一种制氢装置的制作方法

本发明适用于化工设备技术领域，尤其涉及一种制氢装置。

背景技术：

能源是人类经济活动中最重要的要素。氢能源作为公认的清洁能源，在现今社会中，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。氢气作为新能源燃料，展现了极广泛的和潜在的市场。如何从规划及技术上准备和迎接这一必然要到来的发展，将是一项极为重大的事情。选择先进的技术，合理的方法来生产和应用氢，以获得最大的经济和环境效益，这是未来的发展趋势。

目前，较为广泛的采用甲醇制取氢气，甲醇制氢是指在一定温度及压力条件下，以甲醇为原料，通过甲醇蒸气通过制氢催化剂的作用，进行转化反应，制取氢气的过程。现有技术中，利用燃烧催化对甲醇蒸气与制氢催化剂反应后的尾气与空气混合后的混合气体再次利用的方法，有效的减少了资源的损耗。但现有的设备在利用尾气燃烧制氢时，效率较低，且结构较为复杂。

技术实现要素：

因此，本发明实施例提供了一种制氢装置，本发明能够有效的解决制氢效率较低、制氢量较低的技术问题，具有制氢效率高、制氢量高的技术效果。

本发明提供了一种制氢装置，所述制氢装置包括：蒸气发生器，内部设有蒸气空间；氢气反应器，内设有制氢空间，且所述制氢空间内填充有制氢催化剂；其中，所述蒸气发生器套设于所述氢气反应器外部，且所述蒸气空间围绕所述氢气反应器呈环状结构；至少一个蒸气管，设于所述蒸气空间；加热部，用于加热所述蒸气发生器与所述氢气反应器；蒸气输出管，连接在所述蒸气发生器与所述氢气反应器之间，所述蒸气发生器可以经所述蒸气输出管向所述氢气反应器输送蒸气。

所述蒸气发生器套设于所述氢气反应器外部，所述蒸气发生器可将生成的蒸气经过连接管输送至所述氢气反应器内部，且所述氢气反应器内的所述制氢催化剂可与蒸气反应进一步的产生氢气，所述加热部的设置，作用于所述蒸气发生器，保证了蒸气的产生效率；所述加热部作用于所述氢气反应器，为所述制氢催化剂与蒸气反应提供了所需的温度，保证了制氢的效率。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述蒸气发生器包括：液体腔，设于所述蒸气空间，用于容纳液体；蒸气腔，设于所述蒸气空间，用于容纳产生的蒸气；其中，所述蒸气管连通所述液体腔与所述蒸气腔。

所述液体腔的设置，用于容纳蒸气所需的材料，所述蒸气空间内的所述蒸气管的设置保证了，蒸气可由所述液体腔经所述加热部加热流通至所述蒸气腔内。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述蒸气空间还设有尾气腔、燃烧催化剂容纳腔以及过热腔，其中，所述蒸气腔、所述过热腔、所述燃烧催化剂容纳腔、所述尾气腔以及所述液体腔依次设置。

所述蒸气空间内的所述尾气腔以及所述燃烧催化剂容纳腔的设置，保证了尾气进入所述蒸气发生器内部后，经燃烧后释放的热量能够对所述蒸气管进行进一步的加热，保证了生成蒸气所需的温度。

进一步的，在本发明的一个实施例中，还包括：所述燃烧催化剂容纳腔内填充有燃烧催化剂，和/或，所述过热腔内填充有蓄热组件；且所述燃烧催化剂，和/或，所述蓄热组件位于所述蒸气管外部。

尾气经所述尾气腔进入所述燃烧催化剂容纳腔后，与所述燃烧催化剂反应，从而会产生热量；经燃烧后的尾气进入过热腔内，由所述蓄热组件对尾气燃烧后产生的热量进行吸收并且储存，能够持续为所述蒸气管提供热量，增强了所述蒸气管的使用效率。

