CN105329853A - 基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，包括汽化室和重整室，还包括一个机壳，所述汽化室和重整室设置在机壳内，所述机壳上设有甲醇水原料入口、氢气出口；所述制氢机内还设有氢气纯化模块、燃烧器和主控制面板，所述甲醇水原料入口、汽化室、重整室、氢气纯化模块的氢气输出端和氢气出口依次相继连接；本发明不需要外接交流电或采用大型的变压装置，体积小、便携且容易移动，实现了自给供热，只需要提供甲醇水原料即可维持制氢机的运行，解决了氢气运输和储存成本高的问题，降低使用氢能的成本，对于氢能的开发、氢能源进入市场生产具有很大的促进作用，实现能源使用的可持续发展，大大提高了经济效益和社会效益。

Description

基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机

技术领域

本发明涉及一种制氢机，特别是一种基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机。

背景技术

能源与环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。氢能是理想的清洁能源之一，已引起极大重视并广泛使用。如将氢气直接用于内燃机的燃料，可获得比一般碳氢化合物燃料更高的效率，而且还具有零污染排放的优异性能；将氢气用于氢氧燃料电池则可得到高达45%～60%的化学能-电能转化效率，而一般的内燃机的热机效率仅为15%。由于质子交换膜燃料电池技术的突破，高效燃料电池动力车样车已陆续出现。随着技术的不断发展，氢能的应用范围必将不断扩大，大力开发氢能具有重大意义。

氢气是清洁能源，也是重要的化工原料，虽然氢能源具有如此众多的优点，但目前社会上还是以使用汽油、柴油等不可再生能源为主要的能源，其主要原因是因为移动和保存氢气的成本过高，大大地阻碍了氢气作为能源进入到市场生产；目前随着燃料电池等各种利用氢气的移动设备的发展，对氢气的需求越来越大，但目前氢气的移动和保存成本太高，若能设计出便携移动制氢的设备即可解决运输和储存氢气的问题，现在也有通过采用电解水的方式进行制氢，虽然该设备体积较小可移动制氢，但其必须要连通220V的交流电线和电极，一但开始制氢就不能移动，若要移动则使用需要配备体积庞大重量极重的变压器，其成本高、难以移动，不是真正意义上的移动制氢。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供能方便移动制氢、体积小、重量轻的一种基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，包括用于将甲醇水汽化的汽化室和通过催化剂将甲醇水转化成氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳混合物的重整室，还包括一个机壳，所述汽化室和重整室设置在机壳内，所述机壳上设有用于送入甲醇水的甲醇水原料入口、用于输出氢气的氢气出口；所述制氢机内还设有让氢气选择性通过的氢气纯化模块、为重整室提供化学反应必须热量的燃烧器和用于控制制氢机内各模块运行的主控制面板，所述甲醇水原料入口、汽化室、重整室、氢气纯化模块的氢气输出端和氢气出口依次相继连接；所述燃烧器与氢气纯化模块的剩余气体输出端相连，燃烧器所产生的热量热传递至重整室，燃烧器通过点火电路***与主控制面板相连。

本发明便携式移动制氢机使用甲醇水制氢技术，根据原料及工艺的不同，目前氢气的制造方法主要有：电解法、烃类水蒸气转化法、煤气化和煤水蒸气转化法、氨或甲醇催化裂解法和石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢等等，其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大，并不适合在移动制氢机中使用。本发明便携式移动制氢机采用甲醇水制氢，甲醇与大规模的天然气、轻油蒸汽转化制氢或水煤气制氢相比，投资省，能耗低，与电解水制氢相比，单位氢气成本较低，而且运输存储方便，操作方便，搬运灵活且安全性好，采用甲醇和水的混合物制氢，所产生的氢气纯度高、产度高，而且采用甲醇制氢不需要外接交流电或使用大型的变压器，制氢机的体积小；甲醇除了从石油等化学物质中产生，也可以从粪便、植物中产生，其来源更加环保，是可再生资源和绿色能源、来源便利且能可持续发展。

