高效率蒸汽制氢装置发明专利

专利名称：高效率蒸汽制氢装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410107200.0

专利申请（专利权）人：内蒙古东景生物环保科技有限公司
权利人地址：内蒙古自治区乌海市乌达区工业园区

专利发明（设计）人：马民峰,张宏伟,郝亮,徐茂,张涛,刘兴旺

专利摘要：本发明公开了高效率蒸汽制氢装置，包括卧式反应筒，卧式反应筒内腔的右侧安装有支架，卧式反应筒的左端安装有主电机，卧式反应筒的内腔贯穿连接有转轴，转轴的外圈设置有输送螺旋，卧式反应筒的顶部安装有铁粉箱，卧式反应筒内壁的左侧嵌入式安装有高频线圈，卧式反应筒顶部的右侧贯穿式安装有蒸汽喷入管。在铁粉与水蒸气反应生成Fe3O4以及氢气的时候，一方面通过Fe3O4具有磁性的特点产生相互聚合，增大体积和重量避免反应生成物回流，可以顺利继续向右端移动继而排出，另一方面还可以通过磁性对铁粉产生吸引力，铁粉在输送螺旋以及磁力的影响下，部分铁粉颗粒沿着输送螺旋路径加速，继而与水蒸气冲撞发生反应，一定程度上提高反应精度。

