CN112794285B - 一种制氢方法及制氢*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制氢方法及制氢***，所述制氢方法包括：步骤S10：通入蒸汽反应液：将所述蒸汽反应液通入加热腔内；步骤S20：加热所述蒸汽反应液：通过热废气和/或尾气反应组合和/或电加热器对所述蒸汽反应液进行加热处理，得到蒸汽；步骤S30：过热所述蒸汽：在过热腔内通过所述热废气和/或所述尾气反应组合和/或所述电加热器对所述蒸汽进行再加热，得到过热蒸汽；步骤S40：通入所述过热蒸汽：将所述过热蒸汽通入制氢部内；步骤S50：制备氢气：所述过热蒸汽与所述制氢部内的制氢催化剂接触，同时通过电加热器和/或热废气加热，使所述过热废气反应生成氢气。本发明解决了制氢反应中加热方式单一及浪费能源的问题。
Description
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种制氢方法及制氢***。
背景技术
随着传统矿物能源的大量使用，大气污染日益严重，并且矿物资源逐渐枯竭，因此急需一种环保高效的清洁能源，例如太阳能、水能、风能和氢能。其中，氢气能够清洁燃烧注定是一种理想的能源，但在制氢过程中，其生产环境需严格把控，一旦氢气泄漏将造成严重的安全事故。
现有制氢工艺中，有利用甲醇与水为原料液进行氢气制备的方法。生产过程中，先将液体原料通入制氢设备中，通过高温加热装置将液体原料气化，最后将蒸汽通入制氢反应炉中制备氢气。在制氢过程中也需要加热提供反应温度，但是单一的电加热方式比较浪费能源。
发明内容
因此，本发明实施例提供一种制氢及提纯***，有效解决制氢反应中加热方式单一及浪费能源的问题。
一方面，本发明提供一种制氢方法，包括：步骤S10：通入蒸汽反应液：将所述蒸汽反应液通入加热腔内；步骤S20：加热所述蒸汽反应液：通过热废气和/或催化燃烧方式和/或电加热器对所述蒸汽反应液进行加热处理，得到蒸汽；步骤S30：过热所述蒸汽：在过热腔内通过所述热废气和/或所述催化燃烧方式和/或所述电加热器对所述蒸汽进行再加热，得到过热蒸汽；步骤S40：通入所述过热蒸汽：将所述过热蒸汽通入制氢部内；步骤S50：制备氢气：所述过热蒸汽与所述制氢部内的制氢催化剂接触，同时通过电加热器和/或热废气加热和/或催化燃烧方式加热，生成氢气。
采用该技术方案后所达到的技术效果：热废气加热方式能够利用热废气的热量，尾气的燃烧反应能够利用尾气的化学能，多种加热方式及其组合能够为制氢反应提供足够的热量，并节约能源；多种加热方式及其组合也能够提高蒸汽反应液的蒸汽转化程度；所述过热腔用于对蒸汽进行进一步加热。
一方面，本发明提供一种制氢***，采用所述的制氢方法，所述制氢***包括：蒸汽发生部，其设有液体导入管和蒸汽排出管，还包括：加热腔，设有加热腔，所述加热腔连通所述液体导入管；第一加热组件，设于所述加热腔内，或套设于所述加热腔外侧；至少一个制氢部，每个所述制氢部设有蒸汽导入管和氢气导出管，所述蒸汽导入管连通所述蒸汽排出管，所述制氢部还包括：氢气反应腔，连通所述蒸汽导入管和氢气导出管，所述氢气反应腔内设有制氢催化剂；第二加热组件，设于所述氢气反应腔内，或套设于所述氢气反应腔外侧；其中，所述第一加热组件为所述热废气和/或催化燃烧方式和/或所述电加热器；第二加热组件为电加热器和/或热废气加热和/或催化燃烧方式。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述加热腔用于加热蒸汽反应液生成蒸汽，所述加热腔用于进一步加热蒸汽，所述制氢部用于蒸汽在制氢催化剂中反应生成氢气，第二加热组件用于提供反应温度。