甲醇和水的混合物通过制氢机的甲醇水原料入口送入汽化室，在气化室里气化，气化后的甲醇水气体进入重整室催化重整，将甲醇水转化成氢气H₂、甲烷CH₄、一氧化碳CO和二氧化碳CO₂的混合物，该混合物产物直接导流至氢气纯化模块，该氢气纯化模块采用膜分离纯化技术，只选择性的允许氢气通过，所述过滤出的氢气从氢气出口输出至用于燃料电池和其他的一些需要消耗氢气的设备，未通过该氢气纯化模块过滤膜的残留气体包括CO、CO₂等混合气体，该残留混合气体导入燃烧器，主控制面板通过点火电路***控制燃烧器点燃残留混合气体，燃烧器所产生的热量传输至重整室为重整室提供提供甲醇水催化重整所必须的温度，以往甲醇水催化需要额外使用天然气或石油进行加热以让重整室达到甲醇水催化所必要的温度，本设计通过采用燃烧器燃烧残留混合气体为重整室提供热量的方式，实现了自给供热。不仅去除了剩余残留气体所携带的有毒气体，而且不需使用额外的能源以位置重整室的温度，不仅环保，而且有效地减少了制氢机的体积。

优选地，燃烧器设置在重整室和汽化室的下方。该设计让燃烧器燃烧剩余残留气体时产生的热量能更好地传递至重整室和气化室，保持重整室和气化室达到甲醇水能顺利被催化的温度。

进一步，所述汽化室和甲醇水原料入口之间还连接有用于存储甲醇水的甲醇水储存罐。所述甲醇水通过甲醇水原料入口进入甲醇水储存罐，再通过甲醇水储存罐进入气化室，甲醇水储存罐用于存储甲醇水，避免因为外部输入的甲醇水因为意外中断而导致甲醇水制氢反应的中断，也可以通过储备在甲醇水储存罐内的甲醇水进行制氢，使其使用更加方便、增强其移动性能，因此设置甲醇水储存罐能提高便携式移动制氢机的稳定性、安全性和实用性。

进一步，所述甲醇水储存罐和气化室之间还连接有单向阀，所述单向阀的通过单向阀控制电路连接至主控制面板。所述单向阀设置在甲醇水储存罐和气化室之间，主控制面板通过单向阀控制电路控制单向阀，用于对控制甲醇水输入进行控制。

进一步，所述氢气纯化模块的氢气输出端和氢气出口之间还连接有用于缓冲氢气输出的氢气缓冲储存罐。氢气缓冲储存罐可对氢气的输出进行缓冲，增加本发明的安全性。

进一步，还包括一氢气减压阀，所述氢气减压阀与氢气缓冲储存罐相连，所述氢气缓冲储存罐内还设有气压检测模块，所述氢气减压阀和气压检测模块分别与主控制面板相连。氢气减压阀收到主控制面板的控制，当气压检测模块检测到氢气缓冲储存罐内压力异常时，可控制氢气减压阀打开让氢气从氢气减压阀排出，增强本发明的安全性能。

进一步，所述氢气缓冲储存罐包括用与为燃烧器提供启动燃烧氢气的氢气启动存储罐，所述氢气启动存储罐与燃烧器连接。当便携式移动制氢机开始制氢时，由于所产生的剩余残留气体不足，不足以产生足够的温度给重整室使用，所以氢气启动存储罐可以为燃烧器提供启动燃料，点燃燃烧器为重整室和气化室提供足够温度，因为氢气启动存储罐内的氢气也是由甲醇水重整转化而成的，因此不需要额外的氢气、天然气等燃料，让便携式移动制氢机的适用性和实用性更好，功能更全面，使用更可靠。

进一步，还包括换热器，所述换热器包括冷流体入口、冷流体出口、热流体入口和热流体出口，所述换热器的冷流体入口、冷流体出口分别与甲醇水原料入口和汽化室相连，换热器的热流体入口和热流体出口分别与氢气纯化模块的氢气输出端和氢气出口相连。所述换热器可将从氢气纯化模块输出的高温氢气的热量传输至甲醇水，不仅能让输出的氢气降温，使其更加便于存放和使用，也可让加热甲醇水，让甲醇水在气化室能更加容易地气化，提高甲醇水的气化效率和制氢机的制氢效率。

进一步，所述甲醇水原料入口和汽化室之间还设有用于将甲醇水输送到汽化室的原料泵，所述原料泵的吸入口与甲醇水原料入口相连，输出口连接至汽化室，所述原料泵的控制端与主控制面板相连。所述原料泵不仅可用于将甲醇水储存罐或甲醇水原料入口的甲醇水泵进气化室，并且可根据主控制面板的控制信号控制甲醇水的输入流量，从而对便携式移动制氢机的制氢速度进行控制，其操控性更好。

