本發(fā)明涉及化工基礎(chǔ)原料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水制氫裝置及其方法。
背景技術(shù)：
早在1874年出版的幻想小說(shuō)《神秘島》中就寫(xiě)到：“水會(huì)成為將來(lái)的燃料”。
20世紀(jì)20年代，人們就利用水電站的多余電力來(lái)生產(chǎn)氫氣氧氣，進(jìn)而用于合成氨和金屬切割，幾乎同時(shí)，工程師們?cè)囼?yàn)氫氣作燃料，用于拖拉機(jī)、汽車(chē)、火車(chē)及其它內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在這種情況下，“氫能源”這個(gè)詞出現(xiàn)了。
氫的生產(chǎn)，目前采用的方法有：
(1)由化石能源資源制氫：這個(gè)途徑是當(dāng)前制氫的主要手段和氫氣的主要來(lái)源，分為天然氣和石油產(chǎn)品制氫；煤炭制氫。
(2)生物質(zhì)制氫和微生物制氫。
(3)水分解制氫：
①水分解制氫：
電解水制氫就是用電能將水直接裂解為氫和氧，它在技術(shù)上是成熟的。目前因?yàn)殡娔軆r(jià)格比較高，所以電解水制氫的主要問(wèn)題是成本比較高，生產(chǎn)1.0kg氫氣約需要57kw.n的電能。電能按0.35元/kw.n計(jì)算，生產(chǎn)1.0kg的氫氣需要20元/kg左右，與天然氣、煤炭重整制氫相比成本要高出3倍左右。
②熱值方法制氫：
熱化學(xué)法制氫就是提供2500℃以上的溫度，把水裂解為氫和氧，這樣的高溫不僅耗能多，而且需要耐高溫材料和良好的設(shè)備設(shè)計(jì)，很不現(xiàn)實(shí)。
③光解水制氫：
在催化劑的作用下，利用光能可以將水分解為氫和氧，產(chǎn)生氫氣的效率達(dá)到12％，氫氣的效率有待提高。
由此可見(jiàn)，目前科學(xué)技術(shù)采用化石能源制氫，除成本高外，需要依賴地球下的化石資源。熱化學(xué)法制氫，能耗大，不現(xiàn)實(shí)。光解水制氫，氫氣的效率有待提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種反應(yīng)過(guò)程中消耗資源是水，產(chǎn)生資源是氫氣的水制氫裝置及其方法。
為了解決背景技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：一種水制氫裝置，它包含二氧化碳催化合成新能源碳?xì)湮镔|(zhì)裝置和co+2h2+水蒸氣變換裝置，二氧化碳催化合成新能源碳?xì)湮镔|(zhì)裝置和水循環(huán)泵均與co+2h2+水蒸氣變換裝置連接，co+2h2+水蒸氣變換裝置通過(guò)水冷器與氣液分離器連接，氣液分離器的水出口與水循環(huán)泵連接；氣液分離器的氣體出口與混合氣分離器連接，混合氣分離器的二氧化碳出口通過(guò)氣體循環(huán)泵與二氧化碳催化合成新能源碳?xì)湮镔|(zhì)裝置連接。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的co+2h2+水蒸氣變換裝置采用甲醇水蒸氣重整制氫裝置。
一種水制氫方法，它包含如下步驟：
來(lái)自二氧化碳催化合成新能源碳?xì)湮镔|(zhì)裝置生產(chǎn)的co+2h2原料氣與水蒸氣混合進(jìn)入co+2h2+水蒸氣變換裝置，在反應(yīng)溫度≥250℃，壓力為0.1－1.0mpa變換為co2+3h2混合氣，co2+3h2混合氣經(jīng)水冷器冷卻，冷卻后通過(guò)氣液分離器分離出反應(yīng)水和混合氣，反應(yīng)水通過(guò)水循環(huán)泵進(jìn)入co+2h2+水蒸氣變換裝置內(nèi)循環(huán)使用；混合氣經(jīng)混合氣分離器分離出co2和h2氫氣，co2通過(guò)氣體循環(huán)泵供給二氧化硫催化合成碳?xì)湮镔|(zhì)裝置，氫氣作為產(chǎn)品。
采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明以二氧化碳(co2)為原料，通過(guò)催化、合成轉(zhuǎn)化為所需要碳?xì)浔鹊奶細(xì)浠衔铩猚o+2h2混合氣，然后通過(guò)變換制成co2+3h2混合氣，分離出水后，水循環(huán)使用，co2+3h2經(jīng)分離，co2返回作原料使用。這樣，反應(yīng)過(guò)程中消耗資源是水，產(chǎn)生資源是氫氣。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明所提供的實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖標(biāo)記：
1—二氧化硫催化合成碳?xì)湮镔|(zhì)裝置；2—co+2h2+水蒸氣變換裝置；3—水循環(huán)泵；4—水冷器；5—?dú)庖悍蛛x器；6—混合氣分離器；7—?dú)怏w循環(huán)泵。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
請(qǐng)參閱圖1，本具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：一種水制氫裝置，它包含二氧化硫催化合成碳?xì)湮镔|(zhì)裝置1、co+2h2+水蒸氣變換裝置2、水循環(huán)泵3、水冷器4、氣液分離器5、混合氣分離器6和氣體循環(huán)泵7，二氧化碳催化合成新能源碳?xì)湮镔|(zhì)裝置1和水循環(huán)泵均與co+2h2+水蒸氣變換裝置2連接，co+2h2+水蒸氣變換裝置2通過(guò)水冷器4與氣液分離器5連接，氣液分離器5的水出口與水循環(huán)泵3連接；氣液分離器5的氣體出口與混合氣分離器6連接，混合氣分離器6的二氧化碳出口通過(guò)氣體循環(huán)泵7與二氧化碳催化合成新能源碳?xì)湮镔|(zhì)裝置1連接。
所述的co+2h2+水蒸氣變換裝置2采用甲醇水蒸氣重整制氫裝置。
一種水制氫方法，它包含如下步驟：
來(lái)自二氧化碳催化合成新能源碳?xì)湮镔|(zhì)裝置1生產(chǎn)的co+2h2原料氣與水蒸氣混合進(jìn)入co+2h2+水蒸氣變換裝置2，在反應(yīng)溫度≥250℃，壓力為0.1－1.0mpa變換為co2+3h2混合氣，co2+3h2混合氣經(jīng)水冷器4冷卻，冷卻后通過(guò)氣液分離器5分離出反應(yīng)水和混合氣，反應(yīng)水通過(guò)水循環(huán)泵3進(jìn)入co+2h2+水蒸氣變換裝置2內(nèi)循環(huán)使用；混合氣經(jīng)混合氣分離器6分離出co2和h2氫氣，co2通過(guò)氣體循環(huán)泵7供給二氧化硫催化合成碳?xì)湮镔|(zhì)裝置1，氫氣作為產(chǎn)品。
本發(fā)明是由一種二氧化碳催化合成新能源碳?xì)湮镔|(zhì)裝置(已申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利)和一種co+2h2+水蒸氣變換裝置組成，按圖1所示連接在一起，就成為水制氫技術(shù)及裝置。在反應(yīng)過(guò)程中消耗水外還消耗反應(yīng)過(guò)程所供給的熱量，實(shí)踐中，生產(chǎn)1.0m3氫氣需要?jiǎng)恿δ芰?563kj/m3，動(dòng)力能量成本為0.2元/m3，其成本為目前科學(xué)技術(shù)化石能源制氫成本的1/10，具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。