專利名稱：緊湊型隨行制氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于動(dòng)力機(jī)械的隨行制氫裝置，尤其是應(yīng)用于機(jī)車的 內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、以及燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池移動(dòng)發(fā)電設(shè)備的 緊湊型隨行制氫裝置。
技術(shù)背景氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有能量轉(zhuǎn)換效率高、動(dòng)力性能好和污染非常小的突出有 點(diǎn)。氫能將成為理想的清潔能源之一，并已引起極大的重視和廣泛使用。但 氫能廣泛利用的最大障礙在于其儲(chǔ)存與配給的困難。其傳統(tǒng)的工業(yè)制備方法 無(wú)法避免這一困難。以液態(tài)低碳醇(或烴)燃料為氫載體，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣廢熱，將其通過(guò) 公知的催化反應(yīng)原理(直接裂解、或和水蒸汽重整、或和部份氧化)隨車轉(zhuǎn) 化為以氫氣為主，同時(shí)含有一定二氧化碳等氣體的富氫混合氣體，并以此富 氫混合氣體為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的隨行制氫技術(shù)，不僅能較好地解決地面充氫機(jī)車 的儲(chǔ)藏、配給和制造成本問(wèn)題；同時(shí)能改變現(xiàn)有技術(shù)直接燃燒醇(或烴)類 燃料的不科學(xué)的、高耗能的使用方式，因?yàn)閷⒁簯B(tài)的醇(或烴)燃料轉(zhuǎn)化為 氫氣后，其燃料的總熱值有20%以上增值，能較大地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率， 是節(jié)能降耗的有效途徑；并能大大改善排氣質(zhì)量?，F(xiàn)有代表性的技術(shù)有公開(kāi)技術(shù)如CN1401890A (醇?xì)浠烊及l(fā)動(dòng)機(jī)裝置)和 CN1951718A (—種氫電混合動(dòng)力汽車)、99211816.6 (自身合成氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)) 所涉及的隨行制氫裝置等。但這些公知技術(shù)的不足在于1、隨行制氫裝置中所產(chǎn)氫氣均為富氫混合氣體，使用混合氣體的發(fā)動(dòng) 機(jī)燃料系統(tǒng)在機(jī)車需要高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)會(huì)暴露出動(dòng)力不足的弱點(diǎn)，因?yàn)楦粴浠?合氣體中的不可燃燒成分稀釋了燃料氣體的熱值，當(dāng)機(jī)車處于高負(fù)荷運(yùn)行工 況時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出燃料熱值不足導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降的現(xiàn)象；同時(shí)富氫混合 氣體對(duì)大多數(shù)燃料電池也不適用。2、 為了提高隨行制氫發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)的動(dòng)力性或應(yīng)用于燃料電池時(shí)， 必須從富氫氣體中分離提純出氫氣，因此需要在其發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池的燃料 系統(tǒng)中增加專門(mén)的分離提純氫氣的裝置，增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的繁復(fù)性。
3、 應(yīng)用于烴類燃料時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池燃料系統(tǒng)中必須增設(shè)專門(mén)的 脫硫裝置，增設(shè)脫硫裝置時(shí)，同樣要增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，占用更多的移動(dòng)空 間。
