CN210103450U - 一种高效制氢装置及运用该装置的甲醇水即时制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高效制氢装置及运用该装置的甲醇水即时制氢系统，所述的制氢装置包括壳体、制氢室、燃烧炉、进料管道和输送管道；制氢室设置在壳体内，由多个反应器和多根输送管道组成，输送管道连接于两两反应器之间，壳体内还设有燃烧炉，燃烧炉通过金属导热层与制氢室、进料管道、输送管道相隔开并传递热量，可以利用反应室制备的气体进行燃烧传热给制氢室进行持续供热。本实用新型制氢装置利用多个反应器进行反应制氢，制氢更加完全，对反应器、输送管道和进料管道多段控温，保证了制氢快速启动和反应稳定进行，启动快、损耗低、成本低，大大提高了实用性。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源技术领域，具体属于甲醇水制氢技术领域，特别涉及一种可应用于车用燃料电池的高效制氢装置及运用该装置的甲醇水即时制氢系统。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳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阴极。由于氢燃料电池是经由利用氢及氧的电化学反应，产生电流及水，不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具有发展前景的新能源方式，如能普及并应用在车辆及其他高污染发电工具上，将能显著减轻空气污染及温室效应。
氢燃料电池所使用的“氢”燃料可以来自于水的电解所产生的氢气及任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇（酒精）、沼气等等。甲醇重整制氢是工业制氢的重要方法之一，该系统利用存储甲醇水代替现用的储氢罐，解决了储氢罐在储氢、运氢等多方面问题，具有储氢密度高、分装储运方便、价格便宜、无压力储存等优点，市场前景广阔。常规甲醇重整制氢方法主要包括水蒸气重整制氢、部分氧化重整制氢和自然重整制氢，大多采用热载体循环供热、电加热或甲醇无焰燃烧等加热方式，通过反应器器壁的加热实现热能向催化剂层及反应气体的传导，反应温度不易控制，存在工艺条件复杂、设备庞大、加热不均匀、在反应器内部及催化剂层中易形成热点和冷点以及耗能高等问题。
例如，发明专利ZL201210339913.7公开了一种甲醇水制氢系统，该系统包括液体储存容器、换热器、气化室、重整室、分离室；液体储存容器、换热器、气化室、重整室、分离室通过管路依次连接；分离室内设有陶瓷膜分离器、金属钯膜分离器，进入分离室先经过陶瓷膜分离器做预处理，得到较高的气体纯度的氢气；较高纯度的氢气再进入金属钯膜分离器，得到更高纯度的氢气。述系统实现了甲醇水现场制氢，现制现用，无需储存。但该系统存在启动慢、效率低的问题，冷启动一般需要几个小时甚至一天时间才能启动并正常运行，且氢气出气小及压力低、制氢反应温度不温度，实用性不佳。为此，发明专利ZL201310340475.0针对上述启动慢问题，在原甲醇水制氢系统的基础上，增加了固态氢气储存容器这一装置，在系统启动时，通过气化模块将固态氢气转为气态氢气，氢气通过燃烧放热，为制氢装置（重整室）提供启动热能，从而进一步提高了制氢效率。但由于该系统待重整室升温至400℃以上才启动，启动仍然需要至少1个小时左右时间，同时需要消耗大量的能量，并且持续对重整室内催化器持续高温加热，催化剂损耗大，仍无法应用于车用燃料电池。
实用新型内容
针对现有甲醇水制氢装置存在启动速度慢、反应温度不稳定、能耗大、氢气出气量少及压力低等诸多问题导致实用性不佳的缺陷，本实用新型旨在提供一种高效制氢装置及运用该装置的甲醇水即时制氢系统。
具体的，本实用新型所述的高效制氢装置是通过以下技术方案实现的：
一种高效制氢装置，包括壳体、制氢室、燃烧炉、进料管道和输气管道，所述的制氢室由若干个反应器和连接在两两反应器之间的若干根输送管道组成；所述的反应器内设有制氢催化剂；
所述的进料管道延伸至壳体外的一端与甲醇水输送装置连接，另一端与制氢室内第一反应器连接；
所述的输气管道的一端与最末反应器连接，另一端延伸至壳体外；
所述的燃烧炉设置于壳体内，燃烧炉一端设有烟气出口并延伸至壳体外，另一端设有燃料进口；所述的燃料进口通过阀门与输气管道连接；
所述的制氢室、进料管道、输送管道和输气管道外包裹有金属导热层，金属导热层使得燃烧炉、制氢室、进料管道、输送管道和输气管道相互隔开并传递燃烧炉产生的热量。
本实用新型所述高效制氢装置设有多个反应器，反应器内放置有制氢催化剂，待甲醇蒸气和水蒸气经过反应器时即发生制氢反应，尚未完全反应的甲醇蒸气和水蒸气会经过多个反应器实现多次反应，较常规唯一重整室催化制氢相比，反应更充分，效率更高；本实用新型制氢装置的两两反应器之间设置多根输送管道，通过燃烧炉的燃烧热能对经过反应器制氢反应后的甲醇蒸气和水蒸气重新补热，较于单一管道补热，能更加充分、快速的补热，使其温度处于稳定的最佳反应温度范围内，保证制氢反应稳定运行，制氢系统运行更加稳定。
作为本实用新型高效制氢装置的进一步改进，至少有一个反应器内放置有低温制氢催化剂，剩余反应器内放置有高温制氢催化剂。
本实用新型所述的低温制氢催化剂可以选择现有技术所公开的任一能在低温实现催化制氢的催化剂，例如常用的CuO/ZnO/ZrO2、CuO/ZnO/Al2O3/ZrO2、CuO/ZnO/CeO2/ZrO2。优选CuO/ZnO/CeO2/ZrO2催化剂。