进一步，还包括用于为重整室加热的加热器，所述加热器与主控制面板相连。所述加热器用于对重整室进行预热，在甲醇水进入前让重整室达到足够反应的温度，当甲醇水一进入可立即进行反应并制造出氢气，增强本发明便携式移动制氢机的即时性。

进一步，还包括用于为机体散热的鼓风机，所述鼓风机与主控制面板相连接。所述鼓风机受到主控制面板的控制，根据制氢机的实际运行情况控制鼓风机的出风量对便携式移动制氢机内的温度进行调控，不仅使其更加安全，而且能提高本发明的稳定性。

进一步，所述重整室和/或氢气纯化模块内设有温度传感器，所述温度传感器通过温度反馈电路连接至主控制面板。设置在重整室和/或氢气纯化模块内的温度传感器可对重整室和/或氢气纯化模块内的温度反馈至主控制面板，主控制面板可根据所反馈的温度分别对原料泵、鼓风机、氢气减压阀、单向阀等模块进行控制，从而保证便携式移动制氢机运行的安全性和稳定性。

进一步，所述机壳上还设有用于排出制氢机内剩余气体的排气阀。所述排气阀可将便携式移动制氢机内的废弃排出，保证便携式移动制氢机的稳定工作。

本发明的有益效果是：本发明采用的基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，通过对重整室甲醇水进行催化重整并通过采用膜分离纯化技术的氢气纯化模块分离出氢气，由于采用甲醇水催化重整的技术，不需要外接交流电或采用大型的变压装置，体积小、便携且容易移动，由于通过燃烧剩余残留气体为催化重整提供必须的热量，实现了自给供热，不需要额外的燃料和特有的设备维持催化重整，只需要提供甲醇水原料即可维持制氢机的运行，提高了本发明的移动性并进一步减少其体积，本发明具有十分好的便携性和可移动性，并且采用了来源丰富且环保的甲醇作为原料，解决了氢气运输和储存成本高的问题，降低使用氢能的成本，对于氢能的开发、氢能源进入市场生产具有很大的促进作用，实现能源使用的可持续发展，大大提高了经济效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机的***示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，包括机壳3,所述机壳3内设有用于将甲醇水汽化的汽化室1和通过催化剂将甲醇水转化成氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳混合物的重整室2，所述机壳3上设有用于送入甲醇水的甲醇水原料入口4、用于输出氢气的氢气出口5；所述制氢机内还设有让氢气选择性通过的氢气纯化模块6、为重整室2提供化学反应必须热量的燃烧器7、用于控制制氢机内各模块运行的主控制面板8、用于存储甲醇水的甲醇水储存罐9、用于将甲醇水输送到汽化室1的原料泵16、单向阀10、用于缓冲氢气输出的氢气缓冲储存罐11和换热器15。所述甲醇水原料入口4、甲醇水储存罐9、单向阀10、原料泵16、换热器15、气化室、重整室2、氢气纯化模块6、燃烧器7、氢气缓冲储存罐11和氢气出口5依次相继连接。

所述甲醇水从甲醇水原料入口4进入便携式移动制氢机内的甲醇水储存罐9，所述甲醇水储存罐9用于存储甲醇水，避免因为外部输入的甲醇水因为意外中断而导致甲醇水制氢反应的中断，也可以通过储备在甲醇水储存罐9内的甲醇水进行制氢，使其使用更加方便、增强其移动性能，因此设置甲醇水储存罐9能提高便携式移动制氢机的稳定性、安全性和实用性。

在原料泵16的作用下甲醇水储存罐9内的甲醇水依次经过单向阀10、原料泵16然后进入换热器15的冷流体入口，所述单向阀10和原料泵16的控制端分别与主控制面板8相连，所述主控制面板8通过单向阀10和原料泵16对甲醇水的通断、流量和流速进行控制，增强便携式移动制氢机的可控性。

