一种制氢方法及制氢系统与流程

1.本发明涉及蒸气锅炉技术领域，具体而言，涉及一种制氢方法和一种制氢系统。


背景技术：

2.随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。在各种新能源的研究中，氢气以完全清洁的燃烧方式以及可以再生的优势成为研究者的首选。
3.现有技术中，氢气的制备往往需要用到蒸气发生器，蒸气发生器是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸气的机械设备。传统的工业蒸气发生器采用木柴、煤、柴油、天然气作为燃料加热，我国是当今世界燃煤工业蒸气发生器生产和使用最多的国家。
4.但是，燃煤工业蒸气发生器中煤燃烧后产生大量的高温废气，往往是直接排放到空气当中，产生浪费而且污染环境；而现有的蒸气装置需要设置单独的电加热或是其他方式进行加热，消耗大量的能源和热量。


技术实现要素：

5.本发明通过热废气和/或电加热器和/或催化燃烧反应组合的加热方式制取蒸气，在确保制取蒸气的效率同时，利用所述热废气的回收利用，降低了加热成本。
6.为解决上述问题，本发明提供一种制氢方法，包括蒸气发生方法，所述蒸气发生方法包括：步骤s10：通入蒸气材料：将所述蒸气材料通入加热反应室内；步骤s20：加热所述蒸气材料：通过加热组件进行加热处理，得到蒸气；步骤s30：过热所述蒸气：在所述加热反应室内通过所述加热组件对所述蒸气进行再加热，得到过热蒸气；步骤s40：收集过热蒸气：使所述过热蒸气通入蒸气收集室；其中，所述加热组件为热废气和/或电加热器和/或催化燃烧反应组合。
7.本实施例中，利用由所述热废气和/或所述电加热器和/或所述催化燃烧反应组合形成的所述加热组件，在确保制取蒸气的效率同时，利用所述热废气和/或催化燃烧反应组合的加热方式实现了对热废气和/或催化燃烧反应组合的回收利用，降低了加热成本。
8.另一方面，本发明还提供了一种制氢系统，包括蒸气装置，所述蒸气装置包括：蒸气反应部，其设有蒸气反应空间；加热组件，其连通所述蒸气反应空间；蒸气材料入口，其设于所述蒸气反应部的一侧，所述蒸气材料入口连通所述蒸气反应空间；蒸气出口，其设于所述蒸气反应部的一侧，所述蒸气材料入口连通所述蒸气反应空间；其中，所述加热组件为热废气和/或电加热器和/或催化燃烧反应组合。
9.本实施例中，利用由所述热废气和/或所述电加热器和/或所述催化燃烧反应组合形成的所述加热组件，在确保制取蒸气的效率同时，利用所述热废气和/或催化燃烧反应组合的加热方式实现了对热废气和/或催化燃烧反应组合的回收利用，降低了加热成本。
10.进一步的，所述加热组件为热废气，所述蒸气反应部包括：热废气进口，其连通所
述蒸气反应空间；废气出口，其连通所述蒸气反应空间；至少一个蒸气输送管道，每一个所述蒸气输送管道设于所述蒸气反应空间内；其中，每一个蒸气输送管道设有与所述蒸气反应空间相互隔离的蒸气输送空间，所述蒸气材料入口连通每一个所述蒸气输送空间，所述蒸气出口连通每一个所述蒸气输送空间。
11.本实施例中，通过热废气的回收利用对蒸气材料进行加热处理，通过蒸气输送管道输送制取得到的蒸气，而所述热废气经过处理后，从废气出口排出，整个制取蒸气的过程实现了节约资源，降低排放的效果。
12.进一步的，所述蒸气反应部包括：加热反应室，其设有加热反应空间，所述热废气进口连通所述加热反应空间；蓄热反应室，其设有蓄热反应空间和蓄热块进口，所述废气出口连通所述蓄热反应空间，所述蓄热块进口连通所述蓄热反应空间；其中，所述加热反应室与所述蓄热反应室为叠加设置；所述蒸气材料入口连通所述加热反应空间。
