本發(fā)明涉及化工產(chǎn)業(yè)中的氫氣制造領域，特別涉及一種氫氣制備裝置。

背景技術：

氫氣在工業(yè)上的使用頻率很高?，F(xiàn)有技術中對于氫氣的工業(yè)制備方法有多種：

①電解法將水電解得到氫氣和氧氣。氯堿工業(yè)電解食鹽溶液制取氯氣、燒堿時也生成副產(chǎn)物氫氣。電解法能得到純氫，但耗電量很高,每生產(chǎn)氫氣1m3，耗電量達21.6～25.2mj。

②烴類裂解法此法得到的裂解氣含大量氫氣，氫氣的含量視原料性質(zhì)及裂解條件的不同而異。裂解氣深冷分離得到純度90％的氫氣，可作為工業(yè)用氫，如作為石油化工中催化加氫的原料。

③烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法烴類在高溫和催化劑存在下，可與水蒸氣作用制成含氫的合成氣。為了從合成氣中得到純氫，可采用分子篩通過變壓吸附除去其他氣體；也可采用膜分離得到純氫；用金屬鈀吸附氫氣，可分離出氫氣體積達金屬的1000倍。

④煉廠氣石油煉廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種含氫氣體，如催化裂化、催化重整、石油焦化等過程產(chǎn)生的含氫氣體，以及焦爐煤氣(含氫45％～60％)經(jīng)過深冷分離，可得到純度較高的工業(yè)氫氣。

但是上述方法均需要較大的場地空間，設備的體積也較為龐大，應用并不是太方便，而且耗費成本較大，對于一些獨立實驗室或小型施工場地等不太適用。而且，由于氫氣具有高危性，故不易攜帶，為用戶在一些小型場所內(nèi)使用氫氣時帶來不便。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是，提供一種體型小巧，結(jié)構簡潔且易攜帶的氫氣制備裝置。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種氫氣制備裝置，用于通過液態(tài)甲醇燃料制備氫氣，所述氫氣制備裝置包括：

基殼；

催化器，設于所述基殼內(nèi),用于使氣態(tài)甲醇燃料發(fā)生催化反應生成含有氫氣的重整氣,所述催化器連有加熱器,所述加熱器用于在所述催化器啟動時升高其溫度,以使進入所述催化器內(nèi)的液態(tài)甲醇燃料轉(zhuǎn)換為氣態(tài)甲醇燃料；

提純器，設于所述基殼內(nèi)并與所述催化器相連，用于將所述重整氣分離為廢氣和氫氣；

換熱器，設于所述基殼內(nèi)并與所述催化器相連，液態(tài)甲醇燃料作為冷媒經(jīng)所述換熱器換熱后進入所述催化器，所述換熱器同時與所述提純器相連，所述廢氣與氫氣分別經(jīng)所述換熱器換熱后分別排出；以及

控制器，其用于控制所述催化器、提純器、換熱器和加熱器的運行。

作為優(yōu)選，所述氫氣制備裝置還包括背壓閥和與所述換熱器相連的尾氣處理器，所述換熱器與背壓閥的入口間連有第一管道，所述尾氣處理器與背壓閥的出口間連有第二管道，換熱后的所述廢氣經(jīng)所述第一管道進入所述背壓閥降壓后經(jīng)所述第二管道進入所述尾氣處理器處理形成煙氣，所述煙氣經(jīng)所述換熱器換熱后排出。

作為優(yōu)選，所述尾氣處理器與所述加熱器并排設置，所述催化器、提純器、換熱器以及尾氣處理器疊摞設置。

作為優(yōu)選，所述氫氣制備裝置還包括一箱體，所述加熱器的一部分或全部與所述尾氣處理器位于所述箱體內(nèi)，所述箱體的一外側(cè)面上布設有隔熱棉，所述換熱器與所述隔熱棉相貼靠。

作為優(yōu)選，所述催化器包括：

第一殼體；以及

多排催化管道，其設于所述第一殼體內(nèi)，所述催化管道的內(nèi)壁上涂覆有催化劑，位于同一排的多根所述催化管道依次首尾連接形成曲折的通道，相鄰兩排所述催化管道間通過連接管道相連通。

作為優(yōu)選，所述尾氣處理器包括：

第二殼體；以及

堇青石燃燒床，其設于所述第二殼體內(nèi)，所述堇青石燃燒床包括由四塊側(cè)板依次連接圍成的外框和多塊間隔設于所述外框內(nèi)并相互交叉形成網(wǎng)格狀的板件，網(wǎng)格孔的軸線與所述第二殼體的底板相平行,所述網(wǎng)格孔的孔壁上設有用于催化廢氣進行燃燒反應的催化劑。

