CN210214797U - 一种甲醇水即时制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种甲醇水即时制氢系统，包括液体储存容器、原料输送装置、制氢设备、分离室；所述的制氢设备包括蒸发器、若干个反应器及若干个加热器；所述蒸发器内置有微波加热装置；所述的反应器和加热器交错连接，内放置有低温制氢催化剂或高温制氢催化剂；还包括能控制输出氢气压力的压力缓冲装置。本实用新型制氢系统启动快、出气稳定、损耗低、成本低，大大提供了实用性，可应用于车用燃料电池。

Description

一种甲醇水即时制氢系统

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。

目前，氢燃料电池技术已经较为成熟，成功应用在航空航天、汽车等领域，但如何安全、便捷地制备、运输、使用氢气，是一直困扰着人们的问题。对于该问题，通常的做法是利用储氢罐；然而，储氢罐由于存有大量的氢气，氢气遇火容易爆炸，安全性不高；此外，存储、输送氢气的成本较高，储量小，为氢气发电的应用带来困难。

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，为制氢设备（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。

发明内容

针对现有甲醇水制氢系统存在启动速度慢、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甲醇水即时制氢系统，该系统可应用于车用燃料电池。

具体的，本实用新型所述甲醇水即时制氢系统是通过以下技术方案实现的：

一种甲醇水即时制氢系统，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、制氢设备、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制氢设备连接；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设备进行制氢；所述的分离室与制氢设备的输气端连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢设备输出的气体进行分离产出高纯度氢气；

所述的制氢设备包括蒸发器、若干个反应器及若干个加热器；所述的反应器和加热器交错连接，反应器内放置有制氢催化剂；

所述的蒸发器分别与原料输送装置、反应器连接，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；

还包括与制氢设备输气端连接的燃烧炉；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、加热器进行加热。

蒸发器主要由加热室和蒸发室两部分组成。加热室向液体提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使气液两相完全分离。本实用新型所述制氢设备的蒸发器内置有微波加热装置（例如，微波加热管），通过内部微波加热，较常规使用燃烧炉等外部加热方式，可即时、快速对原料输送装置输送进来的液态甲醇和水进行加热气化，形成甲醇蒸气和水蒸气。本实用新型所述制氢设备设有多个反应器，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；而且系统运行过程中不再对反应器内的催化剂持续加热，大大降低了因高温加热对催化剂的损耗。本实用新型所述制氢设备还设有多个加热器，加热器设置在两两反应器中间，与反应器交错连接，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，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。

本实用新型还提供了对上述甲醇水即时制氢系统进一步改进的技术方案：

一种甲醇水即时制氢系统，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、制氢设备、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制氢设备连接；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设备进行制氢；所述的分离室与制氢设备的输气端连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢设备输出的气体进行分离产出高纯度氢气；

所述的制氢设备包括蒸发器、若干个反应器及若干个加热器；所述的反应器和加热器交错连接，反应器内放置有制氢催化剂；

所述的蒸发器分别与原料输送装置、反应器连接，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；

还包括与分离室输气端连接的压力缓冲装置，所述的压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；

还包括与制氢设备和/或压力缓冲装置输气端连接的燃烧炉；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和/或压力缓冲装置输出的气体为蒸发器、加热器进行加热。

较上述甲醇水即时制氢系统相比，改进增加了与分离室输气端连接的压力缓冲装置，该压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制，解决了现有制氢系统氢气输出压力不稳定或较低的问题。同时，燃烧炉通过燃烧压力缓冲装置输出的稳定压力的氢气，能有效控制为蒸发器、加热器进行加热的程度，使甲醇蒸气和水蒸气处于稳定的最佳反应温度范围内。

作为本实用新型甲醇水即时制氢系统的进一步改进，所述的反应器数量至少为两个，所述的加热器数量至少为两个。其中至少有一个反应器内放置有低温制氢催化剂，其余反应器内放置有高温制氢催化剂。

现有制氢系统启动慢主要原因在于先要加热重整室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，升温过程就需要至少1个小时左右，例如发明专利ZL201310340475.0所述的甲醇水制氢系统。本实用新型甲醇水即时制氢系统启动后，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的蒸发器，蒸发器内设的微波加热装置即可快速对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。100～350℃的甲醇蒸气和水蒸气通过放置有低温制氢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制氢催化剂反应氢，如此反复，本实用新型所述甲醇水即时制氢系统可快速进入良好的运行循环。

