一种制氢方法技术

本发明专利技术属于制氢领域，公开了一种制氢方法，该方法包括将铁粉和含氧水蒸汽接触，所述含氧水蒸汽中的水蒸汽与铁粉反应生成四氧化三铁和氢气，同时所述含氧水蒸汽中的氧气与铁粉反应生成氧化铁并释放热量，所释放的热量为水蒸汽和铁粉之间的反应提供热量以使水蒸汽与铁粉继续反应。本发明专利技术提供的制氢方法的主要原料为铁粉，便宜，不是危险品，易储存，无压力，没有污染；整个生产和反应过程基本零污染，零排放，不耗电；原料与氢气产量高容积比，1方铁粉可制取3000方氢气；制氢成本低，在回收副产品四氧化三铁后，每方氢气成本低于0.5元；流程简单，无需压缩机等复杂设备，投资省，操作简单方便，因此在AIP潜艇和工业领域有非常广泛的用途。

【技术实现步骤摘要】
一种制氢方法
本专利技术属于制氢领域，具体涉及一种制氢方法。
技术介绍
目前制取氢气的主要方法有：1、电解水制氢水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75-85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。2、矿物燃料制氢以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气的主要方法。该方法在我国都具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。A.以煤为原料制取氢气在我国能源结构中，在今后相当长一段时间内，煤炭还将是主要能源。煤气化制氢是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气化剂为水蒸汽或氧(空气)，气体产物中含有氢等组分，其含量随不同气化方法而异。但是此方法投资大，污染物排放量大，耗水大，适合大规模氢气生产。B.以天然气或轻质油为原料制取氢气该方法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢气。反应在800-820℃下进行。有部分氢气来自水蒸汽。用该方法制得的气体组成中，氢气含量可达74％(体积)，其生产成本主要取决于原料价格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采用该方法有一定限制。大多数大型氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸汽转化制氢的工艺以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原料。在军用潜艇的AIP(空气隔绝推进系统)解决方案之一，氢燃料电池能够让潜艇长时间在水下航行不用换气，综合各种因素，各国都把燃料电池视为比较理想的潜艇AIP系统。但是氢的供应和储存也是急需解决的关键，目前日本采用压力700bar储氢系统，储存量不大，危险性高；德国开发了固体氢气储备技术，采用昂贵的金属铂钯，但这只能是实验室装置，无法大规模应用；存储量比较大的是液态氢，比如运载火箭这种极端要求下就是这样的，但液态氢是密度很小的液体，要求存储罐体积很大，并且低温对存储罐的材料、加工要求很高，在潜艇里也无法使用。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种新的制氢方法，以解决目前潜艇中氢的供应和储存问题。为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：具体地，本专利技术提供了一种制氢方法，其中，该制氢方法包括：将铁粉和含氧水蒸汽接触，所述含氧水蒸汽中的水蒸汽与铁粉反应生成四氧化三铁和氢气，同时所述含氧水蒸汽中的氧气与铁粉反应生成氧化铁并释放热量，所释放的热量为水蒸汽和铁粉之间的反应提供热量以使水蒸汽与铁粉继续反应。