本实用新型所述的高温制氢催化剂可以选择现有技术所公开的任一高温制氢催化剂。优选贵金属催化剂和Zn-Cr催化剂，例如Zn-Cr/Al2O3，Pt/Al2O3，Pd/Al2O3，Pt/ZnO/Al2O3，Pd/ZnO/Al2O3等。
现有制氢装置启动慢主要原因在于先要加热达到最佳的反应温度400～570℃，再输送甲醇蒸气和水蒸气进行制氢反应，升温过程就需要1个小时以上，本实用新型制氢装置启动后，原料输送装置即将甲醇水存储容器中的液态的甲醇和水输送至制氢设备进行加热气化，形成100～200℃的甲醇蒸气和水蒸气。100～200℃的甲醇蒸气和水蒸气通过放置有高温催化剂的反应器较难反应或不反应，通过放置有低温催化剂的反应器即可反应制氢，形成的氢气通过燃烧炉燃烧放热，为制氢设备提供运行热能；持续升温并最终达到最佳反应温度的甲醇蒸气和水蒸气逐步与高温催化剂反应氢，如此反复，本实用新型所述制氢装置可快速进入良好的运行循环。
作为本实用新型高效制氢装置的进一步改进，所述的反应器数量至少为两个，所述的两两反应器之间的输送管道至少为两根。
多个反应器能达到多步反应，从而能使反应更加完全，提高制氢反应的效率；多根输送管道能到达分散补热，从而能使反应补热更加快速、温度保持稳定；综合以上改进从而使输出的气体氢气含量高，输出效率更快。
作为本实用新型高效制氢装置的进一步改进，所述的金属导热层为铝制导热层或铜制导热层。
作为本实用新型高效制氢装置的进一步改进，所述的壳体包括箱体和包裹在箱体外面的保温层。
通过对壳体进行保温，减少燃烧炉热量的流散，使制氢室、进料管道和输送管道能获得更多的热量，从而提高制氢效率。
作为本实用新型高效制氢装置的进一步改进，所述的燃烧炉由上燃烧炉和下燃烧炉组成。
上下设置燃烧炉能使热量传递更快更全面，从而提高制氢效率。
作为本实用新型高效制氢装置的进一步改进，所述的进料管道由上进料管道和下进料管道组成并设置在制氢室外围，上进料管道和下进料管道一端连通并与第一反应器连接，另一端延伸至壳体外。
进料管道根据反应器数量设置，反应器数量过多时，单一进料管道不能快速输送相对应的甲醇水原料进行制氢反应，影响制氢效率；同时，上下进料管道可以根据需要选择关闭其中一根，从而改变进料速度，实现制氢反应平稳进行。
同时，本实用新型还提供了运用本实用新型的高效制氢装置的甲醇水即时制氢系统，该制氢系统具体包括甲醇水存储容器、原料输送装置、蒸发器、高效制氢装置、分离室；
所述的甲醇水存储容器中存储液态的甲醇和水，并通过原料输送装置与高效制氢装置的进料管道进料端连接；所述的原料输送装置可实现将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至制氢装置进行制氢；
所述的蒸发器分别与原料输送装置、进料管道连接，内置有微波加热装置；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，微波加热装置可即时对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化；
所述的分离室与高效制氢装置的输气管道连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢装置输出的气体进行分离产出高纯度氢气；
所述高效制氢装置的燃烧炉与制氢装置输气管道输气端连接；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，燃烧炉通过燃烧制氢设备制得的气体进行供热。
所述甲醇水即时制氢系统的工作原理如下：
制氢装置中反应器内放置普通的制氢催化剂情况下，甲醇水即时制氢系统启动后，蒸发器的微波加热装置即时对液态的甲醇和水进行加热气化，同时燃烧炉利用外置燃料燃烧供热，使得原料形成高温（400～500℃）的甲醇蒸气和水蒸气，高温甲醇蒸气和水蒸气进入反应器中与制氢催化剂进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体，并从制氢设备输气管道输出，一部分混合气体输送至燃烧炉进行燃烧供热，进一步提高原料气化温度，使得原料蒸气达到最佳反应温度（500～600℃），最佳反应温度的原料蒸气经过反应室反应后，得到的混合气体一部分从输送至燃烧炉继续燃烧供热，另一部分输送至分离室进行分离得到高纯度氢气，如此反复循环，即可快速制备高纯度氢气。
制氢装置中的反应器分别放置有低温制氢催化剂和高温制氢催化剂情况下，甲醇水即时制氢系统启动后，蒸发器的微波加热装置即时对液态的甲醇和水进行加热气化，使原料形成低温（100～200℃）的甲醇蒸气及水蒸气，低温的甲醇蒸气和水蒸气进入放置有低温制氢催化剂的反应器内反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体，并从制氢设备输气管道输出，其中一部分混合气体输送至燃烧炉进行燃烧供热，进一步提高原料气化温度，使得原料蒸气达到最佳反应温度（500～600℃），最佳反应温度的原料蒸气经过放置高温制氢催化剂的反应室反应后，得到的混合气体一部分从输送至燃烧炉继续燃烧供热，另一部分输送至分离室进行分离得到高纯度氢气，如此反复循环，即可快速制备高纯度氢气。
同时，本实用新型还提供对上述运用本实用新型的高效制氢装置的甲醇水即时制氢系统进一步改进方案，该改进方案的制氢系统具体包括甲醇水存储容器、原料输送装置、蒸发器、高效制氢装置、分离室、压力缓冲装置；
