一种高效制氢装置及运用该装置的甲醇水即时制氢系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术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。

An efficient hydrogen production device and its methanol water instant hydrogen production system

【技术实现步骤摘要】
一种高效制氢装置及运用该装置的甲醇水即时制氢系统
本技术属于新能源
，具体属于甲醇水制氢
，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。
技术介绍
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，专利技术专利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，专利技术专利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。
技术实现思路
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，本技术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，本技术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。本技术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；本技术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。作为本技术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。本技术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。本技术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，本技术制氢装置启动后，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，本技术所述制氢装置可快速进入良好的运行循环。作为本技术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。作为本技术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。作为本技术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。作为本技术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。作为本技术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。...

【技术保护点】
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；/n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；/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文昭，罗杏宜，何国强，谭欣，
申请(专利权)人：广西氢朝能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广西;45