作為優(yōu)選，所述第二殼體為橫截面為長方形的立方體型，所述堇青石燃燒床設于所述第二殼體容腔的中部,且構成所述外框的其中一塊所述側(cè)板與所述第二殼體的底壁相貼靠，構成所述外框的另外兩塊相對的側(cè)板分別與所述第二殼體容腔的兩側(cè)壁對應貼靠，以將所述第二殼體的容腔分隔為用于容置廢氣的第一子腔室和用于容置煙氣的第二子腔室所述第二管道與所述第一子腔室相連,所述第一子腔室內(nèi)設有多個拉西環(huán)和/或鮑爾環(huán)。

作為優(yōu)選，所述換熱器包括：

第三殼體，其為橫截面為長方形的立方體型，所述第三殼體具有一腔室；以及

換熱管，其為矩形管，所述換熱管為多根且并排設于所述腔室內(nèi)，所述換熱管的兩端分別與所述腔室的側(cè)壁相連，所述換熱管使所述腔室內(nèi)形成供液態(tài)甲醇燃料流過的狹縫流道；所述腔室的側(cè)壁上對應所述換熱管的管口處均開設有通孔以分別形成所述換熱器的入口和出口。

作為優(yōu)選，所述提純器包括兩塊壓板和多個疊摞設置于兩塊所述壓板間的提純器單體，所述提純器單體包括第一流道板、濾膜組件和第二流道板，所述第一流道板具有第一流道，所述第一流道的入口端與所述催化器相連用于引入重整氣，所述濾膜組件用于分離出所述重整氣中的氫氣，形成的廢氣經(jīng)所述第一流道的出口端排出，所述第二流道板具有用于接收并導出氫氣的第二流道。

作為優(yōu)選，所述加熱器為電加熱棒。

本發(fā)明的氫氣制備裝置的有益效果在于，體型小巧，結(jié)構簡潔，不僅能夠高效制備出氫氣，且制備成本較低，同時便于用戶攜帶。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的氫氣制備裝置的外部結(jié)構示意圖。

圖2為本發(fā)明的氫氣制備裝置的內(nèi)部結(jié)構示意圖。

圖3為本發(fā)明中的提純器的結(jié)構示意圖。

圖4為本發(fā)明中的提純器的部分結(jié)構分解圖

圖5為本發(fā)明中的催化器的結(jié)構剖視圖。

圖6為本發(fā)明中的尾氣處理器的內(nèi)部結(jié)構示意圖。

圖7為本發(fā)明中的換熱器的立體結(jié)構示意圖。

圖8為本發(fā)明中的換熱器的結(jié)構剖視圖。

附圖標記：

1-基殼；2-催化器；3-提純器；4-換熱器；5-尾氣處理器；6-背壓閥；7-加熱器；8-第一管道；9-第二管道；10-箱體；11-隔熱棉；12-壓板；13-第一流道板；14-第二流道板；15-夾板；16-鈀銅膜；17-第一殼體；18-催化管道；19-連接管道；20-第二殼體；21-堇青石燃燒床；22-第一子腔室；23-第二子腔室；24-第三殼體；25-換熱管；26-狹縫流道；27-控制器；28-提純器單體。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種氫氣制備裝置，用于通過液態(tài)甲醇燃料制備氫氣。該氫氣制備裝置包括：

基殼1；

催化器2，設于基殼1內(nèi),用于使氣態(tài)甲醇燃料發(fā)生催化反應生成含有氫氣的重整氣,該催化器2連有加熱器7,該加熱器7用于在催化器2啟動時升高催化器2的溫度(該升高后的溫度可為催化器2的工作溫度),也可理解為在氫氣制備裝置啟動時升高催化器2的溫度，以使進入催化器2內(nèi)的液態(tài)甲醇燃料轉(zhuǎn)換為氣態(tài)甲醇燃料，也即，使催化器2能夠正常運行；

提純器3，設于基殼1內(nèi)并與催化器2相連，用于將重整氣分離為廢氣和氫氣；

換熱器4，設于基殼1內(nèi)并與提純器3相連通，以使自提純器3排出的高溫廢氣及氫氣能夠分別進入換熱器4中經(jīng)換熱后分別排出；換熱器4同時與催化器2及用于儲存液態(tài)甲醇燃料的儲存罐(也可為其他形式的儲存裝置，該儲存罐可設于基殼1上)相連通，液態(tài)甲醇燃料自儲存罐流出后作為冷媒進入換熱器4中，與高溫的廢氣及氫氣(廢氣與氫氣分別位于兩根換熱管25中，以下將詳細介紹)分別進行換熱，以使其至少部分轉(zhuǎn)換為氣態(tài)后排出換熱器4并流向催化器2；以及