所述的甲醇水存储容器中存储液态的甲醇和水，并通过原料输送装置与高效制氢装置的进料管道进料端连接；所述的原料输送装置可实现将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至制氢装置进行制氢；
所述的蒸发器分别与原料输送装置、进料管道连接，内置有微波加热装置；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，微波加热装置可即时对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化；
所述的分离室与高效制氢装置的输气管道连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢装置输出的气体进行分离产出高纯度氢气；
所述的压力缓冲装置与分离室输气端连接，所述的压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；
所述高效制氢装置的燃烧炉与制氢装置输气管道和/或压力缓冲装置输气端连接；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，燃烧炉通过燃烧制氢装置和/或压力缓冲装置输出的气体进行供热。
所述进一步改进的甲醇水即时制氢系统的工作原理如下：
制氢装置中反应器内放置普通的制氢催化剂情况下，甲醇水即时制氢系统启动后，蒸发器的微波加热装置即时对液态的甲醇和水进行加热气化，同时燃烧炉利用外置燃料燃烧供热，使得原料形成高温（400～500℃）的甲醇蒸气和水蒸气，高温甲醇蒸气和水蒸气进入反应器中与制氢催化剂进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体，并从制氢设备输气管道输出，从输气管道输出的部分混合气体输送至分离室进行分离产出高纯度氢气，高纯度氢气输送至压力缓冲装置进行储存待用，从输送管道输出的一部分混合气体输送至燃烧炉进行燃烧供热，和/或从压力缓冲装置输出的部分高纯度氢气输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体和/或高纯度氢气进行供热，进一步提高原料气化温度，使得原料蒸气达到最佳反应温度（500～600℃），最佳反应温度的原料蒸气经过反应室反应后，得到的混合气体一部分从输送至燃烧炉继续燃烧供热，另一部分输送至分离室进行分离得到高纯度氢气，高纯度氢气输送至压力缓冲罐装置进行储存待用，压力缓冲装置部分高纯度氢气输送至燃烧炉燃烧供热，如此反复循环，即可快速制备高纯度氢气。
制氢装置中的反应器分别放置有低温制氢催化剂和高温制氢催化剂情况下，甲醇水即时制氢系统启动后，蒸发器的微波加热装置即时对液态的甲醇和水进行加热气化，使原料形成低温（100～200℃）的甲醇蒸气及水蒸气，低温的甲醇蒸气和水蒸气进入放置有低温制氢催化剂的反应器内反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体，并从制氢设备输气管道输出，并从制氢设备输气管道输出，从输气管道输出的部分混合气体输送至分离室进行分离产出高纯度氢气，高纯度氢气输送至压力缓冲装置进行储存待用，从输送管道输出的一部分混合气体输送至燃烧炉进行燃烧供热，和/或从压力缓冲装置输出的部分高纯度氢气输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体和/或高纯度氢气进行供热，进一步提高原料气化温度，使得原料蒸气达到最佳反应温度（500～600℃），最佳反应温度的原料蒸气经过放置高温制氢催化剂的反应室反应后，得到的混合气体一部分从输送至燃烧炉继续燃烧供热，另一部分输送至分离室进行分离得到高纯度氢气，高纯度氢气输送至压力缓冲罐装置进行储存待用，压力缓冲装置部分高纯度氢气输送至燃烧炉燃烧供热，如此反复循环，即可快速制备高纯度氢气。
作为本实用新型甲醇水制氢系统的进一步改进，当燃烧炉运行时，蒸发器的微波加热装置停止运行或同时与燃烧炉一起运行。
本实用新型甲醇水即时制氢系统启动后，由蒸发器的微波加热管现行对液体的甲醇和水进行加热气化，形成甲醇蒸气和水蒸气，待系统反应产氢并运行燃烧炉后，主要由燃烧炉为进料管道提供热能，同时可以继续利用微波加热装置辅助加热，方便灵活。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型采用多个反应器进行制氢反应，使制氢更加彻底，提高原料的利用率，使制得的气体中氢气含量更高，同时利用多根输送管道进行升温，提高了甲醇水气化效率和保持反应温度更加稳定，从而提高了整个制氢过程的稳定性和氢气输出效率。
2、本实用新型通过对进料管道、输送管道对甲醇蒸气和水蒸气多段控温，保证在反应过程中均处于稳定的最佳反应温度范围内，保证制氢反应稳定运行，制氢系统运行更加稳定。
3、本实用新型无需对催化剂持续燃烧加温，减少了因高温对催化剂的损耗，提高了制氢装置及系统的运行寿命。
4、本实用新型的制氢装置启动快、出气稳定、损耗低、成本低，大大提高了实用性，可应用于车用燃料电池。
附图说明
图1为本实用新型实施例高效制氢装置的截面图。
图2为本实用新型实施例1和2甲醇水即时制氢系统的组成示意图。
图3为本实用新型实施例3甲醇水即时制氢系统的组成示意图。
图4为本实用新型实施例4甲醇水即时制氢系统的组成示意图。
