一种制氢系统的制作方法

1.本实用新型适用于化工设备技术领域，尤其涉及一种制氢系统。


背景技术：

2.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。
3.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、制氢纯度低。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型实施例提供了一种制氢系统，本实用新型能有效的解决制氢效率较低、结构复杂，制氢纯度低的技术问题。
5.本实用新型提供的一种制氢系统，包括：制氢装置，内置液体容纳腔、尾气容纳腔以及制氢腔，所述制氢装置包括壳体，内设容纳空间；至少一个制氢管，置于所述容纳空间内；提纯装置，连接所述制氢腔，用于对所述制氢腔内生成的粗氢进行提纯；管路系统，连通所述制氢装置与所述提纯装置。
6.本实用新型采用的制氢装置一体成型，内置液体容纳腔、尾气容纳腔以及制氢腔，大大缩小了装置整体体积，且结构简单，设置的提纯装置，能够进一步的提高制氢纯度。
7.进一步的，每一个所述制氢管内部设有制氢催化剂，且连通所述液体容纳腔和所述制氢腔；燃烧催化剂，填充于所述尾气容纳腔；其中，所述壳体对应所述尾气容纳腔的位置开设有混合管道。
8.混合管道，可以根据用户需要，配比空气与尾气的比例，提高制氢纯度与安全性。
9.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述尾气容纳腔包括：第一容纳腔，位于所述容纳空间靠近所述液体容纳腔；第二容纳腔，位于所述第一容纳腔与制氢腔之间；其中，所述混合管道设于所述第一容纳腔；所述燃烧催化剂填充于所述第二容纳腔,所述第一容纳腔与所述液体容纳腔之间设置有液体缓冲腔。
10.所述第一容纳腔可容纳尾气，尾气从所述尾气进入所述第一容纳腔内，可在所述第一容纳腔内分布均匀后，进入所述第二容纳腔内，与所述燃烧催化剂反应，产生热量，此时尾气进入所述第二容纳腔内后，可与所述燃烧催化剂充分反应，提高了尾气的利用率。
11.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述容纳空间还包括：过热腔，设于所
述第二容纳腔与所述制氢腔之间；且所述过热腔内设有可储存热量的蓄热组件。
12.所述过热腔内部设置所述蓄热组件，燃烧后的尾气进入所述过热腔内后，经过所述蓄热组件对所述燃烧后的尾气的热量进行吸收，所述蓄热组件所吸收的热量能够持续对所述制氢管进行加热，提高了制氢效率。
13.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述第一容纳腔、所述第二容纳腔以及所述过热腔之间也设有隔板，所述隔板上设置有尾气流通孔，所述尾气可通过所述尾气流通孔，在所述制氢腔内流通。
14.所述尾气可在所述制氢系统内部的所述第一容纳腔、所述第二容纳腔以及所述过热腔之间流通，且所述尾气在所述第二容纳腔内燃烧后释放的热量经所述过热腔内的所述蓄热组件吸收后才可排出，所述隔板的设置使所述尾气在所述容纳空间内部能够分布均匀，使燃烧后的热量能够被充分吸收。
15.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述第一容纳腔与所述液体容纳腔之间设置有液体缓冲腔。
16.所述液体缓冲腔的设置能够有效的保证，再对所述液体容纳腔内添加液体时，所述液体不会直接进入所述制氢管内部，不会影响蒸气产生的效率，所述液体在加热时，产生的蒸气可直接进入所述制氢管内，有效的保证了，所述制氢系统产生的蒸气效率。
17.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述蓄热组件为蓄热块，和/或，蓄热球，所述蓄热组件填充于至少一个所述制氢管与所述壳体之间。
18.所述蓄热块或者所述蓄热球填充于所述过热腔内，且所述蓄热球或所述蓄热块之间形成了可流通尾气的间隙，所述蓄热块或者所述蓄热球能够吸收燃烧后的尾气的热量。