进入换热器15的甲醇水经过换热器15加热后从换热器15的冷流体出口输出导入气化室气化，气化后的甲醇水气体进入重整室2催化重整，将甲醇水转化成氢气H₂、甲烷CH₄、一氧化碳CO和二氧化碳CO₂的混合物，该混合物产物直接导流至氢气纯化模块6，该氢气纯化模块6采用膜分离纯化技术，只选择性的允许氢气通过，所述过滤出的氢气从氢气纯化模块6的氢气输出端送至换热器15的热流体入口，输出的氢气经换热器15换热降温后经热流体出口传输至氢气缓冲储存罐11；所述换热器15可将从氢气纯化模块6输出的高温氢气的热量传输至甲醇水，不仅能让输出的氢气降温，使其更加便于存放和使用，也可让加热甲醇水，让甲醇水在气化室能更加容易地气化，提高甲醇水的气化效率和制氢机的制氢效率。所述氢气缓冲储存罐11可对氢气的输出进行缓冲，增加本发明的安全性。最后氢气缓冲储存罐11内的氢气从氢气出口5输出至用于燃料电池和其他的一些需要消耗氢气的设备。

其中未通过该氢气纯化模块6过滤膜的残留气体包括CO、CO₂等混合气体，该残留混合气体导入燃烧器7，主控制面板8通过点火电路***控制燃烧器7点燃残留混合气体，燃烧器7所产生的热量传输至重整室2为重整室2提供提供甲醇水催化重整所必须的温度，以往甲醇水催化需要额外使用天然气或石油进行加热以让重整室2达到甲醇水催化所必要的温度，而燃烧器7燃烧后的剩余气体通过设置在机壳3上的排气阀20排出。本设计通过采用燃烧器7燃烧残留混合气体为重整室2提供热量的方式，实现了自给供热。不仅去除了剩余残留气体所携带的有毒气体，而且不需使用额外的能源以位置重整室2的温度，不仅环保，而且有效地减少了制氢机的体积。

本发明便携式移动制氢机使用甲醇水制氢技术，根据原料及工艺的不同，目前氢气的制造方法主要有：电解法、烃类水蒸气转化法、煤气化和煤水蒸气转化法、氨或甲醇催化裂解法和石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢等等，其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大，并不适合在移动制氢机中使用。本发明便携式移动制氢机采用甲醇水制氢，甲醇与大规模的天然气、轻油蒸汽转化制氢或水煤气制氢相比，投资省，能耗低，与电解水制氢相比，单位氢气成本较低，而且运输存储方便，操作方便，搬运灵活且安全性好，采用甲醇和水的混合物制氢，所产生的氢气纯度高、产度高，而且采用甲醇制氢不需要外接交流电或使用大型的变压器，制氢机的体积小；甲醇除了从石油等化学物质中产生，也可以从粪便、植物中产生，其来源更加环保，是可再生资源和绿色能源、来源便利且能可持续发展。

所述甲醇水优选采用去离子水配置的质量分数为63-63%的甲醇水混合物。

进一步，所述排气阀20连接用于输送废弃的管道，所述管道优选由双层的钢材或隔热的材料制成。

优选地，燃烧器7设置在重整室2和汽化室1的下方。该设计让燃烧器7燃烧剩余残留气体时产生的热量能更好地传递至重整室2和气化室，保持重整室2和气化室达到甲醇水能顺利被催化的温度。

作为本发明的进一步改进，还包括一氢气减压阀12，所述氢气减压阀12与氢气缓冲储存罐11相连，所述氢气缓冲储存罐11内还设有气压检测模块13，所述氢气减压阀12和气压检测模块13分别与主控制面板8相连。氢气减压阀12收到主控制面板8的控制，当气压检测模块13检测到氢气缓冲储存罐11内压力异常时，可控制氢气减压阀12打开让氢气从氢气减压阀12排出，增强本发明的安全性能。

作为本发明的进一步改进，所述氢气缓冲储存罐11包括用与为燃烧器7提供启动燃烧氢气的氢气启动存储罐14，所述氢气启动存储罐14与燃烧器7连接。当便携式移动制氢机开始制氢时，由于所产生的剩余残留气体不足，不足以产生足够的温度给重整室2使用，所以氢气启动存储罐14可以为燃烧器7提供启动燃料，点燃燃烧器7为重整室2和气化室提供足够温度，因为氢气启动存储罐14内的氢气也是由甲醇水重整转化而成的，因此不需要额外的氢气、天然气等燃料，让便携式移动制氢机的适用性和实用性更好，功能更全面，使用更可靠。

作为本发明的进一步改进，还包括用于为重整室2加热的加热器17，所述加热器17与主控制面板8相连。所述加热器17用于对重整室2进行预热，在甲醇水进入前让重整室2达到足够反应的温度，当甲醇水一进入可立即进行反应并制造出氢气，增强本发明便携式移动制氢机的即时性。