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。

本实用新型所述的膜分离装置可以选择现有技术所公开的任一能实现氢气分离的膜分离装置，例如发明专利ZL201310340475.0所公开的在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，其反应温度在350℃以上。

作为本实用新型甲醇水即时制氢系统的进一步改进，所述的反应器外设有保温隔热材料。

反应室外部设有隔热材料能防止甲醇蒸气和水蒸气与反应室外部冷空气发生热交换，导致温度下降，从而影响反应效果，也能减少加热器对经过反应器制氢反应后的甲醇蒸气和水蒸气的补热损耗。

所述的保温隔热材料为无机保温材料，例如固特节能纳米微孔材料、软瓷保温材料、硅酸铝保温材料、膨胀玻化微珠保温材料、胶粉聚苯颗粒保温材料、玻璃棉保温材料、岩棉保温材料等，优选固特节能纳米微孔材料、硅酸铝保温材料、玻璃棉保温材料和软瓷保温材料。

本实用新型所述甲醇水即时制氢系统的制氢方法，具体包括以下步骤：

S1、启动甲醇水即时制氢系统，原料输送装置将甲醇水存储容器中的液态的甲醇和水输送至制氢设备的蒸发器，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，形成温度达到100～350℃的甲醇蒸气及水蒸气；

S2、温度达到100～350℃的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有低温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体A，并从制氢设备输气端输出；

S3、从制氢设备输气端输出的部分混合气体A输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体为蒸发器、加热器进行加热，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350～600℃；

S4、经过升温的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有高温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体B，并从制氢设备输气端输出；

S5、从制氢设备输气端输出的部分混合气体B输送至燃烧炉，循环运行步骤S3；

S6、从制氢设备输气端输出的部分混合气体A和B输送至分离室进行分离产出高纯度氢气。

本实用新型所述进一步改进的甲醇水即时制氢系统的制氢方法，具体包括以下步骤：

S1、启动甲醇水即时制氢系统，原料输送装置将甲醇水存储容器中的液态的甲醇和水输送至制氢设备的蒸发器，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，形成温度达到100～350℃的甲醇蒸气及水蒸气；

S2、温度达到100～350℃的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有低温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体A，并从制氢设备输气端输出；从制氢设备输气端输出的部分混合气体A输送至分离室进行分离产出高纯度氢气A，高纯度氢气A输送至压力缓冲装置进行储存待用；

S3、从制氢设备输气端输出的部分混合气体A输送至燃烧炉，和/或从压力缓冲装置输气端输出的部分高纯度氢气A输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体A和/或高纯度氢气A为蒸发器、加热器进行加热，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350～600℃；

S4、经过升温的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有高温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体B，并从制氢设备输气端输出；从制氢设备输气端输出的部分混合气体B输送至分离室进行分离产出高纯度氢气B，高纯度氢气B输送至压力缓冲装置进行储存待用；

S5、从制氢设备输气端输出的部分混合气体B输送至燃烧炉，和/或从压力缓冲装置输气端输出的部分高纯度氢气B输送至燃烧炉，循环运行步骤S3；

S6、压力缓冲装置对输送来的高纯度氢气A和B进行储存待用，并经过压力控制将高纯度氢气从其输气端输出。

本实用新型所述甲醇水即时制氢系统制氢方法的进一步改进，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装置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，主要由燃烧炉为蒸发器提供热能，同时可以继续利用微波加热装置辅助加热，方便灵活。

本实用新型所述甲醇水即时制氢系统制氢方法的进一步改进，所述的原料输送装置向液态的甲醇和水提供2Mpa以上的压强，优选5Mpa以上；所述的压力缓冲装置输气端输出的氢气的压强为2～6Mpa，优选2～3Mpa。

提高原料输送环节的压强压力，保障分离室输入端与输出端有较大压力差，提升氢气出气量和速率。压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制，优选2～3Mpa压强的出气量，能满足车用燃料电池的需要。

本实用新型所述甲醇水即时制氢系统制氢方法的进一步改进，步骤S3中甲醇蒸气及水蒸气持续升温并最终维持温度优选为480～600℃。

作为本实用新型甲醇水即时制氢系统制氢方法的进一步改进，步骤S3中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，形成温度优选达到120～200℃的甲醇蒸气及水蒸气。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型无需固态氢气、气态氢气或其他燃料启动加热，冷启动后通过内部微波快速加热气化形成甲醇蒸气和水蒸气，再利用低温制氢催化剂先行反应制氢，从而启动制氢系统并快速进入良好的运行循环，在减少能量消耗的情况，大大提高的启动速度，可在5分钟内达到完全启动。