19.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述制氢管内设置有隔网，所述制氢催化剂设置于所述隔网，且远离所述液体容纳腔的一侧。
20.在所述制氢管内设置所述隔网，能够将所述制氢催化剂与液体进行分离，保证了所述制氢催化剂不会与液体接触，从而影响制氢效率的问题。
21.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述液体容纳腔、所述尾气容纳腔以及所述制氢腔可以自上而下，或者，自下而上依次堆叠设置。
22.所述液体容纳腔、所述尾气容纳腔以及所述制氢腔自上而下，或者自下而上的依次设置能够实现所制得的氢气从所述制氢系统上端或者下端排出，且液体可从所述制氢系统上端或下端通入。
23.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述制氢管与所述液体容纳腔内设置有至少一个电加热器。
24.至少一个所述电加热器的设置能够保证所述液体容纳腔内的液体能够达到产生蒸气的温度，至少一个所述电加热器设置于所述制氢管，能够保证所述制氢管的蒸气能够达到与所述制氢催化剂反应的温度，且保证了制氢的效率。
25.进一步的，在本实用新型的一个实施例中，还包括：液位器，设于所述壳体外部，其一端连通所述制氢腔，另一端连通至所述液体容纳腔。
26.所述液位器能够检测在所述制氢系统内部所述液体容纳腔内的储液量，并且使所述制氢系统内的液体小于30l，实现储液容量小于国规的储液腔，无需报备。
27.优选的，制氢管包括：蒸气发生管与氢气发生管；其中，所述蒸气发生管一端设置
有液体入口，另一端设置有蒸气出口；所述氢气发生管一端设置有氢气出口，另一端设置有蒸气入口。
28.蒸气发生管一端设置有液体入口，便于蒸发液体，产生蒸汽从蒸气出口流出；所述氢气发生管，另一端设置有蒸气入口，便于流入蒸气发生管；产生的蒸汽；上端设置有氢气出口，用于输出氢气发生管内反应生成的氢气。
29.优选的，氢气发生管位于所述蒸气发生管竖直方向上方，所述蒸气发生管可与所述氢气发生管对接。
30.设置蒸气发生管与所述氢气发生管对接，一体成型的结构更加简单，制氢更加方便。
31.综上所述，采用本实用新型的技术方案后，能够达到如下技术效果：
32.1)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；
33.2)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；
34.3)通过所述燃烧催化剂与所述尾气的反应，能够实现了资源的循环利用，产生的热量进一步的可对所述制氢管进行加热，保证了所述制氢管内蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度，并且经过燃烧后的尾气排出后，不会污染环境；
35.4)所述制氢管内设置所述隔网，能够将所述制氢催化剂与所述液体容纳腔分离，进一步的增强了蒸气与所述制氢催化剂反应产生氢气的效率。
36.5)提纯装置的设置，提高了氢气的制备纯度，满足了用户的更多需求。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，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。
38.图1为本实用新型实施例提供的制氢系统300的结构示意图；
39.图2为图1中制氢装置100的结构示意图；
40.图3为图2所示的剖视图；
41.图4为图2中制氢装置100内部结构示意图；
42.图5为图4中的部分结构示意图；
43.图6为图3中的部分结构示意图；
44.图7为图6中第二法兰9的结构示意图；
45.图8为图4中第一上法兰71的结构示意图；
46.图9为图3中制氢管4的结构示意图。
47.图10为图1中制氢装置100以及管路系统200的连接结构示意图；
48.图11为图10所示的另一角度示意图；
49.图12为提纯装置50的结构示意图。
50.主要元件符号说明：