減少或簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池的燃料系統(tǒng)的自重、設(shè)備裝置數(shù)量、管道 等，占用盡可能少的移動(dòng)空間，對(duì)于機(jī)車和移動(dòng)發(fā)電等場(chǎng)合十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有公知廢熱機(jī)載隨行制氫技術(shù)或裝置的不足，本發(fā)明將分離 提純氫氣的分離膜集成于隨行制氫裝置中、將脫硫腔集成于隨行制氫裝置 中、或同時(shí)將分離膜和脫硫腔集成于隨行制氫裝置中而構(gòu)成緊湊型隨行制氫 裝置，大大簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池燃料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，節(jié)約移動(dòng)機(jī)車的有限空 間，更有利于隨行制氫技術(shù)實(shí)用化。
本發(fā)明中，采用公知的膜分離技術(shù)從富氫混合氣體中分離提純氫氣，其 分離膜以金屬或合金無(wú)機(jī)復(fù)合分離膜為適當(dāng)?shù)倪x擇，分離膜的形態(tài)可以是管 狀、平^狀或波紋板狀、巻膜等。作為實(shí)例之一，采用以具有均勻微孔、壁 厚為約l毫米的陶瓷管為支撐骨架，應(yīng)用化學(xué)氣相沉積法將鈀、鎳沉積于陶 瓷管外(或內(nèi))壁，形成厚約2-5微米的薄膜，該膜的特性只有H2為穿透相， 工作溫度300-400° C，工作壓力0. 8-1Mpa，氫氣回收率可達(dá)85%以上，氫氣 純度可達(dá)99.51富氫混合氣體中的氫氣，吸附在管狀膜的表面并溶入膜相 體中，溶解的氫在濃度差及(來(lái)自加壓泵或和燃料泵)壓力的推動(dòng)下在相體 中向膜的另一側(cè)擴(kuò)散，擴(kuò)散至管狀膜的內(nèi)(或外)表面的氫進(jìn)行脫附，在管 狀膜的內(nèi)(或外)側(cè)得到氫氣。因此，其工作方式可以有外壓式和內(nèi)壓式之 分。
改變鈀、鎳金屬?gòu)?fù)合膜的厚度，可以調(diào)整所得氫氣的純度。對(duì)于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，直接燃燒的氫氣純度控制在95%以內(nèi)(其余氣體主要為C02)，有利于防止或減少氫氣燃燒過(guò)程中的早然、爆燃現(xiàn)象，能有效地防止或減少Na的產(chǎn)生，并能提高氫氣的回收率至93%以上。本發(fā)明的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于在隨行制氫裝置中集成管狀 分離膜(用于氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池燃料系統(tǒng))；在隨行制氫裝置中集成脫 硫腔(用于以烴燃料隨行制氫)；在隨行制氫裝置中同時(shí)集成管狀分離膜和 脫硫腔(用于以烴燃料隨行制取高純氫的發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池燃料系統(tǒng))。本發(fā)明涉及的一種集成管狀分離膜的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，其特 征在于有包括由互為連通的燃料蒸汽管、催化反應(yīng)腔(筒體殼程，裝填有催 化劑)、管狀分離膜微孔(透過(guò)氫氣)、氫氣腔、中間氫氣管組成的燃料通道， 和包括由互為連通的機(jī)排氣管、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)氣腔、換熱管管程、尾氣腔和 尾氣管組成的熱氣通道；燃料通道和熱氣通道之間除氫氣以外的其它成分氣 體相互隔離；催化反應(yīng)腔筒體和支撐體內(nèi)殼程被焊接或粘接有管狀分離膜的 分離膜管板分隔為催化反應(yīng)腔和氫氣腔；催化反應(yīng)腔內(nèi)裝填催化劑；焊接或 粘接有管狀分離膜的分離膜管板上有換熱管穿過(guò)；催化反應(yīng)腔筒體上靠近氫 氣腔一端有中間廢氣管(排出二氧化碳等廢氣)；支撐體上有中間氫氣管； 燃料蒸汽管的所在位置根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定。