2、本实用新型通过对蒸发器、加热器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，提高了系统的运行寿命。

4、本实用新型通过反应温度、压力的调控，尤其利用压力缓冲装置对输出氢气的压力控制，解决了现有制氢系统氢气输出压力不稳定或较低的问题，同时还解决了现有制氢系统难于控制温度的问题。

5、本实用新型系统启动快、出气稳定、损耗低、成本低，大大提供了实用性，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1甲醇水即时制氢系统的组成示意图。

图2为本实用新型实施例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。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例1

如图1所示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、制氢设备、分离室，并通过管路依次连接；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质量的62.5%，水占总质量的37.5%），并通过原料输送装置与制氢设备连接；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设备进行制氢；所述的分离室与制氢设备的输气端连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢设备输出的气体进行分离产出高纯度氢气。

该甲醇水即时制氢系统的制氢设备包括蒸发器、2个反应器及2个加热器；所述的蒸发器分别与原料输送装置、反应器连接，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。

所述的反应器和加热器交错连接，反应器外设有保温材料固特节能纳米微孔材料；所述与蒸发器连接的反应器内放置有低温制氢催化剂CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂，另一个反应器内放置有高温制氢催化剂Pt/ Al₂O₃。

该甲醇水即时制氢系统还包括与制氢设备输气端连接的燃烧炉；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、加热器进行加热。

利用本实施例1所述甲醇水即时制氢系统制备氢气的方法，包括以下步骤：

S1、启动甲醇水即时制氢系统，原料输送装置将甲醇水存储容器中的液态的甲醇和水输送至制氢设备的蒸发器，输送压力为3～4Mpa，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，形成温度达到200～300℃的甲醇蒸气及水蒸气；

S2、温度达到200～300℃的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有低温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体A，并从制氢设备输气端输出；

S3、从制氢设备输气端输出的混合气体A输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体为蒸发器、加热器进行加热，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℃；蒸发器的微波加热装置与燃烧炉一起运行；

S4、经过升温的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有高温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体B，并从制氢设备输气端输出；

S5、从制氢设备输气端输出的部分混合气体B输送至燃烧炉，循环运行步骤S3；

S6、从制氢设备输气端输出的部分混合气体A和B输送至分离室进行分离产出高纯度氢气。

本实施例的运行原理是：

根据制氢设备管路的长度及最终输出氢气压力控制要求等，调节原料输送装置的输送压力为3～4Mpa，将液体的甲醇和水输送至制氢设备的蒸发器中，蒸发器的微波加热装置即时加热气化形成甲醇蒸气和水蒸气。由于是即时加热，甲醇蒸气和水蒸气的温度不能瞬时提升太高，会处于较为低温状态。根据低温催化剂的最佳反应温度，选择或者调节微波加热装置的加热功率使甲醇蒸气和水蒸气达到最佳低温反应温度200～300℃。200～300℃的甲醇蒸气和水蒸气经过放置有低温制氢催化剂CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂的反应器后开始反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体A。由于混合气体A温度尚未达到膜分离装置的反应温度，混合气体A全部送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体同时持续运行微波加热装置为蒸发器、加热器进行加热，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。400～600℃的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有高温制氢催化剂Pt/Al₂O₃的反应器后开始反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体B，实现系统良性循环。此时的混合气体一部分继续用来运行燃烧炉，一部分进入分离室分离得到高纯度氢气，氢气输出压力为2～3MPa，能为车用燃料电池提供充足的氢气。

实施例2

如图2所示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、制氢设备、分离室和压力缓冲装置，并通过管路依次连接；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质量的62.5%，水占总质量的37.5%），并通过原料输送装置与制氢设备连接；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设备进行制氢；所述的分离室与制氢设备的输气端连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢设备输出的气体进行分离产出高纯度氢气。

该甲醇水即时制氢系统的制氢设备包括蒸发器、4个反应器及4个加热器；所述的蒸发器分别与原料输送装置、反应器连接，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；

所述的反应器和加热器交错连接，反应器外设有玻璃棉保温材料；所述与蒸发器连接前2个反应器内放置有低温制氢催化剂CuO/ZnO/Al₂O₃/ZrO₂，剩余反应器内放置有高温制氢催化剂Pd/ZnO/Al₂O₃。