进一步的，在本发明的一个实施例中，还包括：尾气入口，设置于所述蒸气发生器，且连通至所述尾气腔；尾气出口，设置于所述蒸气发生器，且连通至所述过热腔。

尾气经所述尾气入口进入所述尾气腔内，燃烧后为高温尾气经过蓄热组件吸收热量后，由所述尾气出口排出，此时排出的尾气对环境的污染较小。

进一步的，在本发明的一个实施例中，多个所述蒸气管设置为至少一环。

所述蒸气管设置为至少一环，若需要制备大量蒸气时，所需的蒸气量较高时，则可设置所述蒸气管为两环甚至多环，保证了蒸气的产生量。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述氢气反应器还包括：固定法兰，设于所述氢气反应器外部，所述氢气反应器通过所述固定法兰可拆卸地连接于所述蒸气发生器。

所述氢气反应器设置的所述固定法兰，且与所述蒸气发生器可拆卸的连接，实现了所述蒸气发生器与所述氢气反应器单独更换的目的，有效的节约了制造成本。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述连接管可设置为内部连接或外部连接。

所述连接管设置于所述蒸气发生器与氢气反应器之间，保证了所述蒸气发生器向所述氢气反应器提供蒸气的目的；内部连接或外部连接，两种方式都能达到输送蒸气的目的。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述外部连接：为在所述蒸气发生器与所述氢气反应器外部设置连接管；所述内部连接为：在所述蒸气发生器内壁与所述氢气反应器外壁开设连接孔。

若采用外部连接，则需要在所述蒸气发生器与所述氢气反应器的外部设置单独的连接管，若采用内部连接，则只需在所述蒸气发生器内壁与所述氢气反应器外壁开设连接孔，便可实现输送蒸气的目的。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述加热部包括：第一加热部：设置于所述蒸气发生器底部或者侧表面，用于加热液体，和/或，第二加热部：设置于所述蒸气管内，用于过热蒸气，和/或，第三加热部：设置于所述氢气反应器内部，作用于所述制氢催化剂与蒸气。

所述第一加热部设置于所述蒸气发生器的底部或侧表面，主要作用于所述液体腔，对所述液体腔内的液体进行加热，从而使其产生蒸气；所述第二加热部，设置于所述蒸气管内，为蒸气进一步的提供热量；所述第三加热部设置于所述氢气反应器内部，主要为所述氢气反应器内部的所述制氢催化剂与蒸气进一步的提供反应所需的温度；所述加热部的设置，保证了所述制氢装置产生蒸气与制备氢气的效率。

综上所述，采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：

i)所述制氢催化剂置于所述制氢管内，能够直接在所述制氢管内生成氢气，节约了反应空间，有效的降低了装置制作成本；

ii)所述电加热器的设置，有效的保证了蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度，有效的增强了氢气生成速率；

iii)通过所述燃烧催化剂与所述尾气的反应，实现了资源的循环利用。

iv)所述氢气反应器设置于所述蒸气发生器内，有效的节约了装置的空间。

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蒸气发生器100的结构示意图；

图2为图1所示的另一角度的结构示意图；

图3为图1所示的再一角度的结构示意图；

图4为图1中局部结构示意图；

图5为图4所示的剖视图；

图6为图4内部结构示意图；

图7为图6局部结构示意图；

图8为图5所示另一结构示意图；

图9为图5所示再一结构示意图；

图10为本发明第二实施例提供的氢气反应器200的结构示意图；

图11为图10所示另一角度结构示意图；

图12为图10所示的剖视图；

图13为氢气反应器200内部结构示意图；

图14为图13中的局部结构示意图；

图15为本发明第三实施例提供的制氢装置300的结构示意图；

图16为图15的局部结构示意图；

图17为图16所示的剖视图；

图18为制氢装置300的结构示意图；

图19为图18的另一角度结构示意图

主要元件符号说明：

100为蒸气发生器；1为顶部开口；2为底部开口；3为氢气反应器容纳空间；10为壳体；11为尾气出口；12为燃烧催化剂添加口；13为尾气入口；14为第一电加热器；15为液体进口；16为液体出口；17为第一法兰；18为第二法兰；19为支撑座；20为蒸气空间；21为液体腔；22为蒸气腔；23为尾气腔；24为燃烧催化剂容纳腔；25为过热腔；26为隔板；30为蒸气管；31为翅片；32为第二电加热器；