进一步地，所述含氧水蒸汽采用以下方法获得：将常温水加压至3-5bar之后雾化，之后与氧气混合并采用水蒸汽和铁粉反应生成的氢气提供的热源进行加热，得到所述含氧水蒸汽。进一步地，所述含氧水蒸汽中水蒸汽和氧气的摩尔比为(5-7)：1。进一步地，所述铁粉和含氧水蒸汽接触的起始温度为600-700℃。进一步地，所述制氢方法在制氢装置中进行，所述制氢装置包括反应炉，所述反应炉为包括具有进气端和出气端的圆筒形炉体的卧式反应炉，所述进气端设有含氧水蒸汽进口和磁铁粉排出口，所述含氧水蒸汽进口位于所述圆筒形炉体顶部，且所述磁铁粉排出口位于所述圆筒形炉体底部，所述出气端设有铁粉进料口和氢气出口，所述铁粉进料口位于所述圆筒形炉体中下部，所述氢气出口位于所述圆筒形炉体顶部，所述圆筒形炉体内安装有转轴，所述转轴与所述圆筒形炉体之间设置密封，所述转轴上安装有沿轴向方向间隔开的多组叶片，组与组之间的叶片位置错开一角度，每组叶片包括沿周向间隔开的多个平板式叶片，所述平板式叶片上密布孔，所述圆筒形炉体内还安装有靠近进气端的电加热器；在制氢过程中，所述反应炉安装成使得所述出气端高于进气端，所述铁粉从所述铁粉进料口引入所述反应炉内，所述含氧水蒸汽从所述含氧水蒸汽进口引入所述反应炉内并往出气端流动，所述反应炉中的叶片随着转轴转动以将所述铁粉逐步提升，随着叶片抬高倾斜，铁粉同时从所述叶片上的孔下落并从叶片上滑落，所述反应炉内设置的电加热器在装置启动时将炉体内的温度加热至600-700℃，往出气端流动的含氧水蒸气中的水蒸汽与铁粉反应生成四氧化三铁粉末和氢气，同时所述含氧水蒸汽中的氧气与铁粉反应生成氧化铁并释放热量，所释放的热量为水蒸汽和铁粉之间的反应提供热量以使水蒸汽与铁粉继续反应，产生氢气，氢气往出气端流动，逐步加热铁粉，氢气自身逐渐冷却后从氢气出口离开反应炉。进一步地，所述平板式叶片包括至少二个支腿和一矩形平板，所述支腿一端焊接于所述转轴，另一端固定于所述矩形平板，所述矩形平板上密布孔。进一步地，所述支腿在所述反应炉径向上的长度等于所述圆筒形炉体半径的1/3到1/2，所述矩形平板在所述反应炉径向上的长度等于所述圆筒形炉体半径的1/2到2/3。进一步地，所述孔的直径为6-10毫米，其之间的间距为1-2厘米。进一步地，所述转轴上安装有四组叶片，每组叶片包括彼此相距120度的三个平板式叶片，组与组之间的叶片位置错开30度。进一步地，所述圆筒形炉体内还设有铁粉防漏挡板和磁铁粉溢出板，所述铁粉防漏挡板位于所述含氧水蒸汽进口向所述出气端的一侧，所述磁铁粉溢出板位于所述磁铁粉排出口向出气端的一侧。进一步地，所采用的制氢装置还包括铁粉原料罐、磁铁粉收集罐、供水罐、液氧罐、液氧气化器、水泵、雾化器、换热器和吸附过滤器；所述铁粉原料罐位于反应炉上方并通过一进料管与所述铁粉进口连通，所述磁铁粉收集罐位于反应炉下方并通过一排料管与所述磁铁粉排出口连通，所述供水罐、所述水泵、所述雾化器和所述换热器的第一介质入口依次连通，所述液氧罐、所述液氧气化器和所述换热器的第一介质入口依次连通，所述含氧水蒸汽进口与所述换热器的第一介质出口连通，所述氢气出口与所述换热器的第二介质入口连通，所述换热器的第二介质出口与所述吸附过滤器的进气口连通，所述吸附过滤器的出气口与下游氢气用户连通；源自所述供水罐的水经水泵加压至3-5bar，然后经雾化器8雾化成水蒸气，之后与源自液氧罐并经液氧气化器气化之后的氧气混合，混合气进入换热器中被回流的氢气加热成为热含氧水蒸汽后进入磁铁粉收集罐内以磁铁粉作为热源加热到高温之后再进入反应炉，源自铁粉原料罐的铁粉与含氧水蒸气中的水蒸气在反应炉中反应生成四氧化三铁和氢气，同时与所述含氧水蒸汽中的氧气在反应炉中反应生成氧化铁并释放热量，所释放的热量为水蒸汽和铁粉之间的反应提供热量以使水蒸汽与铁粉继续反应，四氧化三铁和氧化铁进入磁铁粉收集罐，氢气作为热源被引入换热器中对混合气进行加热，之后经吸附过滤器过滤之后引入下游氢气用户。