附图标记：1-壳体，101-箱体，102-保温层，2-制氢室，201-反应器，20101-第一反应器，20102-最末反应器，202-输送管道，203-输气管道，3-燃烧炉，301-上燃烧炉，302-下燃烧炉，303-烟气出口，304-燃料进口，305-阀门，4-进料管道，401-上进料管道，402-下进料管道，5-金属导热层。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
实施例1
一种高效制氢装置，包括壳体1、制氢室2、燃烧炉3和进料管道4；所述的壳体1包括箱体101和包裹在箱体101外面的保温层102；
所述的制氢室2由2个反应器201和连接在每两两反应器201之间的3根输送管道202组成；所述的反应器内放置有市售普通的制氢催化剂；所述的制氢室2内第一反应器20101连接进料管道4一端用于输送甲醇水原料，进料管道4另一端延伸至壳体1外；
所述的制氢室2还设有输气管道203，输气管道203一端与最末反应器20102连接，另一端延伸至壳体1外；
所述的燃烧炉3设置于壳体1内两侧，燃烧炉3一端设有烟气出口303并延伸至壳体1外，另一端设有燃料进口304，所述的燃料进口304通过阀门305与输气管道203连接；所述的燃烧炉3由上燃烧炉301和下燃烧炉302组成；
所述的制氢室2、进料管道4、输送管道202和输气管道203外包裹有铝制导热层5，铝制导热层5使得燃烧炉3、制氢室2、进料管道4、输送管道202和输气管道203相互隔开并传递燃烧炉3产生的热量。
本实施例高效制氢装置的工作原理如下：
制氢工作启动，燃烧炉3利用外置燃料燃烧供热，使进料管道4中的液态甲醇和水进行加热气化，同时燃烧炉3利用外置燃料燃烧供热，使得原料气化形成400～500℃的甲醇蒸气和水蒸气，然后输入到放置有制氢催化剂的反应器201中，即可开始制氢，并从输气管道203输出混合气体，此时产生的混合气体中还有很多未完全反应的甲醇蒸汽气、水蒸气、一氧化碳和二氧化碳等，混合气体一部分进入上燃烧炉301和下燃烧炉302进行燃烧，然后通过铝制导热层5为制氢装置进行供热升温，使得进料管道中的液态甲醇和水气化、从反应器201中进入输送管道202的混合气体持续升温，并使甲醇蒸气和水蒸气最终达到并维持最佳制氢反应温度500～600℃，然后经过反应器201中继续进行进一步反应制氢，然后从输气管道203输出气体，如此反复，即可从输气管道203输出高纯度的氢气。
运用上述的高效制氢装置的甲醇水即时制氢系统，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、高效制氢装置、分离室；
所述的甲醇水存储容器中存储液态的甲醇和水（液态甲醇水中甲醇占总体积的62.5%，水占总体积的37.5%），并通过原料输送装置与高效制氢装置的进料管道4进料端连接；所述的原料输送装置可实现将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至制氢装置进行制氢；
所述的蒸发器分别与原料输送装置、进料管道4连接，内置有微波加热装置；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，微波加热装置可即时对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化；
所述的分离室与高效制氢装置的输气管道203连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢装置输出的气体进行分离产出高纯度氢气；
所述的压力缓冲装置与分离室输气端连接，所述的压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；
所述高效制氢装置的燃烧炉3与制氢装置输气管道203输气端连接；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，燃烧炉通过燃烧制氢设备制得的气体为蒸发器、输送管道进行加热。
本实施例制氢系统的运行原理如下：
根据制氢设备管路的长度，调节原料输送装置的输送压力为2～3MPa，输送甲醇液体和水进入到蒸发器中，微波加热装置在液体内部快速加热气化形成甲醇蒸汽和水蒸气，同时燃烧炉3利用外置燃料进行燃烧供热，此时甲醇蒸汽和水蒸气的温度达到产氢温度（400～500℃），经过反应器201与制氢催化剂接触即可开始产氢；此时从制氢设备输气管道203输出的气体还含有CO、CO2等混合气体，混合气体进入分离室进行分离得到高纯度的氢气，一部分混合气体送至燃烧炉3，燃烧炉3通过燃烧混合气体为制氢装置进行加热，使得蒸发器气化的甲醇蒸气及水蒸气、经过反应器201但尚未完全反应的甲醇蒸气及水蒸气持续升温并最终维持温度为400～600℃，即最适反应温度，同时微波加热装置停止运行，然后经过反应器201进行制氢，即可获得大量氢气；此后从制氢设备出来的混合气体氢气含量高，进入分离室分离后得到高纯度氢气，一部分混合气体进入燃烧炉燃烧为制氢装置提供热量，维持制氢设备运行。
本实施例的制氢系统经过如上循环，即快速制氢并得到高纯度氢气，从分离室输气端输出的氢气压力为2～3MPa，能为用氢设备提供充足的氢气。
实施例2
一种高效制氢装置，包括壳体1、制氢室2、燃烧炉3和进料管道4；所述的壳体1包括箱体101和包裹在箱体101外面的保温层102；
所述的制氢室2由2个反应器201和连接在每两两反应器201之间的3根输送管道202组成；所述的第一反应器20101内放置有低温制氢催化剂CuO/ZnO/ZrO2，另一反应器20102内放置有高温制氢催化剂CuO/Al2O3；