作为本发明的进一步改进，还包括用于为机体散热的鼓风机18，所述鼓风机18与主控制面板8相连接。所述鼓风机18受到主控制面板8的控制，根据制氢机的实际运行情况控制鼓风机18的出风量对便携式移动制氢机内的温度进行调控，不仅使其更加安全，而且能提高本发明的稳定性。

作为本发明的进一步改进，所述重整室2和氢气纯化模块6内设有温度传感器19，所述温度传感器19通过温度反馈电路连接至主控制面板8。设置在重整室2和氢气纯化模块6内的温度传感器19可对重整室2和氢气纯化模块6内的温度反馈至主控制面板8，主控制面板8可根据所反馈的温度分别对原料泵16、鼓风机18、氢气减压阀12、单向阀10等模块进行控制，从而保证便携式移动制氢机运行的安全性和稳定性。

优选地，所述温度传感器19使用K型热电偶进行测温，所述便携式移动制氢机的正常温度范围为350至380℃。

进一步，所述主控制面板8还包括电源输入接口和与燃料电池等设备通信的通信接口，所述电源输入接口与直流电源连接为便携式移动制氢机内的与主控制面板8连接的设备提供直流工作电压。所述通信接口与燃料电池等设备的控制中心连接，可通过通信接口获取便携式移动制氢机的运行信息并对便携式移动制氢机进行控制。该设计大大加强的本发明的实用性和适用性，使其功能更加强大。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，包括用于将甲醇水汽化的汽化室（1）和通过催化剂将甲醇水转化成氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳混合物的重整室（2），将其特征在于：还包括一个机壳（3），所述汽化室（1）和重整室（2）设置在机壳（3）内，所述机壳（3）上设有用于送入甲醇水的甲醇水原料入口（4）、用于输出氢气的氢气出口（5）；所述制氢机内还设有让氢气选择性通过的氢气纯化模块（6）、为重整室（2）提供化学反应必须热量的燃烧器（7）和用于控制制氢机内各模块运行的主控制面板（8），所述甲醇水原料入口（4）、汽化室（1）、重整室（2）、氢气纯化模块（6）的氢气输出端和氢气出口（5）依次相继连接；所述燃烧器（7）与氢气纯化模块（6）的剩余气体输出端相连，燃烧器（7）所产生的热量热传递至重整室（2），燃烧器（7）通过点火电路***与主控制面板（8）相连;所述汽化室（1）和甲醇水原料入口（4）之间还连接有用于存储甲醇水的甲醇水储存罐（9）;所述甲醇水储存罐（9）和气化室之间还连接有单向阀（10），所述单向阀（10）的通过单向阀控制电路连接至主控制面板（8）。

2.根据权利要求1所述的基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，其特征在于：所述氢气纯化模块（6）的氢气输出端和氢气出口（5）之间还连接有用于缓冲氢气输出的氢气缓冲储存罐（11）。

3.根据权利要求2所述的基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，其特征在于：所述氢气缓冲储存罐（11）包括用与为燃烧器（7）提供启动燃烧氢气的氢气启动存储罐（14），所述氢气启动存储罐（14）与燃烧器（7）连接。

4.根据权利要求1所述的基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，其特征在于：还包括换热器（15），所述换热器（15）包括冷流体入口、冷流体出口、热流体入口和热流体出口，所述换热器（15）的冷流体入口、冷流体出口分别与甲醇水原料入口（4）和汽化室（1）相连，换热器（15）的热流体入口和热流体出口分别与氢气纯化模块（6）的氢气输出端和氢气出口（5）相连。

5.根据权利要求1-4任一所述的基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，其特征在于：所述甲醇水原料入口（4）和汽化室（1）之间还设有用于将甲醇水输送到汽化室（1）的原料泵（16），所述原料泵（16）的吸入口与甲醇水原料入口（4）相连，输出口连接至汽化室（1），所述原料泵（16）的控制端与主控制面板（8）相连。

6.根据权利要求1-4任一所述的基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，其特征在于：还包括用于为重整室（2）加热的加热器（17），所述加热器（17）与主控制面板（8）相连。

7.根据权利要求1-4任一所述的基于甲醇水制氢的便携式移动制氢机，其特征在于：还包括用于为机体散热的鼓风机（18），所述鼓风机（18）与主控制面板（8）相连接。