主权利要求：
1.一种高效率蒸汽制氢装置，包括卧式反应筒（1），其特征在于：所述卧式反应筒（1）内腔的右侧安装有支架（3），所述卧式反应筒（1）的左端安装有主电机（2），所述卧式反应筒（1）的内腔贯穿连接有转轴（4），且所述转轴（4）的两端分别安装在卧式反应筒（1）的左端盖以及支架（3）上，所述转轴（4）的外圈设置有输送螺旋（5），所述卧式反应筒（1）的顶部安装有铁粉箱（6），所述卧式反应筒（1）内壁的左侧嵌入式安装有高频线圈（7），所述卧式反应筒（1）顶部的右侧贯穿式安装有蒸汽喷入管（8），所述蒸汽喷入管（8）的斜向式插入安装在卧式反应筒（1）上的，且其倾斜角度与输送螺旋（5）的螺旋角度相同，所述蒸汽喷入管（8）的端口位于输送螺旋（5）的螺旋结构之间区域，所述卧式反应筒（1）内壁的右侧设置有打散锥（9）,所述打散锥（9）呈螺旋状分布，且与输送螺旋（5）的螺旋角度相同，所述打散锥（9）的长度与输送螺旋（5）的高度相同，且位于输送螺旋（5）间隔之间的区域之中。
2.根据权利要求1所述的一种高效率蒸汽制氢装置，其特征在于：所述铁粉箱（6）底部的出料管贯穿卧式反应筒（1），且位于输送螺旋（5）左侧的正上方位置，所述卧式反应筒（1）安装有高频线圈（7）部分长度为整个卧式反应筒（1）长度的1/4。
3.根据权利要求1所述的一种高效率蒸汽制氢装置，其特征在于：所述高频线圈（7）所采用的导线为方形电线，且所述高频线圈（7）的内圈与卧式反应筒（1）内壁处于同一水平面上。
4.根据权利要求1所述的一种高效率蒸汽制氢装置，其特征在于：所述卧式反应筒（1）为多层设计，外层为防腐防锈层，内圈层为陶瓷层，两者之间填充保温隔热材料，所述转轴（4）以及输送螺旋（5）分别为陶瓷轴以及陶瓷螺旋。
5.根据权利要求1所述的一种高效率蒸汽制氢装置，其特征在于：所述卧式反应筒（1）的右端安装有除杂机构；
所述除杂机构包括密封箱（10），所述密封箱（10）套装在卧式反应筒（1）外壁的右侧，所述密封箱（10）内腔的中部通过横轴安装有转片（11），所述转片（11）侧面的中部粘接有铁片环（12），所述密封箱（10）的内壁上固定安装有刮片（13），所述密封箱（10）的顶部安装有集气管（14）。 说明书 : 高效率蒸汽制氢装置技术领域[0001] 本发明涉及水蒸气制氢技术领域，具体为一种高效率蒸汽制氢装置。背景技术[0002] 氢气，一种二次清洁能源，在当下节能环保以及可持续发展理念的不断发展，并且氢能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带，氢能源研究也在广泛的开展。[0003] 在现有技术中，有的制氢原料96%以上来源于传统能源的化学重整，其中：48%来自天然气重整，30%来自醇类重整，18%来自焦炉煤气，4%来源于电解水，我国的氢气来源主要是焦炉煤气制氢，制的氢气纯度不高（含硫）制氢过程耗时长，对环境污染严重，为了解决这一问题，如现有技术：水蒸汽制氢方法及装置（CN112250037A），该技术方案采用水蒸气与融化的金属反应来制备氢气，类似于上述制氢的技术方案还有现有技术：水蒸气制氢燃烧方法及装置（CN109970025A）。[0004] 上述技术方案在制备氢气的时候，还是存在着或多或少的问题和缺陷，例如：[0005] 水蒸气与金属混合反应的时候，尽管有搅拌结构，配合上熔融、粉末或者是气化状态的金属反应物，可以实现化学反应，但是在金属材料以及水蒸气进入混合的时候，两者想要完全反应还是依靠搅拌结构来实现，但是生成的氧化物单粘附上水蒸气之后容易结团，且会包裹住金属原料；[0006] 水蒸气和金属材料同向运动，尽管反应的时候会消耗掉一部分水蒸气，但在尾端还是容易出现大量的高温水蒸气；[0007] 在制备设备的末端是一系列的混合物，如生成的氧化物、氢气、未用完的水蒸气、冷凝之后的水以及未反应完全的金属材料。发明内容[0008] 本发明的目的在于提供一种高效率蒸汽制氢装置，以解决上述背景技术中提出的问题。[0009] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0010] 一种高效率蒸汽制氢装置，包括卧式反应筒，所述卧式反应筒内腔的右侧安装有支架，所述卧式反应筒的左端安装有主电机，所述卧式反应筒的内腔贯穿连接有转轴，且所述转轴的两端分别安装在卧式反应筒的左端盖以及支架上，所述转轴的外圈设置有输送螺旋，所述卧式反应筒的顶部安装有铁粉箱，所述卧式反应筒内壁的左侧嵌入式安装有高频线圈，所述卧式反应筒顶部的右侧贯穿式安装有蒸汽喷入管。[0011] 优选的，所述铁粉箱底部的出料管贯穿卧式反应筒，且位于输送螺旋左侧的正上方位置，所述卧式反应筒安装有高频线圈部分长度为整个卧式反应筒长度的1/4。