13.本实施例中，通过所述蓄热块进口向所述蓄热反应室内填充蓄热块，进一步使热废气的热量能够被所述蓄热块最大程度上保留下来，提高了制取蒸气的效率，同时在所述蓄热反应室内对得到的蒸气进行过热处理，生成过热蒸气。
14.进一步的，所述加热反应室包括尾气进口和第一隔板；所述第一隔板将所述加热反应室分割成第一加热反应室和第二加热反应室；所述蓄热反应室包括第二隔板，所述第二隔板将所述蓄热反应空间分割成第一蓄热反应空间和第二蓄热反应空间；所述蓄热块进口连通所述蓄热反应空间；其中，所述第一隔板设有多个均匀分布的第一连接孔；所述第一加热反应室夹设于所述第二加热反应室和所述蓄热反应室之间；所述第二挡板设有多个均匀分布的第二连接孔，所述第一蓄热反应室夹设于所述第一加热反应室与所述第二蓄热反应室之间。
15.本实施例中，通过向所述尾气进口通入催化燃烧反应气体至所述加热反应空间内，其反应生成热废气，与经过所述热废气进口通入的热废气一起混合，提高了制取蒸气的效率。同时为了防止所述蒸气在每一个所述蒸气输送管道内冷却液化，在所述蓄热反应室内经过蓄热块进口填充入蓄热块，将上述加热过程的大量热量保留下来，为每一个所述蒸气输送管道提供高温环境，进而使所述蒸气保持过热形态。
16.进一步的，每一个所述蒸气输送管道位于所述蓄热反应空间内的部分外设有蓄热翅片；所述尾气进口设于所述第二加热反应室的一侧，所述尾气进口连通所述第二加热反应室的第二加热反应空间；所述热废气进口设于所述第一加热反应室的一侧，所述热废气进口连通所述第一加热反应室的第一加热反应空间；所述废气出口设于所述第二蓄热反应室的一侧，所述蓄热块进口设于所述第一蓄热反应室的一侧。
17.本实施例中，所述第一隔板将所述加热反应室分割成所述第一加热反应室和所述第二加热反应室，所述尾气进口设于所述第二加热反应室，当所述催化燃烧反应气体经过所述尾气进口填充入所述第二加热反应空间时，经过所述第一隔板上的多个均匀分布的连接孔，能够使所述催化燃烧反应气体均匀进入所述第一加热反应室，使其能够与燃烧催化剂充分反应，将得到的蒸气保持在过热状态，并且所述蓄热翅片能够增大换热面积，所述蓄热翅片与蓄热体或所述蓄热块配合使用时，可帮助所述蓄热体或所述蓄热块更好的吸收热量，为所述蒸气提供稳定的高温环境。
18.进一步的，所述第一蓄热反应空间内还设有多个蓄热球。
19.本实施例中，所述蓄热球能够将所述热废气反应后的热量保留下来，形成稳定的高温环境。
20.进一步的，所述加热组件还包括所述电加热器，所述电加热器设有至少一根电加热条；其中，每一个所述蒸气输送空间内设有至少一根所述电加热条。
21.本实施例中，所述加热组件包括所述热废气和所述电加热器，所述热废气将蒸气材料反应成蒸气，再通过所述电加热器对所述蒸气进行过热处理，得到过热蒸气。
22.进一步的，所述蒸气反应部还包括蒸气储存室，所述蒸气储存室设于所述蓄热反应室远离所述加热反应室的一侧；其中，所述蒸气收集室设有蒸气收集空间，所述蒸气出口连通所述蒸气收集空间；每一根蒸气输送管道连通至所述蒸气收集空间。
23.本实施例中，每一个所述蒸气输送管道连通所述蒸气收集空间，所述电加热器穿过所述蒸气收集空间，使得进入所述蒸气收集空间内的蒸气仍能够处于高温环境下。
24.进一步的，储液部，其设于所述蒸气反应部的一侧，与所述蒸气反应部密封连接，包括：储液空间，连通所述蒸气反应空间；储液进口，其连通所述储液空间；第二电加热器，其连通所述储热空间；其中，所述蒸气材料入口连通所述储液空间。
25.本实施例中，所述蒸气材料经过所述储液进口进入储液空间内，经由所述第二电加热器对所述蒸气材料进行加热处理，生成的蒸气，从而提高了制取蒸气的效率。