所述的制氢室2内第一反应器20101连接进料管道4一端用于输送甲醇水原料，进料管道4另一端延伸至壳体1外；
所述的制氢室2还设有输气管道203，输气管道203一端与最末反应器20102连接，另一端延伸至壳体1外；
所述的燃烧炉3设置于壳体1内两侧，燃烧炉3一端设有烟气出口303并延伸至壳体1外，另一端设有燃料进口304，所述的燃料进口304通过阀门305与输气管道203连接；所述的燃烧炉3由上燃烧炉301和下燃烧炉302组成；
所述的制氢室2、进料管道4、输送管道202和输气管道203外包裹有铝制导热层5，铝制导热层5使得燃烧炉3、制氢室2、进料管道4、输送管道202和输气管道203相互隔开并传递燃烧炉3产生的热量。
本实施例高效制氢装置的工作原理如下：
制氢工作启动，燃烧炉3利用外置燃料燃烧供热，使进料管道4中的液态甲醇和水进行加热气化，形成100～350℃的甲醇蒸气和水蒸气，然后输入到放置有低温制氢催化剂的第一反应器20101中，即可开始制氢，并从输气管道203输出混合气体，此时产生的混合气体中还有很多未完全反应的甲醇蒸汽气、水蒸气、一氧化碳和二氧化碳等，混合气体一部分进入上燃烧炉301和下燃烧炉302进行燃烧，然后通过铝制导热层5为制氢装置进行供热升温，使得进料管道中的液态甲醇和水气化、从反应器201中进入输送管道202的混合气体持续升温，并使甲醇蒸气和水蒸气最终达到并维持最佳制氢反应温度400～600℃，然后经过放置有高温制氢催化剂的反应器201中进行反应制氢，然后从输气管道203输出气体，如此反复，即可从输气管道203输出高纯度的氢气。
运用上述的高效制氢装置的甲醇水即时制氢系统，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、高效制氢装置、分离室；
所述的甲醇水存储容器中存储液态的甲醇和水（液态甲醇水中甲醇占总体积的62.5%，水占总体积的37.5%），并通过原料输送装置与高效制氢装置的进料管道4进料端连接；所述的原料输送装置可实现将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至制氢装置进行制氢；
所述的蒸发器分别与原料输送装置、进料管道4连接，内置有微波加热装置；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，微波加热装置可即时对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化；
所述的分离室与高效制氢装置的输气管道203连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢装置输出的气体进行分离产出高纯度氢气；
所述的压力缓冲装置与分离室输气端连接，所述的压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；
所述高效制氢装置的燃烧炉3与制氢装置输气管道203输气端连接；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，燃烧炉通过燃烧制氢设备制得的气体为蒸发器、输送管道进行加热。
本实施例制氢系统的运行原理如下：
根据制氢设备管路的长度，调节原料输送装置的输送压力为2～3MPa，输送甲醇液体和水进入到蒸发器中，微波加热装置在液体内部快速加热气化形成甲醇蒸汽和水蒸气，此时甲醇蒸汽和水蒸气的温度（100～200℃）并未达到最适产氢温度（400～600℃），因此反应器20101中放置低温催化剂CuO/ZnO/ZrO2，使甲醇蒸汽和水蒸气在低温（100～200℃）下即可开始产氢；此时从制氢设备输气管道203输出的气体还含有CO、CO2等混合气体，混合气体进入分离室进行分离得到高纯度的氢气，一部分混合气体送至燃烧炉3，燃烧炉3通过燃烧混合气体为制氢装置进行供热，使得蒸发器气化的甲醇蒸气及水蒸气、经过反应器201但尚未完全反应的甲醇蒸气及水蒸气持续升温并最终维持温度为400～600℃，即最适反应温度，同时微波加热装置停止运行，此时另一反应器中的高温催化剂CuO/Al2O3与温度为400～600℃的甲醇蒸气和水蒸气反应，获得大量氢气；此后从制氢设备出来的混合气体氢气含量高，进入分离室分离后得到高纯度氢气，一部分混合气体进入燃烧炉燃烧为制氢装置提供热量，维持制氢系统运行。
本实施例的制氢系统经过如上循环，即快速制氢并得到高纯度氢气，从分离室输气端输出的氢气压力为2～3MPa，能为用氢设备提供充足的氢气。
实施例3
一种高效制氢装置，包括壳体1、制氢室2、燃烧炉3和进料管道4；所述的壳体1包括箱体101和包裹在箱体101外面的保温层102；
所述的制氢室2由4个反应器201和连接在每两两反应器201之间的4根输送管道202组成；所述的第一反应器20101内设有低温制氢催化剂CuO/ZnO/CeO2/ZrO2，剩余反应器内放置有高温制氢催化剂CuO/ZnO；
所述的制氢室2内第一反应器20101连接进料管道4一端用于输送甲醇水原料，进料管道4另一端延伸至壳体1外；所述的进料管道4由上进料管道401和下进料管道402组成并设置在制氢室2外围，上进料管道401和下进料管道402一端连通并与第一反应器20101连接，另一端延伸至壳体1外；
所述的制氢室2还设有输气管道203，输气管道203一端与最末反应器20102连接，另一端延伸至壳体1外；