进一步地，所述下游氢气用户为燃料电池，所述燃料电池的氧气进口与所述液氧气化器连通，并且其排水口与所述供水罐连通。本专利技术的有益效果如下：(1)主要原料为铁粉，便宜，不是危险品，易储存，无压力，没有污染；(2)整个生产和反应过程基本零污染，零排放，不耗电；(3)原料与氢气产量高容积比，1方铁粉可制取3000方氢气；(4)制氢成本低，在回收副产品四氧化三铁后，每方氢气成本低于0.5元；(5)流程简单，无需压缩机等复杂设备，投资省，操作简单方便，因此在AIP潜艇和工业领域有非常广泛的用途。此外，当所述制氢方法在本专利技术提供的优选的制氢设备中进行时，由于该制氢设备体积小，每小时生产300方氢气的反应炉直径只本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制氢方法，其特征在于，该制氢方法包括：将铁粉和含氧水蒸汽接触，所述含氧水蒸汽中的水蒸汽与铁粉反应生成四氧化三铁和氢气，同时所述含氧水蒸汽中的氧气与铁粉反应生成氧化铁并释放热量，所释放的热量为水蒸汽和铁粉之间的反应提供热量以使水蒸汽与铁粉继续反应。

【技术特征摘要】
1.一种制氢方法，其特征在于，该制氢方法包括：将铁粉和含氧水蒸汽接触，所述含氧水蒸汽中的水蒸汽与铁粉反应生成四氧化三铁和氢气，同时所述含氧水蒸汽中的氧气与铁粉反应生成氧化铁并释放热量，所释放的热量为水蒸汽和铁粉之间的反应提供热量以使水蒸汽与铁粉继续反应。2.根据权利要求1所述的制氢方法，其特征在于，所述含氧水蒸汽采用以下方法获得：将常温水加压至3-5bar之后雾化，之后与氧气混合并采用水蒸汽和铁粉反应生成的氢气提供的热源进行加热，得到所述含氧水蒸汽。3.根据权利要求1所述的制氢方法，其特征在于，所述含氧水蒸汽中水蒸汽和氧气的摩尔比为(5-7)：1。4.根据权利要求1所述的制氢方法，其特征在于，所述铁粉和含氧水蒸汽接触的起始温度为600-700℃。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制氢方法，其特征在于，所述制氢方法在制氢装置中进行，所述制氢装置包括反应炉，所述反应炉为包括具有进气端和出气端的圆筒形炉体的卧式反应炉，所述进气端设有含氧水蒸汽进口和磁铁粉排出口，所述含氧水蒸汽进口位于所述圆筒形炉体顶部，且所述磁铁粉排出口位于所述圆筒形炉体底部，所述出气端设有铁粉进料口和氢气出口，所述铁粉进料口位于所述圆筒形炉体中下部，所述氢气出口位于所述圆筒形炉体顶部，所述圆筒形炉体内安装有转轴，所述转轴与所述圆筒形炉体之间设置密封，所述转轴上安装有沿轴向方向间隔开的多组叶片，组与组之间的叶片位置错开一角度，每组叶片包括沿周向间隔开的多个平板式叶片，所述平板式叶片上密布孔，所述圆筒形炉体内还安装有靠近进气端的电加热器；在制氢过程中，所述反应炉安装成使得所述出气端高于进气端，所述铁粉从所述铁粉进料口引入所述反应炉内，所述含氧水蒸汽从所述含氧水蒸汽进口引入所述反应炉内并往出气端流动，所述反应炉中的叶片随着转轴转动以将所述铁粉逐步提升，随着叶片抬高倾斜，铁粉同时从所述叶片上的孔下落并从叶片上滑落，所述反应炉内设置的电加热器在装置启动时将炉体内的温度加热至600-700℃，往出气端流动的含氧水蒸气中的水蒸汽与铁粉反应生成四氧化三铁粉末和氢气，同时所述含氧水蒸汽中的氧气与铁粉反应生成氧化铁并释放热量，所释放的热量为水蒸汽和铁粉之间的反应提供热量以使水蒸汽与铁粉继续反应，产生氢气，氢气往出气端流动，逐步加热铁粉，氢气自身逐渐冷却后从氢气出口离开反应炉。6.根据权利要求5所述的制氢方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，刘立强，陈国霖，
申请(专利权)人：上海涛川能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31