能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括液體儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置；快速啟動裝置包括加熱機(jī)構(gòu)、氣化管路，氣化管路纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上；氣化管路的一端連接液體儲存容器，將甲醇送入氣化管路中；氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃；所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源。本發(fā)明提出的能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，可快速啟動，通常只需10分鐘以內(nèi)；同時，制氫系統(tǒng)僅需要通過電能使加熱棒為甲醇?xì)饣?，消耗能量很少，通?節(jié)電池便足夠。
【專利說明】能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氫氣制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種制氫系統(tǒng)，尤其涉及一種能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)；同時，本發(fā)明還涉及一種能快速啟動的甲醇水制氫方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀(jì)最理想的能源。這是因為，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠(yuǎn)不會用完。
[0003]氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦?fàn)柕臒崃浚瞧桶l(fā)熱量的3倍。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運送方便，是航天、航空等高速飛行交通工具最合適的燃料。氫在氧氣里能夠燃燒，氫氣火焰的溫度可高達(dá)2500°C，因而人們常用氫氣切割或者焊接鋼鐵材料。
[0004]在大自然中，氫的分布很廣泛。水就是氫的大“倉庫”，其中含有11%的氫。泥土里約有1.5%的氫；石油 、煤炭、天然氣、動植物體內(nèi)等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70%為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從水中制取氫，那么氫也將是一種價格相當(dāng)便宜的能源。
[0005]氫的用途很廣，適用性強(qiáng)。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學(xué)能、熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的功能。例如，儲氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領(lǐng)，可將熱量儲存起來，作為房間內(nèi)取暖和空調(diào)使用。
[0006]氫作為氣體燃料，首先被應(yīng)用在汽車上。1976年5月，美國研制出一種以氫作燃料的汽車；后來，日本也研制成功一種以液態(tài)氫為燃料的汽車；70年代末期，前聯(lián)邦德國的奔馳汽車公司已對氫氣進(jìn)行了試驗，他們僅用了五千克氫，就使汽車行駛了 110公里。
[0007]用氫作為汽車燃料，不僅干凈，在低溫下容易發(fā)動，而且對發(fā)動機(jī)的腐蝕作用小，可延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。由于氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡化現(xiàn)有汽車的構(gòu)造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4%的氫氣。用它作為汽車發(fā)動機(jī)燃料，就可節(jié)油40 %，而且無需對汽油發(fā)動機(jī)作多大的改進(jìn)。
[0008]氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運輸都很方便。液態(tài)的氫既可用作汽車、飛機(jī)的燃料，也可用作火箭、導(dǎo)彈的燃料。美國飛往月球的“阿波羅”號宇宙飛船和我國發(fā)射人造衛(wèi)星的長征運載火箭，都是用液態(tài)氫作燃料的。
[0009]另外，使用氫一氫燃料電池還可以把氫能直接轉(zhuǎn)化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在宇宙飛船和潛水艇上得到使用，效果不錯。當(dāng)然，由于成本較高，一時還難以普遍使用。[0010]現(xiàn)在世界上氫的年產(chǎn)量約為3600萬噸，其中絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中制取的，這就得消耗本來就很緊缺的礦物燃料；另有4%的氫是用電解水的方法制取的，但消耗的電能太多，很不劃算，因此，人們正在積極探索研究制氫新方法。而用甲醇、水重整制氫可減少化工生產(chǎn)中的能耗和降低成本，有望替代被稱為“電老虎”的“電解水制氫”的工藝，利用先進(jìn)的甲醇蒸氣重整——變壓吸附技術(shù)制取純氫和富含CO2的混合氣體，經(jīng)過進(jìn)一步的后處理，可同時得到氫氣和二氧化碳?xì)狻?br> [0011]甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫和二氧化碳，這是一個多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)方程如下:
[0012]CH3OH ^ C0+2H2 (I)
[0013]H2CHCO — C02+H2 (2)
[0014]CH30H+H20 — C02+3H2 (3)
[0015]重整反應(yīng)生成的H2和CO2,再經(jīng)過鈀膜分離將H2和CO2分離，得到高純氫氣。變壓吸附法的耗能高、設(shè)備大，且不適合小規(guī)模的氫氣制備。
[0016]現(xiàn)有的制氫設(shè)備，冷啟動通常需要很長時間，一般至少在5小時以上，有的設(shè)備甚至需要I天時間啟動。而熱啟動需要耗費大量能源，使重整室(通常需要400°C以上)等設(shè)備處于高溫狀態(tài)。
[0017]因此，如何使制氫設(shè)備既實現(xiàn)快速冷啟動、又能保證節(jié)約能源(還需要實用性強(qiáng))是目前業(yè)界需要迫切解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

`[0018]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，可快速啟動，同時耗能少，實用性強(qiáng)。
[0019]此外，本發(fā)明還提供一種能快速啟動的甲醇水制氫方法，可快速啟動制氫，同時耗能少，實用性強(qiáng)。
[0020]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0021]一種能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:液體儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置；
[0022]所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室內(nèi)的上部；
[0023]所述液體儲存容器與制氫設(shè)備連接；液體儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水；
[0024]所述系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動；快速啟動裝置包括加熱機(jī)構(gòu)、氣化管路，氣化管路的內(nèi)徑為I~2mm，氣化管路緊密地纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上；所述氣化管路的一端連接液體儲存容器，將甲醇送入氣化管路中；氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃；所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；