本發(fā)明涉及的集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置有四種集成方式 本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于脫硫 腔并列于雙筒催化反應(yīng)腔筒體中間的外側(cè)，管板或端板、催化反應(yīng)腔筒體外 壁、脫硫腔殼體內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔的脫硫腔，脫硫腔內(nèi)裝填脫硫 劑。本集成方案空間效率最好，最有利于隨車制氫。本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于脫硫 腔并列于單筒催化反應(yīng)腔筒體(至少一側(cè))的外側(cè)，管板或端板、催化反應(yīng) 腔筒體外壁、脫硫腔殼體內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔的的脫硫腔，脫硫腔 內(nèi)裝填脫硫劑。本集成方案空間效率次于第一方案。 本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于管狀脫硫腔包圍單筒催化反應(yīng)腔筒體，管板或端板、催化反應(yīng)腔筒體外壁、脫硫 腔殼體內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔的的脫硫腔，脫硫腔內(nèi)裝填脫硫劑。本 集成方案空間效率次于第一，二方案。本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于柱狀 脫硫腔被包圍在催化反應(yīng)腔筒體內(nèi)，管板或端板、脫硫腔殼體內(nèi)壁組成一端 連通催化反應(yīng)腔的脫硫腔，脫硫腔內(nèi)裝填脫硫劑。本集成方案空間效率次于 第一、二方案。本發(fā)明涉及的一種集成管狀分離膜和脫硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫 裝置，其特征在于有包括由互為連通的燃料蒸汽管、脫硫腔、催化反應(yīng)腔(筒 體殼程，裝填有催化劑)、管狀分離膜微孔(透過(guò)氫氣)、氫氣腔及中間氫氣 管組成的燃料通道，和包括由互為連通的排氣管、排氣進(jìn)氣腔、換熱管管程、尾氣腔和尾氣管組成的熱氣通道；燃料通道和熱氣通道之間除氫氣以外的其 它成分氣體相互隔離；催化反應(yīng)腔筒體和支撐體內(nèi)殼程被焊接或粘接有管狀 分離膜的分離膜管板分隔為催化反應(yīng)腔和氫氣腔，催化反應(yīng)腔內(nèi)裝填催化 劑；焊接或粘接有管狀分離膜的分離膜管板上有換熱管穿過(guò)；催化反應(yīng)腔筒 體上靠近氫氣腔一端有中間廢氣管；支撐體上有中間氫氣管；燃料蒸汽管與 脫硫腔的連接部位根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定；管板或端板、催化反應(yīng)腔筒 體外壁、脫硫腔殼體內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔的的脫硫腔，脫硫腔內(nèi)裝 填脫硫劑。本緊湊型隨行制氫裝置，不僅節(jié)省了機(jī)車的有限空間，而且還能 能直接產(chǎn)出分離純化的氫氣。本發(fā)明另外提供兩種只集成脫硫腔，未集成分離膜的緊湊型隨行之情裝 置，不能直接產(chǎn)出分離純化的氫氣。必須使用純氫氣時(shí)，須在尾氣管后設(shè)置 獨(dú)立的氫氣分離裝置或集成分離膜的氫氣緩沖罐(見(jiàn)本發(fā)明人申請(qǐng)的隨行制 氫發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)及其裝置等)。本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于有 包括由互為連通的燃料蒸汽管、脫硫腔、催化反應(yīng)腔(筒體殼程，裝填有催 化劑)、富氫混合氣體管組成的燃料通道，和包括由互為連通的排氣管、排氣進(jìn)氣腔、換熱管管程、尾氣腔和尾氣管組成的熱氣通道；燃料通道和熱 氣通道之間相互隔離；筒體段的內(nèi)殼程為催化反應(yīng)腔，催化反應(yīng)腔內(nèi)裝填催 化劑；在筒體的外側(cè)有脫硫腔殼體，管板或端板、催化反應(yīng)腔筒體外壁、脫 硫腔殼體內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔的的脫硫腔，脫硫腔內(nèi)裝填脫硫劑； 燃料蒸汽管與脫硫腔的連接部位根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定。