[实用新型]一种多级制氢的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种分别以甲烷和水为制氢原料，金属氧化物为反应中间物，熔融盐为反应介质的热化学循环多级制氢装置，属于化工制氢气领域。

背景技术

能源是人类可持续发展面临的重要问题。人类对能源的开发利用正从过去以木材、煤为主的固体燃料时代逐渐转向当今以石油、烃类等为主的液体燃料时代，而发展趋势目前正向以甲烷、氢气等气体燃料为主的方向转变。在气体燃料中氢能是一种理想的低污染或零污染的洁净可再生能源，它还是除核燃料外的所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中发热值最高的，因此，氢能的发展很可能带来世界能源结构的重大改变。氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源正成为各国大力研究的对象。当前，我国在“863”和“973”计划中均把氢能作为重点研究领域，这充分体现了氢能在能源发展中的战略地位。

氢能作为未来的理想能源其制备方法目前较多，形成规模化的主要有：含烃化石燃料转化制氢、电解水制氢等；除此外还有光解水制氢、生物制氢、热化学制氢等；该类方法目前虽未规模化，却代表着氢能制备新技术发展的方向。目前，世界上约95％的氢是通过含烃化石燃料转化制备，而这其中最具规模化的工艺是天然气蒸汽重整(CH₄+H₂O→CO+3H₂)，该过程生产技术较为成熟，但能耗和生产成本都高，设备投资大，因此研究开发廉价的天然气制氢新工艺或其它制氢新技术、新设备具有重大意义。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术和设备的不足，提供一种操作简便、能耗低、反应速度快、效率高的甲烷-水热化学循环多级制氢装置。

为了达到上述目的，本实用新型结合甲烷的部分氧化制氢技术、水热化学分解制氢技术和熔融盐热存储及催化技术。甲烷夺取金属氧化物中的晶格氧产出富含氢的合成气(主要成分为H₂与CO)和金属，对富氢合成气进行分离即可产出纯氢气和纯一氧化碳，之后气体切换至水蒸汽，与金属进行热化学反应产出氢气并且完成金属氧化物的再生过程，金属和金属氧化物在反应中循环使用。熔融盐在整个过程中起催化化学反应、均匀温度场、消除积碳和化学热循环作用。这种方法效率高、能耗低、无污染、零排放。

本实用新型采用下列措施来实现发明目的：一种多级制氢的装置，包括多级制氢的反应釜、手柄、紧力螺栓、螺母、普通垫片、密封垫片、配备进气管、出气管、压力表、热电偶套管的密封盖、提供甲烷A和水蒸汽B的管道、分离器、转换开关、换热器组成，反应釜上表面有两圈凹槽，密封盖下表面有两圈凸键与反应釜相匹配用紧力螺栓密封连接，热电偶套管伸入反应釜内部下端密封，以保证反应釜的密封性和温度的精确控制；反应釜下半部较厚，形成一个环型台阶，反应釜上边缘和密封盖各配备有多个手柄，手柄数和具体尺寸可根据需要而定。进气管插入反应釜底部，出气管、进气管、热电偶套管测压口通过螺纹与压力表和安全阀密封连接。提供甲烷A和水蒸汽B的管道与反应釜的进气管连接，出气管与分离器、转换开关、氢气C、一氧化碳D的管道连接，反应釜内上层为熔融盐，下层为金属氧化物和金属的混合物。如果反应在熔融盐进行，必须使用耐高温、耐腐蚀材料，如果反应釜要求在较大压力下操作，必须考虑材质的抗压能力。

另一种非熔融盐条件下的多级制氢的装置，包括多级制氢的反应釜、手柄、紧力螺栓、螺母、普通垫片、密封垫片、配备进气管、出气管、压力表、热电偶套管的密封盖、提供甲烷A和水蒸汽B的管道、分离器、转换开关、换热器组成，反应釜上表面有两圈凹槽，密封盖下表面有两圈凸键与反应釜相匹配用紧力螺栓密封连接，热电偶套管伸入反应釜内部下端密封，以保证反应釜的密封性和温度的精确控制；反应釜下半部较厚形成一个环型台阶，多孔托盘与环型台阶螺栓连接，能够自由拆、装；反应釜上边缘和密封盖各配备有多个手柄，手柄数和具体尺寸可根据需要而定。进气管插入反应釜底部，出气管、进气管、热电偶套管测压口通过螺纹与压力表和安全阀密封连接。提供甲烷A和水蒸汽B的管道与反应釜的进气管连接，出气管与分离器、转换开关、氢气管道C，一氧化碳管道D连接，反应釜内多孔托盘上放置金属氧化物和金属。本实用新型反应釜、密封盖和托盘的材质依使用方法、使用条件和用途而定，可以选择使用多种金属材料或陶瓷材料。