时，蒸气发生管1与氢气发生管2可通过可拆卸的外法兰53连接；蒸气发生管1与氢气发生管2设为一体时，所述隔板可以直接焊接于制氢管10内壁，或者，通过设置支架52，将隔板5固定至制氢管10内，或者，通过螺纹固定至制氢管10内部；当采用螺纹连接时，制氢管10内壁设有螺纹槽，对应的在隔板5外侧设置有螺纹，通过所述螺纹与所述螺纹槽实现隔板5与制氢管10的连接；进一步的，氢气发生管2可在水平方向或其他方向上与蒸气发生管1对接。

进一步的，隔板5可拆卸的设置在制氢管10内或固定在制氢管10内，隔板5设置为可拆卸的外法兰53时，外法兰53的一端连接至氢气发生管2，外法兰53的另一端接至蒸气发生管1；通过外法兰53能够将蒸气发生管1与氢气发生管2连接，且满足了蒸气发生管1与氢气发生管2的可拆卸连接，并且实现在制氢管10损坏时，单独更换蒸气发生管1或者氢气发生管2的目的。

优选的，参见图5与图6，隔板5可由卡簧54卡接在制氢管10内，若制氢管10在竖直方向放置时，卡簧54可设置为至少一个，若沿其他角度放置时，则卡簧54可设置至少两个。

具体的，制氢管10在竖直放置时，在制氢管10内壁设有至少一个环形凹槽(图中未示出)，卡簧54外侧位于所述环形凹槽内，卡簧54内侧暴露于制氢管10内，且形成隔板安装位(图中未示出)，隔板5设置于所述隔板安装位上方；进一步的，制氢管10在水平方向或者其他方向放置时，卡簧54设置为至少两个，对应的，所述环形凹槽有至少两个，此时，两个卡簧54分别位于两个所述环形凹槽，且隔板5位于两个卡簧54之间。

优选的，氢气发生管2内部填充有制氢催化剂(图中未示出)，所述制氢催化剂可与蒸气在氢气发生管2内发生反应产生氢气，后从氢气出口流出。进一步的，在蒸气发生管1与氢气发生管2设置有加热部(图中未示出)，用于加热生成蒸气或者达到蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度。进一步的，所述加热部可以为电加热器，且所述电加热器设置于氢气发生管2内部。

优选的，在氢气发生管2外侧还绕设有翅片23，翅片23能够增强氢气发生管2的换热面积，并且加强了氢气发生管2的吸热效率，进一步的提高了制氢效率。

优选的，制氢管10还包括：加热部，作用于蒸气发生管1与氢气发生管2；所述加热部作用于蒸气发生管1时，保证了蒸气材料能够产生蒸气；所述加热部作用于氢气发生管2时，保证了氢气发生管2与所述制氢催化剂反应所需的温度，所述加热部为电加热器。

【第二实施例】

本发明第二实施例还提供了一种制氢装置200。参见图7，所述一体式制氢装置200例如包括：外壳体20，至少一个制氢管10以及支撑部60；至少一个制氢管10设置于外壳体20内部，支撑部60设于外壳体20，且位于外壳体20底部，用于支撑制氢装置200。

进一步的，参见图8，制氢装置200可沿竖直方向、水平方向或沿其他角度放置，在制氢装置200内部依次设置有氢气容纳腔30、制氢空间40以及蒸气材料容纳腔50，且两两之间相互连通；其中，制氢装置的制氢管10设置于制氢空间40；当制氢管10置于制氢空间40时，蒸气材料入口11连通至蒸气材料容纳腔50，氢气出口22连通至氢气容纳腔30。

具体的，至少一个制氢管10设置于制氢空间40内部，且蒸气发生管1连通蒸气材料容纳腔50，氢气发生管2连通氢气容纳腔30，实现了蒸气材料由蒸气生成氢气的过程。

优选的，支撑部60连接至外壳体20，位于制氢空间40下端，且套设于蒸气材料容纳腔50外部，在支撑部60表面设置有连通蒸气材料容纳腔50的开口，且在所述开口处设置有电加热器501，电加热器501用于加热蒸气材料容纳腔50内部蒸气材料。进一步的，在蒸气材料容纳腔50还开设有补液口(图中未示出)以及排液口(图中未示出)，用于对蒸气材料容纳腔50中的蒸气材料进行补液或者排液处理。

优选的，参见图9，制氢空间40中包括：第一加热空间(图中未示出)与第二加热空间(图中未示出)；所述第一加热空间，位于蒸气发生管1与外壳体20之间；所述第二加热空间，位于氢气发生管2与外壳体20之间；所述第一加热空间内填充有燃烧催化剂，和/或，所述第二加热空间内填充有蓄热组件。