200为氢气反应器；110为外壳体；101为蒸气容纳腔；102为制氢空间；120为氢气输出管；130为第三法兰；140为第四法兰；150为固定法兰；160为第三电加热器；170为多孔隔板；

300为制氢装置；210为液位器；220为蒸气输出管；221为蒸气控制阀；222为温度传感器；230为管道；231为第一氢气管；232为板式换热器；233为冷风机；234为进液管；234a为第一进液管；235为尾气管道；2351为流量表；241为第二氢气管；242为排液管道；244为空气管道；245为第二进液管；246为进液泵；247为安全管道；2471为安全阀；250为排气管道；260为支撑部。

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-图5，其为本发明实施例提供的一种蒸气发生器100的结构示意图，所述蒸气发生器100例如包括：壳体10、蒸气空间20、液体腔21、蒸气腔22以及蒸气管30；壳体10，其内部设置有氢气反应器容纳空间3；蒸气空间20，位于氢气反应器容纳空间3与壳体10之间，且绕设于氢气反应器容纳空间3呈环状结构；液体腔21，位于蒸气空间20底端，且液体腔21设置有第一加热部，且所述第一加热部为第一电加热器14；蒸气腔22，位于蒸气空间20顶端；蒸气管30，设于蒸气空间20，且连通液体腔21与蒸气腔22。蒸气发生器100上端开设有顶部开口1，底端设有底部开口2，氢气反应器容纳空间3位于顶部开口1与底部开口2之间，且蒸气管30设置有至少一个，此时蒸气管30沿蒸气空间20呈环形结构；液体腔21用于容纳蒸气所需的材料，蒸气空间20内的蒸气管30的设置保证了，蒸气能够由液体腔21经加热部加热流通至蒸气腔22内；。

进一步的，参见图5与图6，蒸气发生器100可沿竖直方向、水平方向或沿其他角度放置；蒸气空间20还设有尾气腔23、燃烧催化剂容纳腔24以及过热腔25，其中，蒸气腔22、过热腔25、燃烧催化剂容纳腔24、尾气腔23以及液体腔21依次设置，且两两之间设置有隔板26，其中，过热腔25、燃烧催化剂容纳腔24与尾气腔23之间的隔板26设置有尾气流通孔(图中未示出)，用于流通所述尾气。

进一步的，蒸气空间20内的尾气腔23以及燃烧催化剂容纳腔24的设置，保证了尾气进入蒸气发生器100内部后，经燃烧后释放的热量能够对所述蒸气管30进行进一步的加热，保证了蒸气所需的温度。

优选的，燃烧催化剂容纳腔24内填充有燃烧催化剂，和/或，过热腔25内填充有蓄热组件；且所述燃烧催化剂，和/或，所述蓄热组件位于蒸气管30外部，具体的，所述蓄热组件可以为蓄热球，和/或，蓄热块。

进一步的，蒸气管30外侧绕设有翅片31，翅片31用于增大换热面积，所述蓄热组件位于蒸气管30、翅片31以及壳体10之间。

优选的，蒸气发生器100还包括：尾气出口11、燃烧催化剂添加口12、尾气入口13、液体进口15以及液体出口16；液体进口15与液体出口16连通至液体腔21，用于对液体腔21内进行补液或者排液；尾气入口13，连通至尾气腔23，用于向蒸气发生器100内通入所需反应的尾气，尾气出口11连通至过热腔25，用于排出经过反应后的尾气；燃烧催化剂添加口12连通至燃烧催化剂容纳腔24，用于向燃烧催化剂容纳腔24添加所述燃烧催化剂；其中，尾气可通过隔板26的所述尾气流通孔从尾气腔23进入过热腔25内。

优选的，蒸气发生器100还包括：第一法兰17、第二法兰18以及支撑座19；其中第一法兰17与第二法兰18可拆卸的安装于蒸气发生器100的顶部，第二法兰18表面开设有多个小孔；进一步的，第一法兰17与第二法兰18通过螺栓等其他连接方式能够实现连接的密封性，第一法兰17与第二法兰18可设置为单颈、双颈或多颈法兰，能够实现法兰之间的多圈密封，增强了连接的密封性。