控制器27，其設于基殼1上用于控制催化器2、提純器3、換熱器4、加熱器7的運行，并同時調(diào)節(jié)液態(tài)甲醇燃料的流向。如在氫氣制備裝置剛被啟動時，控制器27可控制加熱器7對基殼1內(nèi)部進行升溫，至少到達催化器2的工作溫度時，控制器27控制開啟儲存罐(圖中未示出)的閥門，使液態(tài)甲醇燃料流向催化器2中進行反應(液態(tài)甲醇燃料可通過單獨設置的管道直接流向催化器2，也可按原有的管道先經(jīng)過換熱器4再流向催化器2中)。

本實施例中的氫氣制備裝置還包括背壓閥6以及與換熱器4相連通的尾氣處理器5。其中，尾氣處理器5的設置是由于經(jīng)提純器3分離出的廢氣含有大量的一氧化碳和少量的氫氣，直接排出會污染空氣，對環(huán)境造成污染。而背壓閥6的設置是為了確保提純器3的工作壓力穩(wěn)定，能夠正常運行。具體地，換熱器4與背壓閥6的入口間連有第一管道8，尾氣處理器5與背壓閥6的出口間連有第二管道9，換熱后的廢氣經(jīng)第一管道8進入背壓閥6降壓(常壓)后經(jīng)第二管道9進入尾氣處理器5進行處理并形成煙氣(高溫)，該煙氣再經(jīng)換熱器4換熱(降溫)后排至大氣中。

進一步地，本實施例中的加熱器7為電加熱棒，其與尾氣處理器5并排設置，并共同裝設在一箱體10中，該箱體10橫截面為縱橫比較大的長方形，即較為纖薄，以節(jié)省安裝空間。其中，電加熱棒可完全位于箱體10內(nèi)也可一端伸出箱體10以便于同電源裝置連接。為了減小氫氣制備裝置的體積，節(jié)省安裝空間，便于用戶攜帶，本實施例中的提純器3、催化器2、箱體10以及換熱器4依次疊摞設置(疊摞方式不唯一，各器件的位置可調(diào))。優(yōu)選地，繼續(xù)結(jié)合圖1，箱體10的下表面上布設有具有一定厚度的隔熱棉11，換熱器4與隔熱棉11相貼靠，以避免二者交叉換熱，造成相互影響。

如圖3和圖4所示，本實施例中的提純器3包括兩塊壓板12和多個疊摞設置于兩塊壓板12間的提純器單體28。該提純器單體28包括均與壓板12相平行的第一流道板13和第二流道板14以及位于兩塊流道板間的濾膜組件。第一流道板13具有u型的第一流道，第一流道的入口端與催化器2的出口端相連用于引入重整氣。濾膜組件包括允許氣體穿過的兩塊夾板15和位于兩塊夾板15間的鈀銅膜16，該濾膜組件用于將重整氣分離為氫氣和廢氣，并將氫氣和廢氣分隔在濾膜組件的兩側(cè)，廢氣繼續(xù)留在第一流道中并經(jīng)第一流道的出口端排出。第二流道板14具有第二流道，氫氣透過濾膜組件后進入第二流道中并通過該第二流道排出，如進入氫氣收集裝置或直接投入使用等。

如圖5所示，本實施例中的催化器2包括：

第一殼體17，其為橫截面為長方形的立方體型，即第一殼體17的縱橫比較大，以使第一殼體17更纖薄，節(jié)省安裝空間。第一殼體17朝上的一側(cè)敞口，提純器3的下層壓板12壓蓋在第一殼體17上形成第一殼體17的蓋板；

多排催化管道18，其設于第一殼體17內(nèi)，各催化管道18的內(nèi)壁上均涂覆有催化劑，其中位于同一排的多根催化管道18依次首尾連接形成曲折的氣體通道，相鄰兩排催化管道18間通過連接管道19相連通。氣態(tài)甲醇燃料進入催化器2后依次經(jīng)過多排催化管道18后形成重整氣。由于該多根催化管道18的布設方式巧妙，故可使得氣態(tài)甲醇燃料在催化器2內(nèi)的停留時間更長，能夠與催化劑接觸的更充分，以保證催化反應進行的更徹底。