26.采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：
27.(1)利用由所述热废气和/或所述电加热器和/或所述催化燃烧反应组合形成的所述加热组件，在确保制取蒸气的效率同时，利用所述热废气和/ 或催化燃烧反应组合的加热方式实现了对热废气和/或催化燃烧反应组合的回收利用，降低了加热成本；
28.(2)通过向所述尾气进口通入催化燃烧反应气体至所述加热反应空间内，其与所述燃烧催化剂反应生成热废气，与经过所述热废气进口通入的热废气一起混合，提高了制取蒸气的效率。同时为了防止所述蒸气在每一个所述蒸气输送管道内冷却液化，在所述蓄热反应室内经过蓄热块进口填充入蓄热块，将上述加热过程的大量热量保留下来，为每一个所述蒸气输送管道提供高温环境，进而使所述蒸气保持过热形态。
附图说明
29.图1为本发明实施例一提供的一种蒸气发生方法的流程示意图。
30.图2为本发明实施例二提供的一种蒸气装置100的结构示意图。
31.图3为图2所示a
‑
a方向的剖视图。
32.图4为本发明实施例三提供的一种蒸气装置100的结构示意图。
33.图5为图4所示蒸气装置100的俯视图。
34.图6为图5所示b
‑
b方向的剖视图。
35.图7为本发明实施例三提供的另一种蒸气装置100的结构示意图。
36.图8为图7所示蒸气装置100的俯视图。
37.图9为图8所示c
‑
c方向的剖视图。
38.图10为本发明实施例四提供的一种蒸气装置100的结构示意图。
39.图11为图10所示d
‑
d方向的剖视图。
40.图12为本发明实施例五提供的一种蒸气装置100的结构示意图。
41.图13为图12所示蒸气装置100的内部结构示意图。
42.附图标记说明：
43.100
‑
蒸气装置；10
‑
蒸气反应部；11
‑
隔热层；12
‑
热废气进口；13
‑
废气出口；14
‑
蒸气输送管道；15
‑
加热反应室；15a
‑
第一加热反应室；15b
‑
第二加热反应室；151
‑
尾气进口；152
‑
第一隔板；153
‑
第二加热反应空间； 154
‑
第一加热反应空间；155
‑
燃烧催化剂进口；156
‑
加热管道；157
‑
蓄热组件；16
‑
蓄热反应室；16a
‑
第一蓄热反应室；16b
‑
第二蓄热反应室；161
‑ꢀ
蓄热块进口；162
‑
第二挡板；163
‑
第二蓄热反应空间；164
‑
第一蓄热反应空间；166
‑
第三电加热器；170
‑
蒸气收集室；171
‑
蒸气收集空间；20
‑
加热组件；30
‑
蒸气材料入口；40
‑
蒸气出口；50
‑
储液部；51
‑
储液空间；52
‑
储液进口；53
‑
第二电加热器；54
‑
出液口。
具体实施方式
44.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
45.实施例一：
46.参见图1，其为本发明实施例一提供的一种蒸气发生方法的流程示意图。所述蒸气发生方法的具体步骤为：
47.步骤s10：通入蒸气材料：将所述蒸气材料通入加热反应室内。
48.步骤s20：加热所述蒸气材料：通过加热组件进行加热处理，得到蒸气。
49.步骤s30：过热所述蒸气：在所述加热反应室内通过所述加热组件对所述蒸气进行再加热，得到过热蒸气。
50.步骤s40：收集过热蒸气：使所述过热蒸气通入蒸气收集室。
51.其中，所述加热组件为热废气和/或电加热器和/或催化燃烧反应组合。