进一步的，支撑座19设置于外壳10外侧，用于支撑蒸气发生器100；第二电加热部设置于蒸气发生器100内，举例来说，所述第二加热部为：第二电加热器32；第二电加热器32通过所述小孔设置在蒸气空间20内，具体的，参见图6与图7，第二电加热器32经过蒸气腔22伸入蒸气管30内。

优选的，第一电加热器14用于加热液体，和/或，第二电加热器32用于过热蒸气；其中，若第一电加热器14加热的液体热量充分时，则可不设置第二电加热器32；若其产生的蒸气热量不足时，则可通过设置第二电加热器32进一步的保证蒸气的温度值；二者可互相配合或者单独加热实现制氢的目的。优选的，参见图5、图8以及图9，第一电加热器14可设置在液体腔21底部或者侧表面；蒸气管30沿氢气反应器容纳空间3环绕设置，且蒸气管30可设置为单环或者多环；。

进一步的，蒸气管30设置有多个时，多个蒸气管30沿蒸气空间20围绕氢气反应器容纳空间3设置为至少一环，若需要制备大量蒸气时，所需的蒸气量较高时，则可设置蒸气管30为两环甚至多环，多环蒸气管30的设置保证了蒸气的产生量。

【第二实施例】

参见图10，本发明第二实施例还提供的一种氢气反应器200。所述氢气反应器200例如包括：外壳体110、氢气输出管120、第三法兰130以及第四法兰140；外壳体110内部设有蒸气容纳腔101以及制氢空间102；氢气输出管120设于外壳体110，且连通至制氢空间102，用于排出反应生成的氢气；第三法兰130可拆卸的安装于外壳体110底部，第四法兰140可拆卸的安装于外壳体110顶部。具体的，可通过可拆卸的第四法兰140向制氢空间102填充所述制氢催化剂。

进一步的，参见图11-图13，氢气反应器200还包括：制氢催化剂(图中未示出)、第三加热部、以及固定法兰150；其中，所述制氢催化剂填充于制氢空间102内，能够与蒸气发生反应；所述第三加热部为：第三电加热器160，第三电加热器160通过第四法兰140上端小孔伸入蒸气容纳腔101与制氢空间102内部，用于对所述蒸气进行加热，保持所述制氢催化剂与所述蒸气反应所需的温度；固定法兰150固定连接于外壳体110外侧，氢气反应器200通过固定法兰150可拆卸地连接于蒸气发生器100。

进一步的，第一电加热器14用于加热液体，和/或，第二电加热器32用于过热蒸气，和/或，第三电加热器160作用于所述制氢催化剂与蒸气；其中，第一电加热器14、第二电加热器32以及第三电加热器160三者之间可以互相配合达到制氢气的目的，也可由其中一个单独实现加热制氢的目的。

优选的，参见图10与图14，蒸气容纳腔101与制氢空间102设置有多孔隔板170，用于蒸气容纳腔101与制氢空间102之间蒸气的流通以及第三电加热器160的安装。

进一步的，第三电加热器160设置于氢气反应器200内部，主要为氢气反应器200内部的所述制氢催化剂与蒸气进一步的提供反应所需的温度；第三电加热器160的设置，保证了所述制氢装置产生蒸气与制备氢气的效率；且能够实现对制氢量以及制氢效率的有效控制，若氢气反应器200内部温度较低制氢量较少时，则可以通过第三电加热器160提高其电量，使氢气反应器200内部温度升高，满足所述制氢催化剂与蒸气反应所需的温度；若温度较高时，则可较小或暂停第三电加热器160的电量。

【第三实施例】

参见图15-图17，本发明第三实施例还提供一种制氢装置300，所述制氢装置300包括：蒸气发生器100以及氢气发生器200；其中，蒸气发生器100套设于氢气反应器200外部，此时氢气反应器200位于气发生器100的氢气反应器容纳空间3，且由蒸气输出管220连通；蒸气可从蒸气发生器100内通过蒸气输出管220输送至氢气反应器200内部，进一步的，蒸气输出管220设有蒸气控制阀221，可对蒸气的输送量进行控制；在蒸气输出管220还设有温度传感器222，用于检测蒸气在蒸气输出管内的温度，并显示出来，能够提高制氢效率。