优选的，所述第一加热空间包括：尾气容纳腔41、燃烧催化剂容纳腔42，尾气容纳腔41设置于制氢空间40底部靠近蒸气材料容纳腔50的一端；所述第二加热空间包括：蓄热组件容纳腔43以及尾气排出层44，尾气排出层44设置于制氢空间40顶部靠近氢气容纳腔30的一端；其中，燃烧催化剂容纳腔42与蓄热组件容纳腔43连接。

进一步的，蓄热组件容纳腔43内填充有蓄热组件，且位于燃烧催化剂容纳腔42上端，尾气排出层44位于蓄热组件容纳腔43与氢气容纳腔30之间，用于容纳燃烧后的尾气；所述第一加热空间内的所述燃烧催化剂与尾气燃烧后释放的热量对制氢管10进行加热，使制氢管10内的温度能够达到蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度；蓄热组件容纳腔43内所填充的所述蓄热组件保持了制氢管10的温度，减小了制氢管10的散热程度，有效的保证了制氢管10内蒸气与所述制氢催化剂反应的持续性。

再进一步的，尾气容纳腔41、燃烧催化剂容纳腔42、蓄热组件容纳腔43以及尾气排出层44两两之间设置有隔板(图中未示出)，且所述隔板表面开设有尾气流通孔(图中未示出)。

优选的，外壳体20开设有连通尾气容纳腔41的尾气入口411，用于尾气输入制氢空间40；外壳体20开设有连通燃烧催化剂容纳腔42的燃烧催化剂进口421，用于添加燃烧催化剂；外壳体20还开设有蓄热组件进口431以及尾气出口441；蓄热组件进口431用于添加蓄热组件(图中未示出)，尾气出口441用于排出燃烧完成后的尾气。举例来说，所述蓄热组件可以为蓄热块、蓄热球或者其他一些蓄热能力较强的材料。

进一步的，所述燃烧催化剂能够与尾气反应，消除了尾气中的有害气体，再对尾气排放时，有效的减少了对环境的污染；所述蓄热组件能够吸收所述燃烧催化剂与尾气反应后为温度，能够进一步保持蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度。

优选的，参见图10，支撑部60可拆卸的连接至外壳体20的底部，具体的，在支撑部60与外壳体20连接处设置法兰70；法兰70包括：固定于外壳体20底部的第一法兰71以及与支撑部60连接的第二法兰72，第一法兰71与第二法兰72可通过螺栓或者其他连接方式进行连接。

进一步的，第二法兰72设置为环形结构，其内部设置有开口，第二法兰72、蒸气材料容纳腔50以及支撑部60组成了液体隔离空间502蒸气材料可从蒸气材料容纳腔50经液体隔离空间502进入蒸气发生管1中。

具体的，由于制氢管10内设置有所述制氢催化剂，若蒸气材料容纳腔50内液体含量较高时，液体会进入制氢管10内，与所述制氢催化剂接触，从而会影响制氢效率；故液体隔离空间502的设置增大了液体的容纳空间，减小了液体与所述制氢催化剂的接触概率，能够有效的保证所述制氢催化剂与蒸气反应的制氢效果，提高了氢气生成的效率。

优选的，所述加热部、电加热器501以及所述燃烧催化剂之间能够相互配合，加热制氢管10内的蒸气；具体的，在制氢装置200中可设置温度传感器(图中未示出)，所述温度传感器可检测并显示制氢管10内部蒸气的温度；通过启动所述加热部加热蒸气材料容纳腔50内部蒸气材料使其产生蒸气，并进入制氢管10内；通入尾气，使其与燃烧催化剂容纳腔42内的所述燃烧催化剂反应，产生的热量进一步加热制氢管10；所述加热部对制氢管10内的蒸气进一步加热；在加热过程中，若温度低于蒸气与所述制氢催化剂反应所需温度时，则需加强所述加热部的电量，或者，增加尾气的通入量；若温度高于蒸气与所述制氢催化剂反应所需温度时，则减小或者暂停所述加热部的热量，或者，暂停通入尾气；从而达到调节温度的目的，使制氢效率最大化。

【第三实施例】

本发明第三实施例在制氢装置200的基础上，还提供了一种管路系统120，所述管路系统120包括：管道80、板式换热器90、冷风机100以及支撑部110；其中，管道80连接至制氢装置200，板式换热器90以及冷风机100设置于管道80，支撑部110设置于管道80、板式换热器90以及冷风机100下方，用于支撑制氢装置200。