52.在一个具体实施方式中，将蒸气输送管道设置于所述加热反应室内，将电加热器设置于所述蒸气输送管道内，进而对所述蒸气材料进行加热得到蒸气，再利用向所述加热反应空间内填充热废气，即对得到的所述蒸气进行过热处理，得到过热蒸气，所述过热蒸气经过所述蒸气输送管道进入所述蒸气收集室内，最终完成制取蒸气的过程。
53.实施例二：
54.参见图2
‑
图3，图2其为本发明实施例二提供的一种蒸气装置100的结构示意图。蒸气装置100例如包括蒸气反应部10、加热组件20、蒸气材料入口30和蒸气出口40。蒸气反应部10设有蒸气反应空间，加热组件20 连通所述蒸气反应空间；蒸气材料入口30设于蒸气反应部10在竖直方向上靠近顶部的一侧，其连通所述蒸气反应空间；蒸气出口40设于蒸气反应部10在竖直方向上靠近底部的一侧，其连通所述蒸气反应空间。其中，加热组件20为热废气和/或电加热器和/或催化燃烧反应组合。
55.在一个具体实施例中，加热组件20为电加热器和热废气，蒸气反应部 10例如包括隔热层11、热废气进口12、废气出口13和至少一个蒸气输送管道14。隔热层11设有隔热空间，所述隔热空间与所述蒸气反应空间相互隔离，并且所述隔热空间包裹所述蒸气反应空间；每一个蒸气输送管道14 设于所述蒸气反应空间内，并且每一个蒸气输送管道14设有蒸气输送空间，所述蒸气输送空间连通蒸气材料进口30和蒸气出口40。所述电加热器的每一根电加热条伸入每一个相应的蒸气输送空间内，对设于所述蒸气输送空间内的所述蒸气材
料进行加热得到蒸气。
56.其中，热废气进口12连通所述蒸气反应空间，废气出口13同样连通所述蒸气反应空间，废气出口13位于热废气进口12在竖直方向上的上方，该结构设计利于带有一定热量的废气由低处向高处运动，一方面便于对每一个蒸气输送管道14进行充分加热，另一方面将所述废气从废气出口13 排出。
57.在本实施例中，制取蒸气的详细过程如下：蒸气材料从蒸气材料入口 30进入每一个蒸气输送管道14的蒸气输送空间内，再从与所述蒸气输送空间连通的蒸气出口40排出，在该过程中，所述电加热器对蒸气材料进行加热处理，使所述蒸气材料生成蒸气，再由所述热废气经过热废气进口12通入所述蒸气反应空间内，对制取得到的蒸气进行再次加热，得到过热的蒸气，之后废气从废气出口13排出。由于有隔热层11的存在，使得整个加热过程中，能够保持所述蒸气反应空间维持高温环境。
58.优选的，在所述蒸气反应空间内设置蓄热块，进一步减缓所述蒸气反应空间内的热量的流失，有效维持所述蒸气反应空间在一定时间内的高温环境。
59.实施例三：
60.参见图4
‑
图6，图4为本发明实施例三所示的一种蒸气装置100的结构示意图。本实施例与实施例二的区别在于加热组件20为催化燃烧反应组合、热废气和电加热器；蒸气反应部10例如包括加热反应室15、蓄热反应室16和至少一个蒸气输送管道14。其中，加热反应室15与蓄热反应室16 相互叠放设置。
61.加热反应室15例如包括尾气进口151和第一隔板152。第一隔板152 设有多个均匀分布的第一连接孔，并且第一隔板152将加热反应室15分割成第一加热反应室15a和第二加热反应室15b。第二加热反应室15b设于第一加热反应室15a远离蓄热反应室16的一侧，第二加热反应室15b设有第二加热反应空间153，尾气进口151设于第二加热反应室15b的一侧，并且尾气进口151连通第二加热反应空间153；第一加热反应室15a设有第一加热反应空间154，热废气进口12设于第一加热反应室15a的一侧，并且热废气进口12连通第一加热反应空间154。