[0025]所述制氫系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；[0026]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°C~420°C ；
[0027]所述重整室上部的溫度為400°C~570°C ;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
[0028]所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；
[0029]所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；
[0030]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行；
[0031]所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差 大于等于0.7MPa ；
[0032]所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25%。
[0033]一種能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:液體儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置；
[0034]所述快速啟動裝置包括加熱機(jī)構(gòu)、氣化管路，氣化管路纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上；
[0035]所述氣化管路的一端連接液體儲存容器，將甲醇送入氣化管路中；氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃；所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源。
[0036]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制氫設(shè)備包括重整室，重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱。
[0037]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；
[0038]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行；
[0039]所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa。
[0040]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25%。
[0041]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述加熱機(jī)構(gòu)為電加熱棒。
[0042]一種上述甲醇水制氫系統(tǒng)的制氫方法，所述方法包括如下步驟:
[0043]步驟S1、快速啟動步驟；所述制氫系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動；具體包括:
[0044]加熱機(jī)構(gòu)通電設(shè)定時間，待加熱機(jī)構(gòu)達(dá)到設(shè)定溫度后向氣化管路通入甲醇；由于氣化管路緊密地纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上，甲醇溫度逐步升高；氣化管路輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃；
[0045]氣化的甲醇通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱； [0046]步驟S2、系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；待制氫系統(tǒng)運行制得足夠的氫氣，關(guān)閉快速啟動裝置，由制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行；制氫過程具體包括:
[0047]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至制氫設(shè)備的換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°c~420°C ；
[0048]所述重整室上部的溫度為400°C~570°C ;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
[0049]所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa ;所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25% ；
[0050]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行。
[0051]一種上述甲醇水制氫系統(tǒng)的制氫方法，所述方法包括如下步驟:
[0052]步驟S1、快速啟動步驟；所述制氫系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動；具體包括:
[0053]氣化管路通入甲醇，甲醇通過加熱機(jī)構(gòu)加熱氣化；
[0054]氣化管路輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃；
[0055]被氣化的甲醇通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動能源。
[0056]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟SI中，加熱機(jī)構(gòu)為電加熱棒，通電設(shè)定時間，待加熱機(jī)構(gòu)達(dá)到設(shè)定溫度后向氣化管路通入甲醇；由于氣化管路緊密地纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上，甲醇溫度逐步升高，直至氣化；所述重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱。
[0057]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制氫方法還包括步驟S2:系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；待制氫系統(tǒng)運行制得足夠的氫氣，關(guān)閉快速啟動裝置，由制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行；制氫過程具體包括:
[0058]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至制氫設(shè)備的換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°c~420°C ；
[0059]所述重整室上部的溫度為400°C~570°C ;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；[0060]所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7M Pa ;所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25% ；
[0061]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行。
[0062]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，可快速啟動，通常只需10分鐘以內(nèi)；同時，制氫系統(tǒng)僅需要通過電能使加熱棒為甲醇?xì)饣?，消耗能量很少，通?節(jié)電池便足夠(本制氫系統(tǒng)可用于移動制氫機(jī))。因此本發(fā)明的實用性強(qiáng)，配合氫氣發(fā)電機(jī)，可以供人們?nèi)粘Ｊ褂谩?br> [0063]此外，通過提高原料輸送裝置的輸送動力，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)，可提高制氫效率及制得氫氣的純度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0064]圖1為本發(fā)明能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)的組成示意圖。