所述的燃烧炉3设置于壳体1内两侧，燃烧炉3一端设有烟气出口303并延伸至壳体1外，另一端设有燃料进口304，所述的燃料进口304通过阀门305与输气管道203连接；所述的燃烧炉3由上燃烧炉301和下燃烧炉302组成；
所述的制氢室2、进料管道4、输送管道202和输气管道203外包裹有铜制导热层5，铜制导热层5使得燃烧炉3、制氢室2、进料管道4、输送管道202和输气管道203相互隔开并传递燃烧炉3产生的热量。
本实施例高效制氢装置的工作原理如下：
制氢工作启动，燃烧炉3利用外置燃料燃烧供热，使进料管道4中的液态甲醇和水进行加热气化，形成100～350℃的甲醇蒸气和水蒸气，然后输入到放置有低温制氢催化剂的第一反应器20101中，即可开始制氢，并从输气管道203输出混合气体，此时产生的混合气体中还有很多未完全反应的甲醇蒸汽气、水蒸气、一氧化碳和二氧化碳等，混合气体一部分进入上燃烧炉301和下燃烧炉302进行燃烧，然后通过铜制导热层5为制氢装置进行供热升温，使得进料管道4中的液态甲醇和水气化、从反应器201中进入输送管道202的混合气体持续升温，并使甲醇蒸气和水蒸气最终达到并维持最佳制氢反应温度400～600℃，然后经过放置有高温制氢催化剂的反应器201中进行反应制氢，然后从输气管道203输出气体，如此反复，即可从输气管道203输出高纯度的氢气。
运用上述的高效制氢装置的甲醇水即时制氢系统，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、蒸发器、高效制氢装置、分离室、压力缓冲装置；
所述的甲醇水存储容器中存储液态的甲醇和水（液态甲醇水中甲醇占总体积的62.5%，水占总体积的37.5%），并通过原料输送装置与高效制氢装置的进料管道4进料端连接；所述的原料输送装置可实现将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至制氢装置进行制氢；
所述的蒸发器分别与原料输送装置、进料管道4连接，内置有微波加热装置；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，微波加热装置可即时对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化；
所述的分离室与高效制氢装置的输气管道203连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢装置输出的气体进行分离产出高纯度氢气；
所述的压力缓冲装置与分离室输气端连接，所述的压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；
所述高效制氢装置的燃烧炉3与压力缓冲装置输气端连接；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，燃烧炉通过燃烧压力缓冲装置输出的气体为进料管道、输送管道进行加热。
本实施例制氢系统的运行原理如下：
根据制氢设备管路的长度，调节原料输送装置的输送压力为2～4MPa，输送甲醇液体和水进入到蒸发器中，微波加热装置在液体内部快速加热气化形成甲醇蒸汽和水蒸气，此时甲醇蒸汽和水蒸气的温度（100~200℃）并未达到最适产氢温度（400~600℃），因此与蒸发器连接的反应器中放置低温催化剂CuO/ZnO/CeO2/ZrO2，使甲醇蒸汽和水蒸气在低温（100～200℃）下即可开始产氢；此时从制氢设备输气管道203输出的混合气体A还含有未反应的CO、CO2等混合气体，混合气体A进入分离室进行分离得到高纯度的氢气A，高纯度氢气A输送至压力缓冲装置进行储存待用，一部分高纯度氢气A从压力缓冲装置送至燃烧炉3，燃烧炉3通过燃烧高纯度氢气A为制氢装置进行供热，使得蒸发器气化的甲醇蒸气及水蒸气、经过反应器201但尚未完全反应的甲醇蒸气及水蒸气持续升温并最终维持温度为400～600℃，即最适反应温度，同时微波加热装置停止运行，此时剩余反应器中的高温催化剂CuO/ZnO与温度为400～600℃的甲醇蒸气和水蒸气反应，获得大量混合气体B；此后从制氢设备出来的混合气体B，进入分离室分离后得到高纯度氢气B，并输送至压力缓冲装置储存待用，一部分高纯度氢气B从压力缓冲装置输送至燃烧炉3燃烧为制氢装置提供热量，维持制氢运行，压力缓冲装置为氢气输送提供2～3MPa的压力，使燃烧炉3获得充足的氢气进行燃烧，以获得稳定、充足的热量维持制氢系统的运行。
本实施例的制氢系统经过如上循环，即快速制氢并得到高纯度氢气，从压力缓冲装置输气端为氢气输出提供2～3MPa的压力，能为燃烧炉3和用氢设备提供充足的氢气。
实施例4
一种高效制氢装置，包括壳体1、制氢室2、燃烧炉3和进料管道4；所述的壳体1包括箱体101和包裹在箱体101外面的保温层102；
所述的制氢室2由6个反应器201和连接在每两两反应器201之间的4根输送管道202组成；所述的第一反应器20101和最末反应器20102内设有低温制氢催化剂CuO/ZnO/CeO2/ZrO2，剩余反应器内放置有高温制氢催化剂CuO/ZnO/Al2O3；
所述的制氢室2一端连接进料管道4用于输送甲醇水原料，进料管道4一端与第一反应器20101连接，另一端延伸至壳体1外；所述的进料管道4由上进料管道401和下进料管道402组成并设置在制氢室2外围，上进料管道401和下进料管道402一端连通并与第一反应器20101连接，另一端延伸至壳体1外；
所述的制氢室2还设有输气管道203，输气管道203一端与最末反应器20102连接，另一端延伸至壳体1外；