在本发明的一个实施例中，所述制氢部为两个，所述蒸汽发生部为一个，所述蒸汽发生部的两侧各有一个所述制氢部；或者，所述制氢部为一个，所述制氢部套设于所述蒸汽发生部外或所述蒸汽发生部套设于所述制氢部外。
采用该技术方案后所达到的技术效果：两个所述制氢部能够提高制氢效率；单个所述制氢部与所述蒸汽发生部采用套设关系可以节省空间。
在本发明的一个实施例中，所述第二加热组件为电加热器加热，包括：至少一个第二电加热棒，每个所述第二电加热棒一端连接氢气反应腔的端部，另一端伸入所述氢气反应腔内。
采用该技术方案后所达到的技术效果：电加热棒稳定加热，能够为制氢反应提供稳定的反应条件。
在本发明的一个实施例中，所述制氢部还包括：制氢缓冲腔，所述制氢缓冲腔设于所述氢气反应腔端部，连通所述氢气反应腔和所述蒸汽导入管；制氢缓冲板，所述制氢缓冲板设于所述制氢缓冲腔与所述氢气反应腔之间，设有多个氢气过孔和多个电加热器过孔，每个所述电加热器过孔中通过一个所述第二电加热棒。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述制氢缓冲板可以使氢气充满所述制氢缓冲腔后，再均匀穿过所述制氢缓冲板进入所述氢气反应腔进行反应，使蒸汽的反应更加完全。
在本发明的一个实施例中，所述第二加热组件为热废气加热，包括：第二热废气管道，其端部设有第二废气输出管道，其另一端设有第二热废气输入管道；第一蓄热体，设于所述热废气管道内，所述第一蓄热体套设于所述氢气反应腔外侧，或采用多个蓄热球/多个蓄热块形式叠放于所述热废气管道内。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述热废气加热能够利用热废气的高温，节约能源，所述第一蓄热体能够吸收热废气的热量，提高热量的利用率，进一步加热热废气。
在本发明的一个实施例中，所述第一加热组件为催化燃烧方式加热，包括：催化燃烧通道，其内部设有燃烧催化剂，设有热废气出口、尾气入口和/或甲醇入口；其中，所述催化燃烧通道为管状，所述加热腔位于所述催化燃烧通道外部；或者所述加热腔为管状，所述催化燃烧通道位于所述加热腔外侧。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述燃烧催化剂与所述尾气反应产生热量，有效利用尾气的化学能，节约能源。
在本发明的一个实施例中，所述蒸汽发生部还包括：过热部，包括：蒸汽管道，为弯曲状或直管，一端连通所述加热腔，另一端连通所述蒸汽排出管；过热腔，设于所述蒸汽管道外，连通所述热废气出口，所述过热腔设有第二蓄热体，所述第二蓄热体可以为多个蓄热球或多个蓄热块；废气出口，其连通所述过热腔。
采用该技术方案后所达到的技术效果：蒸汽管道成弯曲状能够增大换热面积，提高所述过热腔对所述蒸汽管道内蒸汽的加热效果；蒸汽管道成竖直状，能够在其中增设电加热管，进一步加热蒸汽；所述第二蓄热体用于吸收热废气的热量，将热量传递给蒸汽。
在本发明的一个实施例中，所述第一加热组件还包括：第一电加热管，设于所述蒸汽发生部的端部顶面或侧面，连通所述加热腔。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述催化燃烧通道为管状，所述加热腔设于其外部时，所述第一电加热管设于所述蒸汽发生部的侧面可直接为所述加热腔加热；所述加热腔为管状，所述催化燃烧通道设于其外部时，所述第一电加热管设于所述蒸汽发生部的顶部可直接为所述加热腔加热。