[0065]圖2為本發(fā)明制氫系統(tǒng)的快速啟動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0066]圖3為制氫設(shè)備及其加熱管路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0067]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0068]實施例一
[0069]請參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:液體儲存容器10、原料輸送裝置50、快速啟動裝置40、制氫設(shè)備20、膜分離裝置30。
[0070]如圖2所示,所述快速啟動裝置40包括殼體41、加熱機(jī)構(gòu)42、氣化管路43,氣化管路43的內(nèi)徑為I~2mm，氣化管路43纏繞于加熱機(jī)構(gòu)42上；所述加熱機(jī)構(gòu)可以為電加熱棒，利用交流電或蓄電池、干電池即可。
[0071]所述氣化管路43的一端連接液體儲存容器10，將甲醇送入氣化管路43中；氣化管路43的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路43的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路43輸出后直接自燃；所述快速啟動裝置40為制氫設(shè)備(或者說整個制氫系統(tǒng))提供啟動能源。
[0072]請參閱圖3，為了提高制氫設(shè)備的加熱速度，在所述制氫設(shè)備20的重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路21，加熱管路21內(nèi)放有催化劑(如可以將加熱溫度控制在380°C~480°C);所述快速啟動裝置40通過加熱所述加熱管路21為重整室加熱，可以提高加熱效率。
[0073]此外，還可以設(shè)置第二啟動裝置，所述第二啟動裝置包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設(shè)置于重整室內(nèi)，第二氣化管路為重整室加熱(還可以為制氫系統(tǒng)其他單元加熱)。第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣?。?dāng)?shù)诙友b置可以持續(xù)制得氣化的甲醇后設(shè)定時間，可以關(guān)閉上述快速啟動裝置，從而進(jìn)一步減少對電能等外部能源的依靠。
[0074]所述制氫系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；此時，可以關(guān)閉快速啟動裝置。
[0075]以上介紹了本發(fā)明甲醇水制氫系統(tǒng)的組成，本發(fā)明在揭示上述制氫系統(tǒng)的同時，還揭示一種上述 甲醇水制氫系統(tǒng)的制氫方法,所述方法包括如下步驟:
[0076]【步驟SI】快速啟動步驟；所述制氫系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動。具體包括:
[0077]加熱機(jī)構(gòu)通電設(shè)定時間，待加熱機(jī)構(gòu)達(dá)到設(shè)定溫度后向氣化管路通入甲醇；由于氣化管路緊密地纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上，甲醇溫度逐步升高；氣化管路輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃；
[0078]氣化的甲醇通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱。
[0079]【步驟S2】系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；待制氫系統(tǒng)運行制得足夠的氫氣，關(guān)閉快速啟動裝置。
[0080]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行。
[0081]實施例二
[0082]本實施例與實施例一的區(qū)別在于，本實施例中，本發(fā)明甲醇水制氫系統(tǒng)包括:液體儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置。
[0083]所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室內(nèi)的上部。所述液體儲存容器與制氫設(shè)備連接；液體儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水。
[0084]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°C~420°C。所述重整室上部的溫度為400°C~570°C;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近。所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。通過上述改進(jìn)，可以分別保證重整室內(nèi)催化劑的低溫要求，以及分離室的高溫要求，進(jìn)而提高氫氣制備效率；同時，本發(fā)明的預(yù)熱方式(將分離室設(shè)置于重整室內(nèi)的上部)非常便捷。
[0085]此外，所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)。所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7M Pa。通過該改進(jìn)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)，可提高制氫效率及制得氫氣的純度。
[0086]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行，從而可以減少對外部能源的依靠，自適應(yīng)能力強(qiáng)。
[0087]所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25%。本發(fā)明利用該鈀膜分離裝置，氫氣的純度更高。
[0088]本發(fā)明同時揭示一種上述甲醇水制氫系統(tǒng)的制氫方法，所述方法包括如下步驟:
[0089]【步驟SI】快速啟動步驟；所述制氫系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動。具體包括:
[0090]加熱機(jī)構(gòu)通電設(shè)定時間，待加熱機(jī)構(gòu)達(dá)到設(shè)定溫度后向氣化管路通入甲醇；由于氣化管路緊密地纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上，甲醇溫度逐步升高；氣化管路輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出 后直接自燃；
[0091]氣化的甲醇通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱。
[0092]【步驟S2】系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；待制氫系統(tǒng)運行制得足夠的氫氣，關(guān)閉快速啟動裝置，由制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行。制氫過程具體包括:
[0093]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至制氫設(shè)備的換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°c~420°C。所述重整室上部的溫度為400°C~570°C;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近。
[0094]所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7M Pa。所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25%。
[0095]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行。
[0096]綜上所述，本發(fā)明提出的能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，可快速啟動，通常只需10分鐘以內(nèi)；同時，制氫系統(tǒng)僅需要通過電能使加熱棒為甲醇?xì)饣?，消耗能量很少，通?節(jié)電池便足夠(本制氫系統(tǒng)可用于移動制氫機(jī))。因此本發(fā)明的實用性強(qiáng)，配合氫氣發(fā)電機(jī)，可以供人們?nèi)粘Ｊ褂谩?br> [0097]此外，通過提高原料輸送裝置的輸送動力，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)，可提高制氫效率及制得氫氣的純度。