所述的燃烧炉3设置于壳体1内两侧，燃烧炉3一端设有烟气出口303并延伸至壳体1外，另一端设有燃料进口304，所述的燃料进口304通过阀门305与输气管道203连接；所述的燃烧炉3由上燃烧炉301和下燃烧炉302组成；
所述的制氢室2、进料管道4、输送管道202和输气管道203外包裹有铜制导热层5，铜制导热层5使得燃烧炉3、制氢室2、进料管道4、输送管道202和输气管道203相互隔开并传递燃烧炉3产生的热量。
本实施例高效制氢装置的工作原理如下：
制氢工作启动，燃烧炉3利用外置燃料燃烧供热，使进料管道4中的液态甲醇和水进行加热气化，形成100～350℃的甲醇蒸气和水蒸气，然后输入到放置有低温制氢催化剂的第一反应器20101中，即可开始制氢，并从输气管道203输出混合气体，此时产生的混合气体中还有很多未完全反应的甲醇蒸汽气、水蒸气、一氧化碳和二氧化碳等，混合气体在最末反应器20102中进一步低温制氢，然后从输气管道203输出，此时混合气体一部分进入上燃烧炉301和下燃烧炉302进行燃烧，然后通过铜制导热层5为制氢装置进行供热升温，使得进料管道4中的液态甲醇和水气化、从反应器201中进入输送管道202的混合气体持续升温，并使甲醇蒸气和水蒸气最终达到并维持最佳制氢反应温度350～600℃，然后经过放置有高温制氢催化剂的反应器201中进行反应制氢，然后从输气管道203输出气体，如此反复，即可从输气管道203输出高纯度的氢气。
运用上述的高效制氢装置的甲醇水即时制氢系统，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、蒸发器、高效制氢装置、分离室、压力缓冲装置；
所述的甲醇水存储容器中存储液态的甲醇和水（液态甲醇水中甲醇占总体积的62.5%，水占总体积的37.5%），并通过原料输送装置与高效制氢装置的进料管道4进料端连接；所述的原料输送装置可实现将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至制氢装置进行制氢；
所述的蒸发器分别与原料输送装置、进料管道4连接，内置有微波加热装置；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，微波加热装置可即时对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化；
所述的分离室与高效制氢装置的输气管道203连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢装置输出的气体进行分离产出高纯度氢气；
所述的压力缓冲装置与分离室输气端连接，所述的压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；
所述高效制氢装置的燃烧炉3与制氢装置输气管道203和压力缓冲装置输气端连接；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，燃烧炉通过燃烧制氢装置和压力缓冲装置输出的气体为进料管道、输送管道进行加热。
本实施例制氢系统的运行原理如下：
根据制氢设备管路的长度，调节原料输送装置的输送压力为4～6MPa，输送甲醇液体和水进入到蒸发器中，微波加热装置在液体内部快速加热气化形成甲醇蒸汽和水蒸气，此时甲醇蒸汽和水蒸气的温度（100~200℃）并未达到最适产氢温度（400～600℃），因此第一反应器20101和最末反应器20102中放置低温催化剂CuO/ZnO/CeO2/ZrO2，使甲醇蒸汽和水蒸气在低温（100～200℃）下即可开始产氢；此时从制氢设备输气管道203输出的混合气体A还含有未反应的CO、CO2等混合气体，混合气体A进入分离室进行分离得到高纯度的氢气A，一部分混合气体A输送至燃烧炉3，高纯度氢气A输送至压力缓冲装置进行储存待用，一部分高纯度氢气A从压力缓冲装置送至燃烧炉3，燃烧炉3通过燃烧混合气体A和高纯度氢气A为制氢装置进行供热，使得蒸发器气化的甲醇蒸气及水蒸气、经过反应器但尚未完全反应的甲醇蒸气及水蒸气持续升温并最终维持温度为560～600℃，即最适反应温度，此时剩余反应器中的高温催化剂CuO/ZnO/Al2O3与温度为560～600℃的甲醇蒸气和水蒸气反应，获得大量混合气体B；本实施例中微波加热装置继续运行与燃烧炉3一起对甲醇液体和水进行加热升温气化，因为制氢设备中反应器201和输送管路203较长，原料输送装置高压（4～6MPa）输送的原料更多，需要更高的温度使甲醇液体和水快速气化；此后从制氢设备出来的混合气体B中氢气含量高，进入分离室分离后得到高纯度氢气B，并输送至压力缓冲装置储存待用，一部分从制氢设备出来的混合气体B和一部分从压力缓冲装置输出的高纯度氢气B输送至燃烧炉燃烧为制氢装置提供热量，维持制氢设备运行，压力缓冲装置为氢气输送提供2~3MPa的压力，使燃烧炉3获得充足的氢气对混合气体B进行燃烧，以获得稳定、充足的热量维持制氢系统的运行。
本实施例的制氢系统经过如上循环，即快速制氢并得到高纯度氢气，从压力缓冲装置输气端为的氢气输出提供2～3MPa的压力，能为燃烧炉3和用氢设备提供充足的氢气。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型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实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高效制氢装置，包括壳体（1）、制氢室（2）、燃烧炉（3）、进料管道（4）和输气管道（203），其特征在于，所述的制氢室（2）由若干个反应器（201）和连接在两两反应器（201）之间的若干根输送管道（202）组成；所述的反应器（201）内设有制氢催化剂；