51.100为制氢装置；1为液体容纳腔；11为补液管；12为进液管；13为第一电加热器；14为液体缓冲腔；2为制氢腔；21为氢气出口；211为出氢管道；22为液位器连接管；3为尾气容纳腔；31为第一容纳腔；311为混合管道；32为第二容纳腔；321为燃烧催化剂进口；4为制氢管；401为换热器；402为冷风机；403为尾气进气管；404为出氢管；41为蒸气管；411为液体入口；412为蒸气出口；42为氢气管；421为蒸气入口；422为氢气出口；423为翅片；5为过热腔；50为提纯装置；51为蓄热组件进口；6为尾气排出腔；61为尾气出口；7为第一法兰；70蒸汽过滤罐；71为第一上法兰；711为电加热管口；72为第一下法兰；8为隔板；80尾气收集罐；90粗氢提纯罐；9为第二法兰；91为第二上法兰；911为制氢管连接口；92为第二下法兰；921为开口；10为壳体；20为液位器；201为控制阀；30为支撑座；200为管路系统；300为制氢系统；700为底部连接管路；701排液管；801尾气出管；900为顶部连接管路。
具体实施方式
52.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
53.【第一实施例】
54.参见图1，本实用新型实施例提供了一种制氢系统300，包括制氢装置100、提纯装置50以及管路系统200。
55.具体的，参见图2与图3与图4，制氢装置100，内置液体容纳腔1、尾气容纳腔2以及制氢腔3，且各个腔体之间设有隔板8；制氢腔2通过管路系统200连接提纯装置50。本实用新型采用的制氢装置一体成型，大大缩小了装置整体体积，且结构简单，设置的提纯装置，能够进一步的提高制氢纯度。
56.进一步的，制氢装置100例如包括：壳体10与支撑座30，壳体10内部具有容纳空间(图中未示出)，容纳空间内部从底部至顶部依次设有液体容纳腔1、尾气容纳腔3以及制氢腔2；其中，燃烧催化剂填充于尾气容纳腔3内；壳体10对应尾气容纳腔3的位置开设有混合管道311以及燃烧催化剂进口321。
57.进一步的，尾气容纳腔3包括：第一容纳腔31与第二容纳腔32，第一容纳腔31位于靠近液体容纳腔1的一侧，第二容纳腔32位于第一容纳腔31上部；混合管道311开设于第一容纳腔31，燃烧催化剂进口321开设于第二容纳腔；燃烧催化剂填充于第二容纳腔321内。
58.优选的，参加图4与图6，支撑座30安装于壳体10的下侧，用于支撑制氢装置100，具体的，支撑座30套设于液体容纳腔1外侧，支撑座30与壳体10之间设置有第二法兰9，支撑座30通过第二法兰9可拆卸的安装于壳体10。
59.优选的，容纳空间还包括：过热腔5以及尾气排出腔6；其中，尾气排出腔6设置于靠近制氢腔2的一侧，过热腔5设置于尾气排出腔6与第二容纳腔32之间；其中，过热腔5设置有蓄热组件进口51，尾气排出腔6设置有尾气出口61。进一步的，过热腔5中填充有蓄热组件(图中未示出)，蓄热组件为蓄热能力较强的一些材料，蓄热组件可以为蓄热球，和/或，蓄热块。
60.优选的，制氢腔2的一侧还设有氢气出口21。
61.优选的，参见图3第一容纳腔31、第二容纳腔32、过热腔5以及尾气排出腔6之间设有隔板8，隔板8表面设置有多个尾气流通孔(图中未示出)，尾气可从第一容纳腔31中通过隔板8流通至尾气排出腔6内，后从尾气出口61排出。
62.进一步的，尾气进入第一容纳腔31中后，进过隔板8使尾气在第一容纳腔31分布均匀后经隔板8表面的尾气流通孔进入第二容纳腔32内，尾气可与燃烧催化剂反应产生大量的热量，进一步的，尾气经过隔板8表面的尾气流通孔进入过热腔5内，蓄热组件对尾气的热量进行吸收后，再进一步的，尾气进入尾气排出腔6后由尾气出口61排出燃烧完成且热量较低的尾气。
63.优选的，容纳空间内设置有至少一个制氢管4，制氢管4内填充有制氢催化剂(图中未示出)，制氢管4连接在液体容纳腔1与制氢腔2之间，且贯穿于第一容纳腔31、第二容纳腔32、过热腔5以及尾气排出腔6；液体容纳腔1设置有第一电加热器13，第一电加热器13对液体容纳腔1内的液体进行加热，使其能够产生蒸气，且蒸气能够在制氢管4内与制氢催化剂反应生成氢气。
64.进一步的，第二容纳空间32内的燃烧催化剂与尾气燃烧后释放的热量对制氢管4进行加热，使制氢管4内的温度能够达到蒸气与制氢催化剂反应所需的温度；过热腔5内所填充的蓄热组件保持了制氢管4的温度，减小了制氢管4的散热程度，有效的保证了制氢管4内蒸气与制氢催化剂反应的持续性。