[0012] 优选的，所述蒸汽喷入管的斜向式插入安装在卧式反应筒上的，且其倾斜角度与输送螺旋的螺旋角度相同，所述蒸汽喷入管的端口位于输送螺旋的螺旋结构之间区域。[0013] 优选的，所述高频线圈所采用的导线为方形电线，且所述高频线圈的内圈与卧式反应筒内壁处于同一水平面上。[0014] 优选的，所述卧式反应筒为多层设计，外层为防腐防锈层，内圈层为陶瓷层，两者之间填充保温隔热材料，所述转轴以及输送螺旋分别为陶瓷轴以及陶瓷螺旋。[0015] 优选的，所述卧式反应筒内壁的右侧设置有打散锥，所述打散锥呈螺旋状分布，且与输送螺旋的螺旋角度相同，所述打散锥的长度与输送螺旋的高度相同，且位于输送螺旋间隔之间的区域之中。[0016] 优选的，所述卧式反应筒的右端安装有除杂机构。[0017] 所述除杂机构包括密封箱，所述密封箱套装在卧式反应筒外壁的右侧，所述密封箱内腔的中部通过横轴安装有转片，所述转片侧面的中部粘接有铁片环，所述密封箱的内壁上固定安装有刮片，所述密封箱的顶部安装有集气管。[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0019] 该高效率蒸汽制氢装置，通过卧式反应筒、向下自然掉落铁粉的铁粉箱、沿着输送螺旋螺旋方向进入的水蒸气以及与卧式反应筒内壁齐平的高频线圈设计和使用，在制备氢气的时候，采用水蒸气与高热铁粉对冲的方式来进行反应，可以让水蒸气冲击着灼热铁粉产生翻动的动作，充分利用水蒸气进入时候所携带的动能，加快反应速度以及与铁粉的反应效率同时，还可以对水蒸气的动能进行消耗，避免其冲击流动路径过长对铁粉输送以及高频线圈加热部分造成影响。[0020] 该高效率蒸汽制氢装置，结构以及使用的设备相对较少，在保证水蒸气与铁粉反应效率的同时，降低了制备氢气的生产成本，并且采用铁粉与水蒸气反应制备氢气纯度更高，最高可到90%。[0021] 该高效率蒸汽制氢装置，在铁粉与水蒸气反应生成Fe3O4以及氢气的时候，一方面通过Fe3O4具有磁性的特点发生相互聚合动作，增大体积和重量避免反应生成物回流，可以顺利继续向右端移动继而排出，另一方面还可以通过磁性对铁粉产生吸引力，铁粉在输送螺旋以及磁力的影响下会发生部分颗粒先行的动作，即会有部分铁粉颗粒沿着输送螺旋路径加速，继而与水蒸气冲撞发生反应，一定程度上提高反应精度。[0022] 该高效率蒸汽制氢装置，通过输送螺旋和打散锥的设计使用，一方面打散锥可以将进入到卧式反应筒内腔的水蒸气束进行路径分散，即将整束水蒸气变成无规律发散状移动，使得水蒸气从各个方向和角度去与铁粉接触反应，降低进入水蒸气反应时间以及缩短水蒸气在卧式反应筒内腔的移动路径，提高整个设备的安全性。[0023] 该高效率蒸汽制氢装置，通过特殊设计的除杂机构使用，配合上以铁粉和水蒸气制备氢气的方法，利用生成的Fe3O4具有磁性的特点，可以将终端氢气之中的反应产物即刻处理掉，提高收集到氢气的纯度，并且可以删减掉现有技术之中后续的氢气提纯工序，缩短制备氢气的时间，即提高制备效率。附图说明[0024] 图1为本发明结构示意图；[0025] 图2为本发明卧式反应筒结构示意图；[0026] 图3为本发明卧式反应筒剖视图；[0027] 图4为本发明密封箱剖视图。[0028] 图中：1、卧式反应筒；2、主电机；3、支架；4、转轴；5、输送螺旋；6、铁粉箱；7、高频线圈；8、蒸汽喷入管；9、打散锥；10、密封箱；11、转片；12、铁片环；13、刮片；14、集气管；15、副电机。具体实施方式[0029] 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做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。[0030] 实施例1：本发明提供一种高效率蒸汽制氢装置技术方案：[0031] 如图1、图2、和图3所示，包括卧式反应筒1，卧式反应筒1的左端盖安装有主电机2，卧式反应筒1的右端设置有支架3，左端盖与支架3之间安装有转轴4，转轴4的外壁上设置有输送螺旋5，卧式反应筒1顶部的左侧设置有铁粉箱6，卧式反应筒1内壁的左侧嵌入式安装有高频线圈7，卧式反应筒1顶部的右侧贯穿式安装有蒸汽喷入管8。[0032] 其中，如图3所示，铁粉箱6底部的出料管贯穿卧式反应筒1并延伸至其内腔之中，且铁粉箱6位于输送螺旋5左侧的正上方位置。[0033] 其中，卧式反应筒1为双层式结构，其内层为光滑陶瓷层，外层为防锈层，且内层与外层之间填充有保温隔热材料，输送螺旋5以及转轴4采用耐高温陶瓷设计。[0034] 其中，高频线圈7的两端均贯穿卧式反应筒1并延伸至卧式反应筒1的外侧，并且高频线圈7为方形导线，其内表面与卧式反应筒1的内壁处于同一平面上。