本發(fā)涉及明的一種集成脫硫腔的單通道緊湊型隨行制氫裝置，其特征在 于只有包括由燃料蒸汽管、脫硫腔、進(jìn)氣腔、催化反應(yīng)腔(筒體殼程，裝填 有催化劑)、尾氣腔、富氫混合氣體管組成的單通道；尾氣腔端蓋上有尾氣 管，進(jìn)氣腔蓋上有排氣管，催化反應(yīng)腔筒體的左端有多孔板，右端為開(kāi)口； 多孔板和進(jìn)氣腔蓋之間的筒體內(nèi)殼程為催化反應(yīng)腔，催化反應(yīng)腔內(nèi)裝填催化 劑；在多孔板與進(jìn)氣腔蓋之間的筒體的外側(cè)有脫硫腔殼體；多孔板、筒體外 壁、脫硫腔殼體內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔的的脫硫腔，脫硫腔內(nèi)裝填脫 硫劑；燃料蒸汽管與脫硫腔的連接部位根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定；經(jīng)脫硫 腔脫硫的燃料蒸汽進(jìn)入進(jìn)氣腔與排氣(再生水蒸汽)直接混合后，進(jìn)入催化 反應(yīng)腔參與燃料的水蒸氣重整制氫反應(yīng)；燃料在催化反應(yīng)腔轉(zhuǎn)化的富氫混合 氣體，連同過(guò)剩排氣(再生水蒸氣)穿過(guò)多孔板的孔進(jìn)入尾氣腔，并通過(guò)富 氫混合氣體管排出。本集成脫硫腔的單通道緊湊型隨行制氫裝置中產(chǎn)生的富 氫混合氣體和過(guò)剩水蒸氣，在后續(xù)的獨(dú)立氫氣分離裝置或集成分離膜的氫氣 緩沖罐中分離提純氫氣，并將二氧化碳、過(guò)剩水蒸氣等非透過(guò)性組分排出發(fā) 動(dòng)機(jī)或燃料電池的燃料系統(tǒng)。本集成脫硫腔的單通道緊湊型隨行制氫裝置的 最大優(yōu)勢(shì)在于能直接使用發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池陰極排氣再生水蒸氣作為燃料 重整制氫的水源，減少了水蒸發(fā)的過(guò)程，避免了再次消耗能源和結(jié)垢問(wèn)題。本發(fā)明緊湊型隨行制氫裝置的催化反應(yīng)腔內(nèi)可以引入來(lái)自空氣泵的定 量空氣(利用其中的氧氣)，控制燃料的催化反應(yīng)中有部分氧化反應(yīng)，利用 其部分氧化反應(yīng)的放熱效應(yīng)，以提高產(chǎn)氫速率。本發(fā)明緊湊型隨行制氫裝置的催化反應(yīng)腔內(nèi)可以安裝加熱元件，和在排氣進(jìn) 氣管上安裝連接有輔助燃料管的混合噴燃器并通入空氣，以便于冷啟動(dòng)。本發(fā)明涉及的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，在發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池燃料系 統(tǒng)中，燃料通道和熱氣通道的相對(duì)流向可以按順流，也可以按逆流方式連接。本發(fā)明涉及的單通道緊湊型隨行制氫裝置，在發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池燃料系 統(tǒng)中，燃料通道和熱氣通道的相對(duì)流向只能按順流方式連接。本發(fā)明的工作過(guò)程將本發(fā)明所述的緊湊型隨行制氫裝置按系統(tǒng)要求連接在發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料 電池的燃料系統(tǒng)中(附圖未示出)。利用氫氣或混合氫氣緩沖罐內(nèi)的燃?xì)恻c(diǎn) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池，或啟動(dòng)電熱元件將催化反應(yīng)腔的催化劑加熱至催化反 應(yīng)所需溫度，啟動(dòng)燃料泵及相關(guān)控件。對(duì)集成管狀分離膜的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，燃料蒸汽通過(guò)燃料蒸 汽管進(jìn)入催化反應(yīng)腔入口端，燃料在催化反應(yīng)腔催化轉(zhuǎn)化的富氫混合氣體經(jīng) 過(guò)分離膜段時(shí)，氫氣透過(guò)分離膜的微孔進(jìn)入氫氣腔，并經(jīng)中間氫氣管送至氫 氣沖罐(附圖未示出)，二氧化碳等非透過(guò)性氣體，經(jīng)中間廢氣管排出。