在本发明的一个实施例中，所述第一加热组件为热废气加热，包括：至少一个第一热废气管道；其中，所述加热腔为至少一个加热管道，与所述第一热废气管道平行设置。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述热废气通过所述第二热废气管道对所述加热腔均匀加热。
综上所述，本申请上述各个实施例可以具有如下一个或多个优点或有益效果：i)通过热废气对所述制氢部或所述蒸汽发生部加热，能够有效利用热废气的高温，节省能源；ii)通过尾气催化燃烧对所述蒸汽发生部加热，能够有效利用尾气的化学能；iii)通过电加热棒对所述制氢部或所述蒸汽发生部加热，能够提供恒定的温度，所述蒸汽发生部能够均匀释放蒸汽，所述制氢部能够均匀产生氢气；iv)所述制氢缓冲板能够使氢气充满所述制氢缓冲腔后，再均匀穿过所述制氢缓冲板进入所述氢气反应腔进行反应，使蒸汽的反应更加完全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种制氢方法的流程示意图。
图2为本发明第二实施例提供的第一种制氢***100的结构示意图。
图3为图2中制氢部120的结构示意图。
图4为图2中蒸汽发生部110的结构示意图。
图5为本发明第三实施例提供的第二种制氢***100的结构示意图。
图6为图5中第二种制氢部120的结构示意图。
图7为本发明第四实施例提供的第三种制氢***100的结构示意图。
图8为本发明第五实施例提供的第四种制氢***100的结构示意图。
图9为图8中另一种制氢***100的结构示意图。
主要元件符号说明：
100为制氢***；110为蒸汽发生部；111为液体导入管；112为蒸汽排出管；113为加热腔；114为第一加热组件；115为第二热废气管道；116为第二热废气输入管道；117为第二废气输出管道；120为制氢部；121为蒸汽导入管；122为氢气导出管；123为第一废气输出管道；124为第一热废气输入管道；125为第一蓄热体；126为第一热废气管道；127为氢气反应腔；128为第二加热组件；129为催化剂加料口；131为催化燃烧通道；131a为尾气入口；131b为热废气出口；132为第二电加热管；133为制氢缓冲板；134为制氢缓冲腔；140为过热部；141为蒸汽管道；142为过热腔；143为废气出口；144为第一电加热管；145为蒸汽集箱；146为储液腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【第一实施例】
参见图1，其为本发明第一实施例提供的一种制氢方法的流程示意图。所述制氢方法包括：
步骤S10：通入蒸汽反应液：将所述蒸汽反应液通入加热腔内；
步骤S20：加热所述蒸汽反应液：通过加热腔对所述蒸汽反应液进行加热处理，得到蒸汽；
步骤S30：过热所述蒸汽：在过热腔内对所述蒸汽进行再加热，得到过热蒸汽；
步骤S40：通入所述过热蒸汽：将所述过热蒸汽通入制氢部内；
步骤S50：制备氢气：所述过热蒸汽与所述制氢部内的制氢催化剂接触同时加热，使所述过热废气反应生成氢气。
其中，所述加热腔和所述过热腔均可通过热废气和/或电加热器和/或催化燃烧方式对所述蒸汽反应液进行加热；所述制氢部可通过电加热器和/或热废气对蒸汽进行加热。
具体的，步骤S20中，所述蒸汽反应液通入所述加热腔后，所述加热腔可通过催化燃烧通道进行尾气催化燃烧反应，为所述蒸汽反应液提供热量；也可以设置连通所述加热部的电加热器为所述蒸汽反应液提供热量；也可以设置热废气通道，通入热废气废所述蒸汽反应液提供热量。
具体的，步骤S30中，蒸汽通入所述过热腔内的蒸汽通道，热废气通入所述蒸汽通道外的过热腔，热废气将热量传递至所述过热腔内的蓄热体，所述蓄热体将热量传递至所述蒸汽管道内的蒸汽；所述蒸汽通道内或所述过热腔内通过电加热器对蒸汽进行进一步加热。