所述的进料管道（4）延伸至壳体（1）外的一端与甲醇水输送装置连接，另一端与制氢室（2）内第一反应器（20101）连接；
所述的输气管道（203）的一端与最末反应器（20102）连接，另一端延伸至壳体（1）外；
所述的燃烧炉（3）设置于壳体（1）内，燃烧炉（3）一端设有烟气出口（303）并延伸至壳体（1）外，另一端设有燃料进口（304）；所述的燃料进口（304）通过阀门（305）与输气管道（203）连接；
所述的制氢室（2）、进料管道（4）、输送管道（202）和输气管道（203）外包裹有金属导热层（5），金属导热层（5）使得燃烧炉（3）、制氢室（2）、进料管道（4）、输送管道（202）和输气管道（203）相互隔开并传递燃烧炉（3）产生的热量。
2.根据权利要求1所述的高效制氢装置，其特征在于，至少有一个反应器内放置有低温制氢催化剂，剩余反应器内放置有高温制氢催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的高效制氢装置，其特征在于，所述的反应器（201）数量至少为两个，所述的两两反应器（201）之间的输送管道（202）至少为两根。
4.根据权利要求3所述的高效制氢装置，其特征在于，所述的金属导热层（5）为铝制导热层或铜制导热层。
5.根据权利要求1、2或4所述的高效制氢装置，其特征在于，所述的壳体（1）包括箱体（101）和包裹在箱体（101）外面的保温层（102）。
6.根据权利要求5所述的高效制氢装置，其特征在于，所述的燃烧炉（3）由上燃烧炉（301）和下燃烧炉（302）组成。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的高效制氢装置，其特征在于，所述的进料管道（4）由上进料管道（401）和下进料管道（402）组成并设置在制氢室（2）外围，上进料管道（401）和下进料管道（402）一端连通并与第一反应器（20101）连接，另一端延伸至壳体（1）外。
8.一种运用权利要求1~6任一所述的高效制氢装置的甲醇水即时制氢系统，其特征在于，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、蒸发器、高效制氢装置、分离室；
所述的甲醇水存储容器中存储液态的甲醇和水，并通过原料输送装置与高效制氢装置的进料管道（4）进料端连接；所述的原料输送装置可实现将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至制氢装置进行制氢；
所述的蒸发器分别与原料输送装置、进料管道（4）连接，内置有微波加热装置；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，微波加热装置可即时对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化；
所述的分离室与高效制氢装置的输气管道（203）连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢装置输出的气体进行分离产出高纯度氢气；
所述高效制氢装置的燃烧炉（3）与制氢装置输气管道（203）输气端连接；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，燃烧炉通过燃烧制氢设备制得的气体进行供热。
9.一种运用权利要求1~6任一所述的高效制氢装置的甲醇水即时制氢系统，其特征在于，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、蒸发器、高效制氢装置、分离室、压力缓冲装置；
所述的甲醇水存储容器中存储液态的甲醇和水，并通过原料输送装置与高效制氢装置的进料管道（4）进料端连接；所述的原料输送装置可实现将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至制氢装置进行制氢；
所述的蒸发器分别与原料输送装置、进料管道（4）连接，内置有微波加热装置；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，微波加热装置可即时对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化；
所述的分离室与高效制氢装置的输气管道（203）连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢装置输出的气体进行分离产出高纯度氢气；
所述的压力缓冲装置与分离室输气端连接，所述的压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；
所述高效制氢装置的燃烧炉（3）与制氢装置输气管道（203）和/或压力缓冲装置输气端连接；所述的甲醇水即时制氢系统启动后，燃烧炉通过燃烧制氢装置和/或压力缓冲装置输出的气体进行供热。
10.根据权利要求8或9任一所述的甲醇水即时制氢系统，其特征在于，当燃烧炉（3）运行时，蒸发器的微波加热装置停止运行或同时与燃烧炉（3）一起运行。
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