【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氢气催化燃烧，特别是涉及一种基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置。
技术介绍
1、氢气是一种理想的清洁能源，被誉为终极能源，已成为世界各国能源战略的重要组成部分。氢气是一种高能量密度的含能体，不仅能发电，还可用于供热，在航空航天、工业生产、交通运输以及民用领域都有着广阔的应用前景，氢燃料电池、氢内燃机、氢气锅炉等技术已经开启了市场化应用。另一方面，氢气的易燃易爆性质迫使人们在推广氢能技术时需要特别重视氢能使用过程的安全控制问题。氢气直接燃烧时火焰温度可达2000℃以上，且由于扩散能力强，造成火焰分布区域长，不但温度难以有效控制，而且所涉设备和管道要求能够耐极端高温热冲击，同时高温燃烧还会产生nox之类的有害废气，因此非常不适宜于民用领域，尤其是生活或办公场所使用。利用氢气催化燃烧技术，在催化剂的作用下，氢气可以在低温下发生无焰燃烧，安全性好，且无nox废气排放，因此该技术已经在工业生产中得到了重视和应用，但是，若要推广到民用领域，不仅需要对氢气催化燃烧供热的应用功率进行精确控制，同时还要求能全天候使用，特别是在零度以下的冬季能正常启动供热，而目前这两方面的研究都甚少。再者，氢气催化燃烧的产物只有水，若将水加以高值利用，不失为提高氢能应用价值的有效手段，但目前极少有人将氢气催化燃烧产生的水转化为饮用水，因此也迫切需要提供这方面的应用技术。
2、技术专利公告号cn215570436u，公开了一种氢气催化燃烧器，使空气与氢气分别通过空气管路与氢气管路进入反应腔，与催化剂发生催化反应，并将反应放出的热量传递至导热
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，通过将氢气与空气适当混合后通入装填在绝热式反应器中的固体催化剂床层，氢气与空气在该床层中发生催化燃烧反应放出热量，具有一定温度的反应后气体离开催化剂床层后进入换热器，换热器中加入的冷流体介质通过与反应后气体发生热交换得以升温，成为携带特定功率的热流体介质，该热流体介质可直接使用，也可成为供热体为应用场所或其它媒介供热，而换热冷却后的反应后气体继续进入气液分离器，从气液分离器中流出的液体经过吸附净化器后得到饮用水。不仅能控制供热功率，而且在零度以下无需外部辅助也可自行启动，同时还能提供饮用水。该装置及方法简单易操作、能效高、成本低、安全性好，尤其适合于民用领域。
2、本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
3、一种基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特点是，包括依次连接的装填有固体催化剂的绝热式反应器、管壳式换热器、气液分离器和吸附净化器；
4、当一定流量及比值的氢气与空气通入所述反应器后，该反应器内的固体催化剂对对氢气和空气的混合气体进行催化反应作用，使氢气燃烧释放热量，反应后的混合气体传入所述的管壳式换热器，该管壳式换热器的进液端通入冷流体介质，使所述混合气体与冷流体介质发生热交换反应，使所述混合气体的温度降低，所述冷流体介的温度上升，成为热流体介质，经所述管壳式换热器的出液端排出，其余混合气体和液体则经所述气液分离器，分离出气体和液体；所述液体传入所述吸附净化器，经该吸附净化器净化后获得饮用水。
5、所述的固体催化剂由陶瓷蜂窝为载体，负载活性组分pt制成，pt含量为0.05～0.95wt％。
6、一种利用氢气催化燃烧同时提供热量及生产饮用水的装置及方法，通过将氢气与
7、热流体介质的供热功率可在5kw范围内任意调控，同时产生的饮用水的流量可在15ml/min范围内调节；
8、可通过以下步骤完成：1)将一定流量及比值的氢气与空气混合后通入装填在绝热式反应器中的固体催化剂床层，氢气与空气在该床层中发生催化燃烧反应放出热量；2)具有温度最高为900℃的反应后气体离开催化剂床层后进入换热器，与换热器中加入的冷流体介质发生热交换，后者升温成为携带特定功率的热流体介质；3)换热冷却后的反应后气体继续进入气液分离器，流出的液体经过吸附净化器之后，得到特定流量的饮用水，分离出的气体直接放空。
9、所述的一定流量及比例的氢气与空气，氢气的体积流量最大为30l/min，空气的体积流量最大为3000l/min，氢气与空气的体积流量比值范围为1％～10％，较佳地，为2％～5％。
10、所述的固体催化剂床层，为整体式陶瓷蜂窝催化剂；所述的整体式陶瓷蜂窝催化剂，以市售整体式陶瓷蜂窝为载体，负载活性组分pt制成，pt含量为0.05～0.95wt％，较佳地，为0.2～0.6wt％；所述的整体式陶瓷蜂窝载体，优选每平方英寸400孔道的多孔堇青石载体，具有外表面大、耐高温、导热性小的特点；所述催化剂床层的尺寸为φ10cm×10cm～φ50cm×50cm，较佳地，为φ15cm×30cm～φ30cm×20cm，装填在单段绝热式不锈钢反应器中；所述的单段绝热式反应器，是指不与外部环境进行任何热量交换且内部无换热构件的反应设备；所述的pt含量与催化剂床层尺寸应针对不同的反应气体流量结合使用，当气体流量较大时，采用较高的pt含量或较大的催化剂床层尺寸均可使氢气充分燃烧，但会增加催化剂或床层的制造成本，同时大尺寸的催化剂床层的热容量大，虽然绝热保温性好，但是温度分布不均匀，易产生热应力影响床层结构稳定性，因此须协调pt含量与催化剂床层尺寸；采用所述的固体催化剂床层装填在单段绝热式不锈钢反应器中，可在零度以下自行启动，即当通入一定流量及比例的氢气与空气后，氢气催化燃烧反应就可发生，进而放出热量。