62.蓄热反应室16设有蓄热反应空间，蓄热反应室16例如包括蓄热块填充口161和第二挡板162。第二挡板162设有多个均匀分布的第二连接孔，并且第二挡板162将蓄热反应室16分割成第一蓄热反应室16a和第二蓄热反应室16b。第二蓄热反应室16b设于第一蓄热反应室16a远离加热反应室 15的一侧，第二蓄热反应室16b设有第二蓄热反应空间163，废气出口13 设于第二蓄热反应室16b的一侧，并且连通第二蓄热反应空间163；第一蓄热反应室16a设有第一蓄热反应空间164，并且蓄热块填充口161设于第一蓄热反应室16a的一侧，并且连通第一蓄热反应空间164。
63.进一步的，蒸气反应部10还设有蒸气收集室17。蒸气收集室17设于第二蓄热反应室16b远离第一蓄热反应室16a的一侧，蒸气收集室17设有蒸气收集空间171，每一个蒸气输送管道14的一端连通至蒸气收集空间 171，其相对的另一端贯穿第二加热反应室15b，并且所述蒸气材料入口连通每一个蒸气输送管道14的所述另一端。
64.优选的，蒸气装置100例如还包括储液部50。储液部50设于蒸气反应部10的一侧，与蒸气反应部10密封连接，储液部50例如包括储液空间51 和储液进口52。其中，储液空间51连通所述蒸气反应空间；储液进口52 连通储液空间51，并且所述蒸气材料入口连接储液
空间51和所述蒸气反应空间。
65.具体来说，储液部50设于第二加热反应室15b远离第一加热反应室15a 的一侧。
66.在本实施例中，由蒸气材料制取得到的蒸气的路径具体为：首先，所述蒸气材料在储液空间内，经过加热后，从所述蒸气材料入口进入每一个蒸气输送管道14内，再由每一个蒸气输送管道14内的蒸气输送空间输送至蒸气收集空间171，最后从蒸气出口40输出。
67.举例来说，所述催化燃烧反应组合包括尾气和燃烧催化剂。所述燃烧催化剂设于第一挡板152上，所述尾气从尾气进口151进入第二加热反应空间153内，并且穿过均匀设置的多个所述第一连接孔，使得所述尾气能够均匀分布于第一加热反应空间内，与所述燃烧催化剂进行充分的反应。此外，在第一加热反应室15a的一侧经过热废气进口12进入第一加热反应空间154内，进一步对蒸气材料进行加热处理，得到蒸气。所述蒸气在每一个蒸气输送管道14内向蒸气收集室17的方向运动，而由于所述电加热器的每一根电加热条都设于每一个蒸气输送管道14内，能够在每一个所述蒸气输送空间内形成稳定的高温环境，对所述蒸气进行二次加热，得到过热蒸气，于此同时，再在第一蓄热反应室16a的一侧经由蓄热块填充口161 通入蓄热块，能够将所述尾气反应过后生成的废气的温度最大程度的保留下来，结合最先通入第一加热反应室15a的热废气和吸收电加热器加热散发的热量，从而使第一蓄热反应空间164成为稳定的高温环境，进一步为每一个蒸气输送管道14内的蒸气提供稳定的高温环境，最终能够使所述过热蒸气顺利进入蒸气收集空间171内，再从蒸气出口40输出至制氢装置。
68.在另一个具体实施例中，参见图7
‑
图9，与上述实施例的区别在于，本实施例中，具备制取蒸气和制取氢气的一体化功能。
69.其中，在第二加热反应室15b的一侧设有尾气进口151，在第一加热反应室15a的一侧设有燃烧催化剂填充口155，燃烧催化剂填充口155连通第一加热反应空间154；在第一蓄热反应室16a的一侧设有蓄热块填充口161，可通过蓄热块填充口161向第一蓄热反应空间164内填充蓄热块。举例来说，向燃烧催化剂填充口155内通入燃烧催化剂，使所述燃烧催化剂设于第一隔板152上，使得催化燃烧反应气体经尾气进口151进入第二加热反应空间153内，再经过多个均匀分布的所述第一连接孔进入第一加热反应空间154内，与所述燃烧催化剂之间能够充分反应，生成热废气对每一个蒸气输送管道14进行过热处理。