對(duì)集成脫硫腔的單通道緊湊型隨行制氫裝置，燃料蒸汽通過(guò)燃料蒸汽 管、脫硫腔，在排氣進(jìn)氣腔與排氣中的再生水蒸汽混合后進(jìn)入催化反應(yīng)腔， 燃料蒸汽和再生水蒸氣在催化反應(yīng)腔內(nèi)催化轉(zhuǎn)化的富氫混合氣體及過(guò)剩水 蒸氣，穿過(guò)多孔板經(jīng)尾氣腔和尾氣管送至下游的氫氣分離提純裝置(附圖未 示出)進(jìn)行氫氣和二氧化碳、過(guò)剩水蒸氣等非透過(guò)性組分的分離。對(duì)集成管脫硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，燃料蒸汽通過(guò)燃料蒸汽 管進(jìn)入脫硫腔，經(jīng)脫硫腔后進(jìn)入催化反應(yīng)腔，燃料在催化反應(yīng)腔催化轉(zhuǎn)化的 富氫混合氣體通過(guò)混合氫氣管送至混合氫氣緩沖罐或獨(dú)立的氫氣分離提純 裝置(附圖未示出)進(jìn)行氫氣和二氧化碳等非透過(guò)性組分的分離。 對(duì)集成管狀分離膜和脫硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，燃料蒸汽通過(guò)燃 料蒸汽管進(jìn)入脫硫強(qiáng)入口，經(jīng)脫硫腔的燃料進(jìn)入催化反應(yīng)腔，燃料在催化反 應(yīng)腔催化轉(zhuǎn)化的富氫混合氣體經(jīng)過(guò)分離膜段時(shí)，氫氣透過(guò)分離膜的微孔進(jìn)入 氫氣腔，并經(jīng)中間氫氣管送至氫氣沖罐(附圖未示出)，二氧化碳等非透過(guò) 性氣體，經(jīng)中間廢氣管排出。本發(fā)明的有益結(jié)果
將富氫混合氣體隨行分離提純，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的能量密度， 一定程 度上克服了燃燒富氫混合氣體存在的高負(fù)荷動(dòng)力不足的缺點(diǎn)，尤其是可以提 供于燃料電池的氫氣。
集成管狀分離膜或和脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)、節(jié)約了有限的機(jī)車空間，使機(jī)車隨行制氫走向?qū)嵱没蔀榭赡堋?br>

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明涉及的一種集成管狀分離膜的緊湊型隨行制氫裝置的剖視
結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的管狀分離膜的工作原理(玩呀和內(nèi)壓)示意圖。
圖3是本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置(脫硫腔并 列于雙筒催化反應(yīng)腔筒體中間的外側(cè))的筒體橫向剖視示意圖。
圖4是本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置(脫硫腔并 列于單筒催化反應(yīng)腔筒體的橫向外側(cè))的筒體橫向剖視示意圖。
圖5是本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置(管狀脫硫 腔包圍單筒催化反應(yīng)腔筒體)的筒體橫向剖視示意圖。
圖6是本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置(柱狀脫硫 腔被包圍在催化反應(yīng)腔筒體內(nèi))的筒體橫向剖視示意圖。
圖7是本發(fā)明涉及的一種集成管狀分離膜和脫硫腔的雙通道緊湊型隨行 制氫裝置的軸向剖視示意圖。
圖8是本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫裝置的軸 向剖視示意圖。
圖9是本發(fā)明涉及的一種集成脫硫腔的單通道緊湊型隨行制氫裝置的軸
向剖視示意圖。
圖中
l-催化反應(yīng)腔筒體2-換熱管3-氫氣腔支撐體4-中間支撐管5-尾氣 (進(jìn)氣)腔端蓋6-螺母7-管板8-分離膜管板9-脫硫腔殼體lO-螺栓11-進(jìn)氣(尾氣)腔端蓋12-多孔板
OOl-進(jìn)氣(尾氣)腔002-催化反應(yīng)腔003-氫氣腔004-尾氣(進(jìn)氣) 腔005-脫硫腔
100-燃料蒸汽管或燃料管101-尾氣(排氣)管102-中間氫氣管 103-中間廢氣管104-富氫混合氣體管501-排氣(尾氣)管