[0098]這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進(jìn)行其它變形和改變。`
【權(quán)利要求】
1.一種能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:液體儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置； 所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室內(nèi)的上部； 所述液體儲存容器與制氫設(shè)備連接；液體儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水； 所述系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動；快速啟動裝置包括加熱機(jī)構(gòu)、氣化管路，氣化管路的內(nèi)徑為I~2mm，氣化管路緊密地纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上；所述氣化管路的一端連接液體儲存容器，將甲醇送入氣化管路中；氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃；所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱； 所述制氫系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°C~420°C ； 所述重整室上部的溫度為400°C~570°C ;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣； 所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)； 所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行； 所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa ； 所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25%。
2.一種能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:液體儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置； 所述快速啟動裝置包括加熱機(jī)構(gòu)、氣化管路，氣化管路纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上； 所述氣化管路的一端連接液體儲存容器，將甲醇送入氣化管路中；氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃；所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，其特征在于: 所述制氫設(shè)備包括重整室，重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，其特征在于: 所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)； 所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行； 所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，其特征在于: 所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能快速啟動的甲醇水制氫系統(tǒng)，其特征在于: 所述加熱機(jī)構(gòu)為電加熱棒。
7.—種權(quán)利要求1所述甲醇水制氫系統(tǒng)的制氫方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟S1、快速啟動步驟；所述制氫系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動；具體包括: 加熱機(jī)構(gòu)通電設(shè)定時間，待加熱機(jī)構(gòu)達(dá)到設(shè)定溫度后向氣化管路通入甲醇；由于氣化管路緊密地纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上，甲醇溫度逐步升高；氣化管路輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃； 氣化的甲醇通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱； 步驟S2、系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；待制氫系統(tǒng)運行制得足夠的氫氣，關(guān)閉快速啟動裝置，由制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行；制氫過程具體包括: 所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至制氫設(shè)備的換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°C~420°C ； 所述重整室上部的溫度為400°C~570°C ;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa;所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25% ；所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行。
8.—種權(quán)利要求2至6之一所述甲醇水制氫系統(tǒng)的制氫方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟S1、快速啟動步驟；所述制氫系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動；具體包括: 氣化管路通入甲醇，甲醇通過加熱機(jī)構(gòu)加熱氣化； 氣化管路輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機(jī)構(gòu)點火燃燒；或者，氣化管路輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從氣化管路輸出后直接自燃； 被氣化的甲醇通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動能源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制氫方法，其特征在于: 所述步驟SI中，加熱機(jī)構(gòu)為電加熱棒，通電設(shè)定時間，待加熱機(jī)構(gòu)達(dá)到設(shè)定溫度后向氣化管路通入甲醇；由于氣化管路緊密地纏繞于加熱機(jī)構(gòu)上，甲醇溫度逐步升高，直至氣化； 所述重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制氫方法，其特征在于: 所述制氫方法還包括步驟S 2:系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；待制氫系統(tǒng)運行制得足夠的氫氣，關(guān)閉快速啟動裝置；制氫過程具體包括: 所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至制氫設(shè)備的換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°C~420°C ； 所述重整室上部的溫度為400°C~570°C ;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa ;所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25% ； 所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行。
【文檔編號】C01B3/38GK103613069SQ201310576442
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】向華, 向得夫, 孫婧菁 申請人:上海合既得動氫機(jī)器有限公司