具体的，步骤S50中，氢气通入所述氢气反应腔内反应，同时所述氢气反应腔外侧可以通过所述热废气管道加热，并将所述蓄热体套设于所述氢气反应腔外进行导热；所述氢气反应腔内也可***多个电加热棒或尾气催化燃烧通道，通过所述电加热棒或尾气催化燃烧通道为制氢反应提供热量；氢气生成后从连通所述氢气反应腔的氢气排出管导出。
【第二实施例】
参见图2，其为本发明第二实施例提供的一种制氢***100的结构示意图。所述制氢***100包括：蒸汽发生部110和两个制氢部120，其中，两个制氢部120分别位于蒸汽发生部110相对的两侧。制氢部120设有蒸汽导入管121和氢气导出管122，蒸汽发生部110设有液体导入管111和蒸汽排出管112，蒸汽导入管121连通蒸汽排出管112。
具体的，参见图3，制氢部120例如还包括：氢气反应腔127，连通蒸汽导入管121和氢气导出管122，内部设有制氢催化剂；第二加热组件128，套设于氢气反应腔127外侧。其中，制氢部120的顶部伸出第二加热组件128的顶部，制氢部120的底部伸出第二加热组件128的底部，蒸汽导入管121连通制氢部120的顶部，氢气导出管122连通制氢部120的底部。
优选的，第二加热组件128为热废气加热方式，包括：第二热废气管道115，其端部设有第二废气输出管道117，其另一端设有第二热废气输入管道116；第一蓄热体125，设于第二热废气管道115内，第一蓄热体125套设于氢气反应腔127外侧。
具体的，参见图4，蒸汽发生部110例如还包括：加热腔113，连通液体导入管111和蒸汽排出管112；第一加热组件114，套设于加热腔113外侧。其中，加热腔113的顶部伸出第一加热组件114的顶部，加热腔113的底部伸出第一加热组件114的底部，蒸汽导入管121连通加热腔113的顶部，蒸汽排出管112连通加热腔113的底部。其中，加热腔113为至少一个加热管道，所述加热管道与所述第二热废气管道115平行设置。
进一步的，蒸汽发生部110例如还包括：蒸汽集箱145和储液箱146，其中。蒸汽集箱145位于加热腔113的顶部，连通蒸汽排出管112；储液箱146连通加热腔113的底部，连通液体导入管111。
优选的，第一加热组件114为热废气加热方式，包括：至少一个第一热废气管道126，其顶部设有第一废气输出管道123，其底部设有第一热废气输入管道124；蓄热体(图中未示出)，以蓄热块形式叠放于第一废气输出管道123内。
优选的，蒸汽发生部110外部为真空保温壳体(图中未标示)，用于减少加热腔113的热量散失。
优选的，结合图2，第一热废气输入管道124和第二热废气输入管道116连通，第一废气输出管道123和第二废气输出管道117连通；两个制氢部120的蒸汽导入管121连通，两个制氢部120的氢气导出管122连通。
【第三实施例】
参见图5，其为本发明第三实施例提供的第二种制氢***100的结构示意图。其与本发明第二实施例提供的第一种制氢***100的区别在于，制氢部120的数量为一个，其中，制氢部120位于蒸汽发生部110一侧。
具体的，参见图6，第二加热组件128为多条第二热废气管道115，穿过氢气反应腔127；多条第二热废气管道115的顶部连通第二废气输出管道117，多条第二热废气管道128a的底部连通第二热废气输入管道116，其中第二废气输出管道117伸出制氢部120的顶部，第二热废气输入管道116伸出制氢部120的底部。
进一步的，第二热废气管道115外环绕有导热翅片，所述导热翅片用于增大所述制氢催化剂与第二热废气管道115的接触面积，提高制氢反应效率。