65.优选的，参见图3与图5，制氢管4在过热腔5的部分处，外侧绕设有翅片423，翅片423的设置增强了制氢管4的换热面积，有效的提高了制氢管4的吸热效率，增强了制氢管4内蒸气与制氢催化剂反应生成氢气的速率。
66.优选的，参见图3、图4与图10，制氢装置100还包括：液位器20，设置于壳体10外侧，且连通制氢腔2与液体容纳腔1，用于检测制氢装置100中液体的液位，能够控制制氢装置100中液体的储液容量，使制氢装置100内的液体小于30l，实现储液容量小于国规的储液腔，无需报备。
67.具体的，制氢腔2开设有液位器连接管22，液体容纳腔1设有进液管12，液位器20通过管道一端连接液位器连接管22，另一端连接至进液管12，且在液位器20连接制氢腔2的管道设置有控制阀201，能够有效的防止蒸气的流失以及控制排放蒸汽凝结的水珠。
68.优选的，参见图6与图7，第二法兰9包括：第二上法兰91与第二下法兰92；其中，第二上法兰91固定在壳体10的低端，第二下法兰92连接至支撑座30的上端；第二上法兰91与第二下法兰92可通过螺栓连接实现可拆卸的安装，进一步的达到支撑座30与壳体10之间的可拆卸连接。
69.进一步的，通过第二上法兰91与第二下法兰92的可拆卸连接能够实现对制氢管4内部对制氢催化剂的添加或者更换，以及可以实现对液体容纳腔1内液体的填充以及更换或者排出。
70.优选的，第二上法兰91其表面开设有连通制氢管4的制氢管连接口911，制氢管4通过制氢管连接口911连通至液体容纳腔1；第二下法兰92设置为环形结构，其内部设置有开口921；开口921、液体容纳腔1以及第二上法兰91之间形成了液体缓冲腔14。
71.具体的，由于制氢管内设置有制氢催化剂，若液体容纳腔1内液体含量较高时，液体会进入制氢管4内，与制氢催化剂接触，从而会影响制氢效率；故液体缓冲腔14的设置增
大了液体的容纳空间，减小了液体与制氢催化剂的接触概率，能够有效的保证制氢催化剂与蒸气反应的制氢效果，提高了氢气生成的效率。
72.优选的，参见图3与图4，制氢装置100还包括第一法兰7以及第二电加热器(图中未示出)，设置于壳体10上端，连接至制氢腔2；具体的，第一法兰7包括：第一上法兰71与第一下法兰72；第一下法兰72固定连接至制氢腔2，第一上法兰71通过螺栓可拆卸的连接至第一下法兰72。
73.进一步的，参见图8，第一上法兰71表面开设有多个电加热管口711，第二电加热器的电加热管通过电加热管口711设置于制氢管4内部，用于加热制氢管4内的蒸气。
74.优选的，第二电加热器、第一电加热器13以及燃烧催化剂之间能够相互配合，加热制氢管4内的蒸气；具体的，在制氢装置100中可设置温度传感器(图中未示出)，温度传感器可检测并显示制氢管4内部蒸气的温度；通过启动第一电加热器13加热液体容纳腔1内部液体使其产生蒸气，并进入制氢管4内；通入尾气，使其与第二容纳腔32内的燃烧催化剂反应，产生的热量进一步加热制氢管4；启动第二电加热器，对制氢管4内进一步加热；在加热过程中，若温度低于蒸气与制氢催化剂反应所需温度时，则增大第二电加热器的电量或增加尾气的通入量，若温度高于蒸气与制氢催化剂反应所需温度时，则减小第二电加热器的电量或暂停第二电加热器，或者，暂停通入尾气；从而达到调节温度的目的，使制氢效率最大化。
75.实施例2
76.参见图9，针对上述第一实施例中的制氢管4的改进，本实用新型第二实施例提供了一种制氢管4。制氢管4例如包括：蒸气发生管41与氢气发生管42；其中，蒸气发生管41一端设置有液体入口411，另一端设置有蒸气出口412；氢气发生管42，一端设置有氢气出口422，另一端设置有蒸气入口421。
77.优选的，氢气发生管42位于蒸气发生管41竖直方向上方，蒸气发生管41可与氢气发生管42连通；在蒸气发生管41与氢气发生管42连通时，对应的蒸气入口421与蒸气出口412连通。在蒸气发生管41与氢气发生管42之间设置有隔板或可拆卸的法兰(图中未示出)，且隔板或法兰开设有蒸气流通口，且隔板或法兰开设有蒸气流通口，用于蒸气可从蒸气发生管1流通至氢气发生管内。