[0035] 其中，蒸汽喷入管8为倾斜插入式安装在卧式反应筒1上的，且倾斜角度与输送螺旋5的旋转倾斜角度相同，且蒸汽喷入管8位于最右侧的输送螺旋5之间，且蒸汽喷入管8喷入的蒸汽流动方向与输送螺旋5旋转方向相反。[0036] 本实施例中，在使用水蒸气制备氢气的时候，首先向铁粉箱6之中装载上一定量的铁粉，且关闭铁粉箱6底部的开关阀，同时，将蒸汽喷入管8通过增压设备与水蒸气发生器的管道对接安装。[0037] 在制备的时候，首先打开主电机2，主电机2通过输出轴带动着转轴4以及输送螺旋5转动，并且为高频线圈7接通电源，之后打开铁粉箱6底部的开关阀，此时铁粉箱6之中存储的铁粉便会直接掉落到输送螺旋5上，随着输送螺旋5的转动而不断向右侧移动，与此同时打开蒸汽喷入管8位置的阀门，让高温高压状态的水蒸气喷入到卧式反应筒1的内腔职中，且是精准的喷入输送螺旋5之间的空隙之中。[0038] 高速流动的水蒸气沿着输送螺旋5向左侧移动，铁粉在经过高频线圈7区域的时候，会被加热呈高温状态，当离开高频线圈7区域的时候，开始与水蒸气接触在高温条件下发生反应：3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑，反向流动的高温高压水蒸气在吹向铁粉的时候，尤其是以螺旋状被推送的铁粉，可以将迎面推送来的铁粉吹袭翻动，配合着输送螺旋5可以对铁粉进行翻动，并且生成的Fe3O4具有磁性，生成的Fe3O4会发生相互聚拢增大重量的同时还可以吸引着铁粉，从而可以抵消部分水蒸气吹动铁粉的反向作用力，避免铁粉发生回流，其中卧式反应筒1的右半部分内腔的长度是大于高频线圈7部分长度的，以增加水蒸气的流动路径长度，不至于影响到高频线圈7加热部分，即在水蒸气流动路径上，还未到高频线圈7位置的时候便已经被消耗完，而聚合之后的Fe3O4其重量逐渐变大，可以随着输送螺旋5逐渐被输送到最右端，不会受到蒸气的影响而正常被排出，采用铁粉与水蒸气高温反应制备的氢气纯度更高,配合着逆向吹袭的水蒸气以及Fe3O4的相互聚拢产生的吸力，还可以更近一步的提高制备效率，即水蒸气逆向吹袭可以将铁粉翻动，Fe3O4的磁力吸引着铁粉逐渐靠近的过程中，增加“雾化”更充分的与水蒸气接触发生反应。[0039] 实施例2：[0040] 如图3所示，卧式反应筒1内壁的右侧呈螺旋状设置有打散锥9，打散锥9的尖端部分位于输送螺旋5间隔的区域之间。[0041] 本实施例中，在基于实施例1的基础上，首先是水蒸气流动的时候，水蒸气会从各个打散锥9穿过，打散锥9可以将水蒸气束打散，呈发散状流动撞击到铁粉上，发散状的水蒸气与吹散的铁粉能够更好的接触反应，尽可能的降低死角问题；[0042] 在铁粉以及反应生成的Fe3O4随着输送螺旋向右侧移动的时候，还可以将被带有磁性的Fe3O4团打散，将被其中包裹的铁粉释放裸露出来，以提高与水蒸气反应率，即变相的提高制备氢气的效率。[0043] 实施例3：[0044] 如图1和图4所示，卧式反应筒1的右端设置有除杂机构，除杂机构主要包括密封箱10，密封箱10安装在卧式反应筒1的右端面上，密封箱10的内腔通过贯穿式横轴安装有转片11，转片11的中间位置固定粘接有铁片环12，密封箱10内壁上固定安装有刮片13，且刮片13与转片11的侧面相切；[0045] 密封箱10的顶部安装有用于氢气排出的集气管14，转片11上的横轴对接安装有副电机15。[0046] 本实施例中，在基于实施例1和实施例2的基础上，首先将集气管14与用于收集氢气的容器对接安装，当经过反应之后生成的氢气以及Fe3O4被输送螺旋5输送到卧式反应筒1的最右端时候，受到铁片环12的吸引直接粘附在铁片环12的表面上，副电机15通过输出轴以及横轴带动着转片11循环转动，转片11转动的时候则是直接将粘附在其上的Fe3O4进行转动转移，当粘附有Fe3O4的铁片环运动到刮片13位置的时候，便可以将其刮下掉落，然后再重新吸附聚拢形成更大的团状物，此时密封箱10之中的氢气便会只有极少的Fe3O4，更加纯净的氢气便可以向上流走，从集气管14排出被收集，当然，为了防止有水蒸气从卧式反应筒1的右端流出，可以在集气管14的内部或者是收集容器的进口位置加装干燥结构，以除去氢气之中混杂的水蒸气。[0047] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0048] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

专利地区：内蒙古

专利申请日期：2024-01-26

专利公开日期：2024-05-31

专利公告号：CN117623220B