优选的，蒸汽导入管121设于制氢部120侧面靠近顶部的一侧，氢气导出管122设于制氢部120的侧面靠近底部的一侧。其中，制氢部120外侧侧面还设有催化剂加料口129，连通氢气反应腔127，用于添加所述制氢催化剂。
【第四实施例】
参见图7，其为本发明第四实施例提供的第三种制氢***100的结构示意图。其与本发明第三实施例提供的第二种制氢***100的区别在于，蒸汽发生部110套设于制氢部120外。
具体的，加热腔113采用尾气加热和电加热管结合的加热方式。其中，加热腔113包括催化燃烧通道131，设有热废气出口131b、尾气入口131a和/或甲醇入口，其内部设有燃烧催化剂(图中未示出)；催化燃烧通道131为直管状，加热腔113位于催化燃烧通道131外部。尾气入口121a通入可燃烧的尾气，所述尾气与所述燃烧催化剂反应放热，对加热腔113内的所述蒸汽反应液进行加热。另外，催化燃烧通道131与加热腔113的底面可采用螺纹连接，便于拆下催化燃烧通道131对所述燃烧催化剂进行更换。
进一步的，加热腔113还包括，第一电加热管144，设于蒸汽发生部110的端部顶面或侧面，连通加热腔113，第一电加热管144和催化燃烧通道131一同对加热腔113内所述蒸汽反应液加热。
优选的，蒸汽发生部110还包括过热部140，设于加热腔113的顶部，包括：蒸汽管道141、过热腔142和废气出口143。其中，蒸汽管道141为弯曲状，一端连通加热腔113，另一端连通蒸汽排出管112；过热腔142设于蒸汽管道141外，连通热废气出口131b，过热腔142设有第二蓄热体，所述第二蓄热体可以为多个蓄热球或多个蓄热块；废气出口143，其连通所述过热腔142。
具体的，蒸汽管道141例如盘管，环绕制氢部120设置。过热部140例如还设有至少一个第一电加热管144，第一电加热管144连接过热部140的顶部，均匀环绕于加热腔113内。其中，第一电加热管144加热所述第二蓄热体，通过所述第二蓄热体将热量传递至蒸汽管道141。
优选的，制氢部120为电加热方式，包括至少一个第二电加热管132，连接制氢部120的端部。当制氢部120竖直放置时，第二电加热管132连接制氢部120的顶部，其接线端伸出制氢部120的顶部外侧，另一端深入氢气反应腔127内，为制氢反应提供反应温度。当制氢部120水平放置时，第二电加热管132连接制氢部120的左端或右端，相对的右端或左端深入氢气反应腔127内。
制氢部120还包括制氢缓冲板133和制氢缓冲腔134。其中，制氢缓冲腔133用于缓冲进入氢气反应腔127的蒸汽，当制氢缓冲腔133内充满蒸汽后，蒸汽能够均匀穿过制氢缓冲板134，和氢气反应腔127内的所述制氢催化剂均匀反应。其中，制氢缓冲腔133设于氢气反应腔127顶部并连通氢气反应腔127和蒸汽导入管121；制氢缓冲板134设于制氢缓冲腔133和氢气反应腔127之间，制氢缓冲板134上设有多个电加热管过孔和多个蒸汽过孔，第二电加热管132穿过制氢缓冲腔133和制氢缓冲板134上的所述电加热管过孔。
【第五实施例】
参见图8-9，其为本发明第五实施例提供的第四种制氢***100的结构示意图。其与本发明第四实施例提供的第三种制氢***100的区别在于，蒸汽管道141为竖直状。另外，蒸汽发生部110还设有蒸汽集箱145，设于过热部140顶部，连通蒸汽管道141远离加热腔113的一端，蒸汽集箱145侧面连通蒸汽排出管112。
具体的，蒸汽管道141可以是多个直管，均匀排布于过热腔142内。每个第一电加热管144设于任意一个所述直管内，固定于过热腔142顶部，并直接加热所述直管内的蒸汽。