78.进一步的，蒸气发生管41可与氢气发生管42可固定连接设置为一体，或者蒸气发生管41与氢气发生管42可拆卸的连接。
79.优选的，氢气发生管42内部填充有制氢催化剂(图中未示出)，制氢催化剂可与蒸气在氢气发生管42内发生反应产生氢气，后从氢气出口422流出。进一步的，第二电加热器设置于蒸气发生管41与氢气发生管42内，用于加热生成蒸气，或者，达到蒸气与制氢催化剂反应所需的温度。
80.进一步的，尾气进入第一容纳腔31内后经过隔板4分布均匀后进入第二容纳腔32内与燃烧催化剂反应，后从尾气出口61排出。
81.实施例3
82.本实施例为上述实施例1的进一步改进，参见图12，提纯装置50，包括至少一个蒸汽过滤罐70、至少一个粗氢提纯罐90、至少一个尾气收集罐80以及提纯。
83.具体的，参见图1与12，蒸汽过滤罐70与出氢管302连接，将制备的粗氢由出氢管输入蒸汽过滤罐70内进行蒸汽过滤；提纯管路包括：底部连接管路700与顶部连接管路900；底
部连接管路700一端连接蒸汽过滤罐70上端，另一端串联至少一个尾气收集罐80底部与至少一个粗氢提纯罐90底部，如图12所示，串联四个粗氢提纯罐90与一个尾气收集罐80，且设有多个管路控制阀(图中未示出)，用于控制气体流向；通过底部连接管路700将蒸汽过滤罐70过滤后的粗氢输入至粗氢提纯罐90收集，进行粗氢提纯与尾气过滤；过滤后的尾气，通过底部连接管路700输入至尾气收集罐80收集处理；顶部连接管路900串联四个粗氢提纯罐90，且设有多个管路控制阀(图中未示出)，用于控制输出提纯后的氢气；同时，顶部连接管路900的另一端也可以连通外部提纯后的氢气往至少一个粗氢提纯罐90内倒灌氢气，将粗氢提纯罐90内的尾气，压至尾气收集罐80收集处理；或者，四个粗氢提纯罐90交替收集使用，例如一个粗氢提纯罐90过滤尾气后，打开与另一个粗氢提纯罐90连接的管路控制阀，将另一个粗氢提纯罐90内储存的纯氢，部分输入至粗氢提纯罐90，以将尾气从该粗氢提纯罐90底部排入尾气收集罐80内收集；通过设置的蒸汽过滤罐70能够过滤粗氢中含有的蒸汽，设置粗氢提纯罐90进一步对过滤蒸汽后的粗氢进行尾气过滤，设置的尾气收集罐80对过滤下的尾气进行收集处理，大大提升了粗氢提纯率。
84.进一步的，蒸汽过滤罐70底部还设有排液管701，用于排出内部过滤凝结后的液体；尾气收集罐80上设有尾气出管801，用于排放尾气，当然，排液管701以及尾气出管801，可以接入至制备粗氢的设备，例如蒸汽发生器20内重复利用，节能减排，达到循环利用的目的。
85.氢气提纯工艺的具体步骤为：
86.步骤一，将制氢装置制备的粗氢经出氢管输入至蒸汽过滤罐中，对粗氢中含有的蒸汽进行过滤；
87.步骤二，将过滤蒸汽后的粗氢经底部连接管路流入至至少一个粗氢提纯罐内，进行过滤尾气，使得氢气与尾气在粗氢提纯罐内上下分离；
88.步骤三，将外部纯氢经顶部连接管路从步骤二中的粗氢提纯罐顶部反向流入，将粗氢提纯罐内的尾气经底部连接管路压出至尾气收集罐中收集，得到粗氢提纯罐内纯氢。
89.优选的，参见图1、图10、图11与图12，管路系统200包括：换热器401、冷风机402、尾气进气管403、出氢管404、出氢管道211、液位器连接管22、进液管12、混合管道311、液位器20以及控制阀201。
90.具体的，出氢管道211一端连接至氢气出口21，另一端连接至换热器401,后经过冷风机402通过出氢管404连接至出氢管302；尾气出管801连接至尾气进气管403，将收集的尾气重复利用至制氢装置100内；液位器连接管22一端连接制氢腔2，另一端连通进液管12，液位器连接管22上设有液位器20以及控制阀201，液位器20用于检测进液管12流进制氢装置100内的液体高度；控制阀201用于控制排出本装置闲置时，液位器连接管22内凝结的水珠，防止极端寒冷天气结冰导致的管道爆裂；混合管道311与尾气进气管403连接，混合管道311一端可连接空气输入装置(图中未示出)，便于将尾气进气管403尾气与空气输入装置输入的空气按一定比例混合后，由混合管道311输入至制氢装置100内。
91.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术
方案的精神和范围。