优选的，参见图11-图13，管道80包括：氢气管道801、尾气管道802、进泵管803、出泵管804以及空气管道806；其中，氢气管道801一端连接至氢气输送口301，另一端连接至第一氢气管道801a，在氢气管道801与第一氢气管道801a设置有安全管道8011与安全阀8015；若在制氢装置200内部蒸气压力过大时，可通过调节阀门使部分蒸气进入安全管道8011中，经安全阀8015排除，从而降低制氢装置200内的蒸气压力；再进一步的，第一氢气管道801a连接至板式换热器90，板式换热器90可将高温氢气的热量进行吸收并且进行保存，板式换热器90经第二氢气管道801b连接至冷风机100的一端，冷风机100的另一端连接至第三氢气管道801c，第三氢气管道801c连接至第四氢气管道801d。

具体的，制氢装置200制得的氢气从氢气输送口301进入氢气管道801中，后依次经过第一氢气管道801a、板式换热器90、第二氢气管道801b、冷风机100以及第三氢气管道801c，最后由第四氢气管道801d排出。其中在氢气管道801与第一氢气管道801a之间还设有压力变送器8012以及压力表8013，用于检测氢气管道801中氢气的压力；在第三氢气管道801c，与第四氢气管道801d之间还设有第一流量表8014，用于检测管内氢气的流量。

优选的，尾气管道802经尾气输送管802a连接至制氢装置200，用于向制氢装置200内部输送尾气；其中，在尾气管道802与尾气输送管802a之间设有第二流量表8021以及电磁阀8022，用于检测以及控制管内尾气的流量。

优选的，进泵管803连接至进液泵805，后经过第一液体管道803a连接至板式换热器90；液体经进泵管803流入进液泵805内部，后由进液泵805将液体输送至板式换热器90内，能够吸收板式换热器90储存的热量，最后液体经过第二液体管道803b输送至制氢装置200内。

进一步的，出泵管804设置于进液泵805与第一液体管道803a之间，且进泵管803与出泵管804位于进液泵805两侧；若制氢装置200内液体量较大使可由出泵管804向外排出。

优选的，空气管道806连通至尾气输送管402a，向尾气中通入空气，能够降低尾气中氢气的含量，降低了所述尾气与燃烧催化剂反应产生的危害。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种制氢装置的制氢管，其特征在于，包括：

蒸气发生管，一端设置有蒸气材料入口，另一端设置有蒸气出口；

氢气发生管，一端设置有氢气出口，另一端设置有蒸气入口；

制氢催化剂，设于所述氢气发生管内；

加热部，加热所述蒸气发生管与所述氢气发生管；

其中，所述氢气发生管的所述蒸气入口与所述蒸气发生管的所述蒸气出口对接；

所述蒸气发生管与所述氢气发生管之间可拆卸的连接，或者，所述蒸气发生管与所述氢气发生管一体成型；

所述蒸气发生管与所述氢气发生管之间设置有隔板，且所述隔板开设有多个蒸气流通孔。

2.根据权利要求1所述的制氢管，其特征在于，所述隔板可拆卸或者固定于所述制氢管。

3.一种制氢装置，其特征在于，包括：

外壳体，内部设有氢气容纳腔、制氢空间以及蒸气材料容纳腔；

至少一个制氢管，为如权利要求1-2任意一项所述的制氢管，设于所述制氢空间；

所述蒸气发生管连通所述蒸气材料容纳腔，所述氢气发生管连通所述氢气容纳腔。

4.根据权利要求3所述的制氢装置，其特征在于，所述制氢空间包括：

第一加热空间，位于所述蒸气发生管与所述外壳体之间；

第二加热空间，位于所述氢气发生管与所述外壳体之间。

5.根据权利要求4所述的制氢装置，其特征在于，所述第一加热空间与所述蒸气材料容纳腔之间设置有法兰。

6.根据权利要求5所述的制氢装置，其特征在于，

所述法兰包括第一法兰与第二法兰；

其中，所述第一法兰与所述制氢管连接，且开设有与所述蒸气材料容纳腔连通的开口；

所述第二法兰连接至所述蒸气材料容纳腔。

7.根据权利要求6所述的制氢装置，其特征在于，所述第一法兰为环状，与所述蒸气材料容纳腔配合形成了液体隔离空间。

8.根据权利要求4-7任意一项所述的制氢装置，其特征在于，还包括：

尾气入口，开设于所述外壳体，连通至所述第一加热空间；

尾气出口，开设于所述外壳体，连通至所述第二加热空间；

其中，所述第一加热空间内填充有燃烧催化剂，和/或，所述第二加热空间内填充有蓄热组件。

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