进一步的，参见图8，加热部中，加热腔113例如为直管状，此时催化燃烧通道131设于加热腔113外侧。其中，第一电加热管144为长短不一设置，即部分第一电加热管144从过热腔142顶部延伸至加热腔113中，部分第一电加热管144从过热腔142顶部延伸至蒸汽管道141内。此时，加热腔113底部连通储液腔146，储液腔146连通液体导入管111，用于春训所述蒸汽反应液。
进一步的，参见图9，加热部中，催化燃烧通道131例如为直管状，此时加热腔113设于催化燃烧通道131外侧。其中，所有第一电加热管144的长度相同，均延伸至蒸汽管道141内。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种制氢***，其特征在于，所述制氢***包括：
蒸汽发生部，其设有液体导入管和蒸汽排出管，还包括：
加热腔，设有加热腔，所述加热腔连通所述液体导入管；
第一加热组件，设于所述加热腔内，或套设于所述加热腔外侧；
至少一个制氢部，每个所述制氢部设有蒸汽导入管和氢气导出管，所述蒸汽导入管连通所述蒸汽排出管，所述制氢部还包括：
氢气反应腔，连通所述蒸汽导入管和氢气导出管，所述氢气反应腔内设有制氢催化剂；
第二加热组件，设于所述氢气反应腔内，或套设于所述氢气反应腔外侧；
其中，所述第一加热组件为热废气和/或催化燃烧方式和/或电加热器；第二加热组件为电加热器和/或热废气加热和/或催化燃烧方式；
所述第一加热组件为催化燃烧方式加热，包括：催化燃烧通道，其内部设有燃烧催化剂，设有热废气出口、尾气入口和/或甲醇入口；其中，所述催化燃烧通道为管状，所述加热腔位于所述催化燃烧通道外部；或者所述加热腔为管状，所述催化燃烧通道位于所述加热腔外侧；
所述蒸汽发生部还包括：
过热部，包括：蒸汽管道，为弯曲状或直管，一端连通所述加热腔，另一端连通所述蒸汽排出管；过热腔，设于所述蒸汽管道外，连通所述热废气出口，所述过热腔设有第二蓄热体，所述第二蓄热体可以为多个蓄热球或多个蓄热块；废气出口，其连通所述过热腔。
2.根据权利要求1所述的制氢***，其特征在于，所述制氢部为两个，所述蒸汽发生部为一个，所述蒸汽发生部的两侧各有一个所述制氢部；
或者，所述制氢部为一个，所述制氢部套设于所述蒸汽发生部外或所述蒸汽发生部套设于所述制氢部外。
3.根据权利要求2所述的制氢***，其特征在于，所述第二加热组件为电加热器加热，包括：
至少一个第二电加热棒，每个所述第二电加热棒一端连接氢气反应腔的端部，另一端伸入所述氢气反应腔内。
4.根据权利要求3所述的制氢***，其特征在于，所述制氢部还包括：
制氢缓冲腔，所述制氢缓冲腔设于所述氢气反应腔端部，连通所述氢气反应腔和所述蒸汽导入管；
制氢缓冲板，所述制氢缓冲板设于所述制氢缓冲腔与所述氢气反应腔之间，设有多个氢气过孔和多个电加热器过孔，每个所述电加热器过孔中通过一个所述第二电加热棒。
5.根据权利要求2所述的制氢***，其特征在于，所述第二加热组件为热废气加热，包括：
第二热废气管道，其端部设有第二废气输出管道，其另一端设有第二热废气输入管道；
第一蓄热体，设于所述热废气管道内，所述第一蓄热体套设于所述氢气反应腔外侧，或采用多个蓄热球/多个蓄热块形式叠放于所述热废气管道内。
6.根据权利要求1所述的制氢***，其特征在于，所述第一加热组件还包括：
第一电加热管，设于所述蒸汽发生部的端部顶面或侧面，连通所述加热腔。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的制氢***，其特征在于，所述第一加热组件为热废气加热，包括：
至少一个第一热废气管道；
其中，所述加热腔为至少一个加热管道，与所述第一热废气管道平行设置。
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