70.具体来看，储液部50的一侧设有第二电加热器53，第二电加热器53 连通储液空间51，使得设于储液空间51内的蒸气材料受热生成蒸气，所述蒸气进入每一个蒸气输送管道14内，此时所述蒸气受到由所述催化燃烧反应气体与所述燃烧催化剂反应过程辐射的热量作用，形成过热蒸汽，由于在每一个蒸气输送管道14内设有多孔隔板和制氢催化剂和所述电加热条。所述制氢催化剂设置于所述多孔隔板上，在所述电加热条与所述制氢催化剂的作用下，所述过热蒸气反应生成氢气，最后所述氢气从蒸气出口40排出。
71.实施例四：
72.参见图10
‑
图11，图10为本发明实施例四提供的一种蒸气装置100的结构示意图。其与实施例三的区别在于本实施例中的蒸气装置100的中间部位为中空设置的环形立柱体结构，此外，多个第二电加热器53设于储液部50的底部。本实施例中利用热废气对所述蒸气材料进行加热。
73.实施例五：
74.图12
‑
图13，图12为本发明实施例五提供的一种蒸气装置100的结构示意图。本实施例与实施例三的区别在于：第二电加热器53设于加热反应室15的一侧，第二电加热器53连通加热反应空间；蓄热反应室16设有蓄热反应空间，废气出口13设于蓄热反应室16的一侧，并且连通蓄热反应空间；蒸气输送管道14为盘管结构，其设于蓄热反应空间内，蒸气输送管道14的一端与蒸气出口40直接连接，并且蒸气出口40设于蓄热反应室16 的一侧；储液进口52用以填充入热废气或催化燃烧反应气体。
75.蒸气输送管道14可以为水平或者竖直环绕设置，大大提高了制取的蒸气能够在蓄热反应室16内得到充分的过热处理，提高了热传导效率；举例来说，蒸气输送管道14也可以为直管，多根分列规则排布设置；当设置蒸气输送管道14为多根直管分列规则排布设置，增加了接触面积的同时，竖直状的蒸气输送管道14便于生产加工以及零件替换，提高装置整体安装拆卸效率。当然，当设置蒸气输送管道14为多根直管时，也可以是不规则排列于蓄热反应室16内。
76.优选的，在蓄热反应室16内还设有第三电加热器166。第三电加热器 166可以是由至少一根长条状的电加热条均匀设于所述蓄热反应空间16内。举例来说，第三电加热器166能够对从加热反应室15内得到的蒸气进行二次加热处理，从而得到过热蒸气。
77.加热反应室15还包括多个加热管道156，每一个加热管道156设有加热管道空间，蒸气材料入口30设于加热反应室15的一侧，其连通所述加热反应空间；每一个蒸气管道156的一端连通所述蓄热反应空间，其相对的另一端连通储液空间51。其中，每一个所述加热管道空间与所述加热反应空间相互隔离，在每一个所述加热管道空间内设有所述燃烧催化剂，举例来说，催化燃烧反应气体从储液进口52通入储液空间51内，再通入多个与储液空间51连通的加热管道156内，与所述燃烧催化剂进行反应，利用反应生成的热废气对设于所述加热反应空间内的蒸气材料进行加热处理，与第二电加热器53的结合加热反应下，使所述蒸气材料生成蒸气。
78.优选的，在每一个加热管道156的外部设置蓄热组件157，举例来说蓄热组件157可以为蓄热翅片和/或蓄热块。所述蓄热翅片能够增大换热面积，所述蓄热翅片与蓄热体或所述蓄热块配合使用时，可帮助所述蓄热体或所述蓄热块更好的吸收热量。经由蒸气材料入口30将蒸气材料通入所述加热反应空间内，所述蓄热块吸收每一个加热管道空间内散发出的热量，从而实现对所述蒸气材料进行加热处理，得到蒸气。所述蒸气进入蒸气输送管道14的所述蒸气输送空间内，再从蒸气出口40排放出。
79.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。