所述的的压力缓冲装置与分离室输气端连接，压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；

还包括与压力缓冲装置输气端连接的燃烧炉；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蒸发器、加热器进行加热。

利用本实施例2所述甲醇水即时制氢系统制备氢气的方法，包括以下步骤：

S1、启动甲醇水即时制氢系统，原料输送装置将甲醇水存储容器中的液态的甲醇和水输送至制氢设备的蒸发器，输送压力为2～3MPa，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，形成温度达到350℃的甲醇蒸气及水蒸气；

S2、温度达到350℃的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有低温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体A，并从制氢设备输气端输出；从制氢设备输气端输出的部分混合气体A输送至分离室进行分离产出高纯度氢气A，高纯度氢气A输送至压力缓冲装置进行储存待用；

S3、从压力缓冲装置输气端输出的部分高纯度氢气A输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧高纯度氢气A为蒸发器、加热器进行加热，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℃；蒸发器的微波加热装置停止运行；

S4、经过升温的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有高温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体B，并从制氢设备输气端输出；从制氢设备输气端输出的部分混合气体B输送至分离室进行分离产出高纯度氢气B，高纯度氢气B输送至压力缓冲装置进行储存待用；

S5、从压力缓冲装置输气端输出的部分高纯度氢气B输送至燃烧炉，循环运行步骤S3；

S6、压力缓冲装置对输送来的高纯度氢气A和B进行储存待用，并经过压力控制将高纯度氢气从其输气端输出。

本实施例的运行原理是：

根据制氢设备管路的长度及最终输出氢气压力控制要求等，调节原料输送装置的输送压力为2～3Mpa，将液体的甲醇和水输送至制氢设备的蒸发器中，蒸发器的微波加热装置即时加热气化形成甲醇蒸气和水蒸气。由于是即时加热，甲醇蒸气和水蒸气的温度不能瞬时提升太高，会处于较为低温状态。根据低温催化剂的最佳反应温度，选择或者调节微波加热装置的加热功率使甲醇蒸气和水蒸气达到最佳低温反应温度350℃。350℃的甲醇蒸气和水蒸气经过放置有低温制氢催化剂CuO/ZnO/Al₂O₃/ZrO₂的反应器后开始反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体A，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，燃烧炉通过燃烧高纯度氢气A为蒸发器、加热器进行加热，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。400～600℃的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有高温制氢催化剂Pd/ZnO/Al₂O₃的反应器后开始反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体B，实现系统良性循环。此时的混合气体一部分继续用来运行燃烧炉，一部分进入分离室分离得到高纯度氢气，氢气输出压力为2～3MPa，能为车用燃料电池提供充足的氢气。

实施例3

如图3所示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、制氢设备、分离室和压力缓冲装置，并通过管路依次连接；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质量的62.5%，水占总质量的37.5%），并通过原料输送装置与制氢设备连接；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设备进行制氢；所述的分离室与制氢设备的输气端连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢设备输出的气体进行分离产出高纯度氢气。

该甲醇水即时制氢系统的制氢设备包括蒸发器、6个反应器及6个加热器；所述的蒸发器分别与原料输送装置、反应器连接，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；

所述的反应器和加热器交错连接，反应器外设有软瓷保温材料；所述与蒸发器连接的前2个反应器及最后1个反应器内放置有低温制氢催化剂CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂，剩余反应器内放置有高温制氢催化剂Zn-Cr/Al₂O₃。

所述的的压力缓冲装置与分离室输气端连接，压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；

还包括与制氢设备和压力缓冲装置输气端连接的燃烧炉；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和压力缓冲装置输出的气体为蒸发器、加热器进行加热。

利用本实施例3所述甲醇水即时制氢系统制备氢气的方法，包括以下步骤：

S1、启动甲醇水即时制氢系统，原料输送装置将甲醇水存储容器中的液态的甲醇和水输送至制氢设备的蒸发器，输送压力为5～6MPa，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，形成温度达到100～200℃的甲醇蒸气及水蒸气；

S2、温度达到100～200℃的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有低温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体A，并从制氢设备输气端输出；从制氢设备输气端输出的混合气体A输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体A为蒸发器、加热器进行加热，使得混合气体A升温至350℃以上并从制氢设备输气端输出；从制氢设备输气端输出的部分混合气体A输送至分离室进行分离产出高纯度氢气A，高纯度氢气A输送至压力缓冲装置进行储存待用；