如圖6所示，本實施例中的尾氣處理器5包括：

第二殼體20，其為橫截面為長方形的立方體型，即第二殼體20的縱橫比較大，以使第二殼體20更纖薄，節(jié)省安裝空間；以及

堇青石燃燒床21，其設于第二殼體20內(nèi)，該堇青石燃燒床21包括由四塊側(cè)板依次連接圍成的外框和多塊間隔設于外框內(nèi)并相互交叉形成網(wǎng)格狀的板件，網(wǎng)格孔的軸線與第二殼體20的底板相平行,且孔壁上設有用于催化廢氣進行燃燒反應的催化劑。也就是，本實施例中的尾氣處理器5是通過燃燒廢氣使其形成無毒無害的二氧化碳和水蒸汽(即，煙氣)的方式進行廢氣處理的。另外，通過燃燒廢氣還可以產(chǎn)生大量的熱能，使基殼1內(nèi)的溫度得以維持，無需加熱器7繼續(xù)為基殼1的內(nèi)部環(huán)境供熱，節(jié)省了能源。

進一步地，繼續(xù)結(jié)合圖6，堇青石燃燒床21設于第二殼體20容腔的中部,且其外框同時與第二殼體20容腔的底壁及兩側(cè)壁同時相貼靠，即外框位于底部的側(cè)板與第二殼體20容腔的底壁相貼靠，外框兩側(cè)的側(cè)板分別與第二殼體20容腔的兩側(cè)壁對應貼靠，即，該堇青石燃燒床21相當于設置在第二殼體20容腔中部的一塊過濾板，以將第二殼體20的容腔分隔為用于容置廢氣的第一子腔室22和用于容置煙氣的第二子腔室23，也就是第一子腔室22與第二管道9相連通,第二子腔室23與換熱器4相連通。優(yōu)選地，為了使得廢氣能夠與堇青石燃燒床21充分接觸，本實施例中的第一子腔室22內(nèi)還設有多個拉西環(huán)和/或鮑爾環(huán)(圖中未示出)，以使得第一子腔室22內(nèi)形成多條氣體流道，廢氣經(jīng)多條氣體流道均勻且于不同位置進入堇青石燃燒床21內(nèi)，使堇青石燃燒床21的各個網(wǎng)格孔內(nèi)均容有充足的廢氣。

如圖7和圖8所示，本實施例中的換熱器4包括：

第三殼體24，其具有一腔室，該第三殼體24以及其腔室均為橫截面為長方形的立方體型，即第三殼體24的縱橫比較大，以使第三殼體24更纖薄，節(jié)省安裝空間；

換熱管25，其為矩形管，該換熱管25共設置三根(也可為多根)且并排設于腔室內(nèi)，各換熱管25的兩端分別與腔室的側(cè)壁相連，腔室的側(cè)壁上對應換熱管25的管口處均開設有通孔以分別形成換熱器4的入口和出口，本實施例中該三根換熱管25分別用于接收并輸送廢氣、氫氣及煙氣。實際應用時，若氫氣的比熱容較低，可直接收集，而煙氣溫度和比熱容相對較高時，可令氫氣不通過換熱管25，而使煙氣相繼經(jīng)過兩次換熱管25以加快換熱。即，煙氣先經(jīng)過一根換熱管25后再進入另一根換熱管25，也可同時經(jīng)過兩根換熱管25。進一步地，多根換熱管25使腔室內(nèi)形成供液態(tài)甲醇燃料(冷媒)流過的狹縫流道26，即，該狹縫流道26與儲存罐及催化器2相連通，液態(tài)甲醇燃料流入狹縫流道26進行換熱升溫后進入催化器2中。其中，本實施例優(yōu)選將第三殼體24設置為“扁盒”狀，并同時將換熱管25設置為矩形管，是為了使換熱管25內(nèi)能夠容置更多氣體，同時使狹縫流道26更加狹窄，以使液態(tài)甲醇燃料能夠充分吸收換熱管25內(nèi)氣體的熱能，提高自身溫度，促使其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)甲醇燃料。進一步地，倘若液態(tài)甲醇燃料在進入換熱器4前溫度便較高，或在第三殼體24內(nèi)容置有多根換熱管25，能夠為更大量的液態(tài)甲醇燃料供熱時，可將換熱管25體積減小，使狹縫流道26變寬，并可在狹縫流道26內(nèi)設置金屬隔板，以將狹縫流道26分隔為多條子流道，更好的輔助提高液態(tài)甲醇燃料的升溫速度。

以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。