优选的，蒸气输出管220可设置为内部连接或外部连接；若采用外部连接，则蒸气输出管220设置在蒸气发生器100与氢气反应器200的外部，若采用内部连接，则只需在蒸气发生器100内壁与氢气反应器200外壁开设连接孔；采用内部连接或外部连接，两种方式都能达到输送蒸气的目的便可实现输送蒸气的目的。

优选的，制氢装置300还包括：液位器210，设置在蒸气发生器100与氢气发生器200的外部，且连通蒸气发生器100与氢气发生器200，用于检测蒸气反应器100内部液体腔21中的液体量。

进一步的，液位器210还开设有防冻排液口(图中未示出)以及活化还原管路(图中未示出)；在不使用制氢装置300时，或者在温度较低的环境中使用装置后，可将制氢装置300内部的液体排出，具体的，可通过所述防冻排液口排出，防止由于液体的冷却使制氢装置300受到损坏；在长时间使用制氢装置300后，制氢装置300的催化剂的活性会降低甚至失去活性，通过所述活化还原管路，会使制氢装置300内部催化剂再次具有活性，进一步的提高催化剂的活性，延长其使用寿命。

优选的，再参见图2、图3以及图11，氢气反应器200的固定法兰150通过螺栓等连接方式可拆卸的安装于蒸气发生器100的第二法兰18，通过固定法兰150与第二法兰18的连接，能够实现氢气反应器200与蒸气发生器100的可拆卸连接，能够实现单独更换或维修的目的；且有效的降低了装置的利用空间。

优选的，制氢装置300还包括：管道230、板式换热器232、冷风机233以及支撑部260；其中，管道230连接至制氢装置300，板式换热器232以及冷风机233设置于管道230，支撑部260设置于管道230、板式换热器232以及冷风机233下方，用于支撑制氢装置300。

优选的，参见图18与图19，制氢装置300还包括排气管道250，排气管道250连接至尾气出口11，燃烧完成后的尾气从尾气出口11经排气管道250向外排出。

优选的，管道230包括：第一氢气管231、尾气管道235、进液管234、以及空气管道244；其中，第一氢气管231一端连接至氢气输出管120，另一端连接至板式换热器232，板式换热器232可将高温氢气的热量进行吸收并且进行保存，板式换热器232经管道连接至连接至冷风机233的一端，冷风机233的另一端连接至第二氢气管241。

具体的，制氢装置300制得的氢气从氢气输出管120进入第一氢气管231中，后依次经过板式换热器232、冷风机233以及第二氢气管道241，最后由第二氢气管道241排出。

优选的，制氢装置300还设有安全管道247，连通至蒸气发生器50,在安全管道247设有安全阀2471；若在蒸气发生器50内部蒸气压力过大时，可通过调节阀门使部分蒸气进入安全管道247中，经安全阀2471排除，从而降低蒸气发生器50内的蒸气压力；

优选的，尾气管道235经尾气输送管连接至蒸气发生器50，用于向蒸气发生器50内部输送尾气；其中，在尾气管道235与蒸气发生器50之间设有流量表2351，用于检测尾气管道235内尾气的流量。

优选的，进液管234连接至进液泵246，后经过234a为第一进液管234a连接至板式换热器232；液体经进液管234流入进液泵246内部，后由进液泵246将液体输送至板式换热器232内，能够吸收板式换热器232储存的热量，最后液体经过第二进液管246输送至蒸气发生器50内。

进一步的，排液管道242连接至液位器210的所述防冻排液口，若制氢装置100内液体量较多时，可将液体由排液管道242向外排出。

优选的，空气管道244连通至尾气输送管235，向尾气中通入空气，能够降低尾气中氢气的含量，降低了所述尾气与燃烧催化剂反应产生的危害。

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。