S3、从制氢设备输气端输出的部分混合气体A输送至燃烧炉，和从压力缓冲装置输气端输出的部分高纯度氢气A输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体A和高纯度氢气A为蒸发器、加热器进行加热，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480～600℃；蒸发器的微波加热装置继续运行；

S4、经过升温的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有高温制氢催化剂的反应器进行反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体B，并从制氢设备输气端输出；从制氢设备输气端输出的部分混合气体B输送至分离室进行分离产出高纯度氢气B，高纯度氢气B输送至压力缓冲装置进行储存待用；

S5、从制氢设备输气端输出的部分混合气体B输送至燃烧炉，和从压力缓冲装置输气端输出的部分高纯度氢气B输送至燃烧炉，循环运行步骤S3；

S6、压力缓冲装置对输送来的高纯度氢气A和B进行储存待用，并经过压力控制将高纯度氢气从其输气端输出。

本实施例的运行原理是：

根据制氢设备管路的长度及最终输出氢气压力控制要求等，调节原料输送装置的输送压力为5～6Mpa，将液体的甲醇和水输送至制氢设备的蒸发器中，蒸发器的微波加热装置即时加热气化形成甲醇蒸气和水蒸气。由于是即时加热，甲醇蒸气和水蒸气的温度不能瞬时提升太高，会处于较为低温状态。根据低温催化剂的最佳反应温度，选择或者调节微波加热装置的加热功率使甲醇蒸气和水蒸气达到最佳低温反应温度100～200℃。100～200℃的甲醇蒸气和水蒸气经过放置有低温制氢催化剂CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂的反应器后开始反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体A。由于混合气体A温度尚未达到膜分离装置的反应温度，混合气体A全部送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体同时持续运行微波加热装置为蒸发器、加热器进行加热，使得混合气体A升温至350℃以上并从制氢设备输气端输出。350℃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。将从制氢设备输气端输出的部分混合气体A和从压力缓冲装置输气端输出的部分高纯度氢气A输送至燃烧炉，燃烧炉通过燃烧混合气体A和高纯度氢气A为蒸发器、加热器进行加热，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480～600℃，即最适反应温度。480～600℃℃的甲醇蒸气及水蒸气进入放置有高温制氢催化剂Zn-Cr/Al₂O₃的反应器后开始反应制氢，得到含有氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体B，实现系统良性循环。此时的混合气体一部分继续用来运行燃烧炉，一部分进入分离室分离得到高纯度氢气，氢气输出压力为2～3MPa，能为车用燃料电池提供充足的氢气。

实施例中的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型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，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型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。

Claims (4)

1.一种甲醇水即时制氢系统，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、制氢设备、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制氢设备连接；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设备进行制氢；所述的分离室与制氢设备的输气端连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢设备输出的气体进行分离产出高纯度氢气；其特征在于：

所述的制氢设备包括蒸发器、若干个反应器及若干个加热器；所述的反应器和加热器交错连接，反应器内放置有制氢催化剂；

所述的蒸发器分别与原料输送装置、反应器连接，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；

还包括与制氢设备输气端连接的燃烧炉；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、加热器进行加热；

所述的反应器数量至少为两个，所述的加热器数量至少为两个。

2.一种甲醇水即时制氢系统，包括甲醇水存储容器、原料输送装置、制氢设备、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制氢设备连接；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设备进行制氢；所述的分离室与制氢设备的输气端连接，内设置有膜分离装置，可实现对制氢设备输出的气体进行分离产出高纯度氢气；其特征在于：

所述的制氢设备包括蒸发器、若干个反应器及若干个加热器；所述的反应器和加热器交错连接，反应器内放置有制氢催化剂；

所述的蒸发器分别与原料输送装置、反应器连接，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；

还包括与分离室输气端连接的压力缓冲装置，所述的压力缓冲装置能实现对输出氢气压力的控制；

还包括与制氢设备和/或压力缓冲装置输气端连接的燃烧炉；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和/或压力缓冲装置输出的气体为蒸发器、加热器进行加热；

所述的反应器数量至少为两个，所述的加热器数量至少为两个。

3.根据权利要求1～2任一所述的甲醇水即时制氢系统，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。

4.根据权利要求3所述的甲醇水即时制氢系统，其特征在于：所述的反应器外设有保温隔热材料。

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