11、所述的换热器，为管壳式不锈钢换热器，反应后气体进入换热器壳层，换热器中加入的冷流体介质则流经管层，两者发生热交换后，反应后气体温度下降，冷流体介质升温成为热流体介质，携带了最大功率为5kw的能量；所述的冷(热)流体介质可为自来水、乙二醇、丙三醇或苯环型导热油等，这些热流体介质是常用的供热体，可为应用场所或其它媒介供热，当热流体介质为自来水时，可直接为生活或办公所用。
12、所述的气液分离器采用不锈钢材质，可采用市售气液分离器，例如，但不限于mlxfqf-32型气液分离器，依据离心、旋流、重力沉降等原理，使经过换热器降温后的反应后气体进入气液分离器之后，实现气体与液体的分离。所述的降温后的反应后气体，组份为贫氧空气和水蒸气及微量氢气。所述的气体与液体的分离，是将反应后气体中所含的水蒸气在气液分离器中转化为液态水，得以与贫氧空气及微量氢气等气体分离。
13、所述的吸附净化器采用不锈钢材质，内部装填净水滤芯，可采用市售活性炭滤芯、陶瓷滤芯或聚酯纤维滤芯等，用以除去流入液体中的各种金属或陶瓷微粒杂质，使得从吸附净化器流出的液体符合饮用水国家标准-《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2022)。
14、所述的不锈钢反应器、不锈钢换热器、不锈钢气液分离器、不锈钢吸附净化器，可采用常规的不锈钢材质，如304、321、316、316l、347、317本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，包括依次连接的装填有固体催化剂的绝热式反应器、管壳式换热器、气液分离器和吸附净化器；
2.根据权利要求1所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，所述的固体催化剂由陶瓷蜂窝为载体，负载活性组分Pt制成，Pt含量为0.05～0.95wt％。
3.根据权利要求2所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，所述陶瓷蜂窝为每平方英寸400孔道的多孔堇青石，所述固体催化剂床层的尺寸为φ10cm×10cm～φ50cm×50cm。
4.根据权利要求3所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，所述Pt含量为0.2～0.6wt％，所述固体催化剂床层的尺寸为φ15cm×30cm～φ30cm×20cm。
5.根据权利要求1所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，所述氢气与空气的体积流量比值为1％～10％，且氢气的体积流量最大为30L/min，空气的体积流量最大为3000L/min。
6.根据权利要求5所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是
7.根据权利要求1所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，所述的冷(热)流体介质为自来水、乙二醇、丙三醇或苯环型导热油，所述热流体介质作为供热体，可为应用场所或其它媒介供热，当热流体介质为自来水时，可直接为生活或办公所用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，包括依次连接的装填有固体催化剂的绝热式反应器、管壳式换热器、气液分离器和吸附净化器；
2.根据权利要求1所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，所述的固体催化剂由陶瓷蜂窝为载体，负载活性组分pt制成，pt含量为0.05～0.95wt％。
3.根据权利要求2所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，所述陶瓷蜂窝为每平方英寸400孔道的多孔堇青石，所述固体催化剂床层的尺寸为φ10cm×10cm～φ50cm×50cm。
4.根据权利要求3所述的基于氢气催化燃烧的供热及供水的装置，其特征是，所述pt含量为0.2～0.6wt％，所述固体...
【专利技术属性】
技术研发人员：李平，孙春水，孙荣华，王诗瑶，杨柳，曹晨熙，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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