m-分離膜 實(shí)施例l
如圖1所示， 一種集成管狀分離膜的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，其特 征在于有包括由互為連通的燃料蒸汽管100、催化反應(yīng)腔002 (筒體殼程， 裝填有催化劑)、管狀分離膜m微孔(透過(guò)氫氣)、氫氣腔003、中間氫氣管 102組成的燃料通道，和包括由互為連通的機(jī)排氣管501 (或IOI)、發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣進(jìn)氣腔OOl (或004)、換熱管2管程、尾氣腔004 (或OOl)和尾氣管 101 (或501)組成的熱氣通道；燃料通道和熱氣通道之間除氫氣以外的其它 成分氣體相互隔離；催化反應(yīng)腔筒體1和支撐體3內(nèi)殼程被焊接或粘接有管 狀分離膜m的分離膜管板8分隔為催化反應(yīng)腔002和氫氣腔003;催化反應(yīng) 腔002內(nèi)裝填催化劑；焊接或粘接有管狀分離膜m的分離膜管板8上有換熱 管2穿過(guò)；催化反應(yīng)腔筒體1上靠近氫氣腔003 —端的催化反應(yīng)腔m側(cè)有中 間廢氣管103 (排出二氧化碳等廢氣)；支撐體3上有中間氫氣管102;燃料 蒸汽管100的所在位置根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定。
實(shí)施例2
如圖3所示， 一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于脫硫 腔005并列于雙筒催化反應(yīng)腔筒體1中間的外側(cè)，管板7 (或8或12)、催 化反應(yīng)腔筒體1外,壁、脫硫腔殼體9內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔002的脫 硫腔005，脫硫腔005內(nèi)裝填脫硫劑。
實(shí)施例3
如圖4所示， 一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于脫硫 腔005并列于單筒催化反應(yīng)腔筒體1 (至少一側(cè))的外側(cè)，管板7 (或8或12)、催化反應(yīng)腔筒體1外壁、脫硫腔殼體9內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔 002的脫硫腔005，脫硫腔005內(nèi)裝填脫硫劑。
實(shí)施例4
如圖5所示， 一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于管狀脫硫
腔005包圍單筒催化反應(yīng)腔筒體1，管板7 (或8或12)、催化反應(yīng)腔筒 體1外壁、脫硫腔殼體9內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔002的脫硫腔005， 脫硫腔005內(nèi)裝填脫硫劑。
實(shí)施例5
如圖6所示， 一種集成脫硫腔的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于柱狀 脫硫腔005被包圍在催化反應(yīng)腔筒體1內(nèi)，管板7 (或8或12)、脫硫腔殼 體9內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔002的脫硫腔005，脫硫腔005內(nèi)裝填脫 硫劑。
實(shí)施例6
如圖7所示， 一種集成管狀分離膜和脫硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫裝置， 其特征在于有包括由互為連通的燃料蒸汽管100、脫硫腔005、催化反應(yīng)腔
(筒體殼程，裝填有催化劑)002、管狀分離膜m微孔(透過(guò)氫氣)、氫氣腔 003及中間氫氣管102組成的燃料通道，和包括由互為連通的排氣管501 (或 101)、排氣進(jìn)氣腔OOl (或004)、換熱管2管程、尾氣腔004 (或OOl)和 尾氣管IOI (或501)組成的熱氣通道；燃料通道和熱氣通道之間除氫氣以 外的其它成分氣體相互隔離；催化反應(yīng)腔筒體1和支撐體3內(nèi)殼程被焊接或 粘接有管狀分離膜m的分離膜管板8分隔為催化反應(yīng)腔002和氫氣腔003， 催化反應(yīng)腔002內(nèi)裝填催化劑；焊接或粘接有管狀分離膜m的分離膜管板8 上有換熱管2穿過(guò)；催化反應(yīng)腔筒體1上靠近氫氣腔003 —端的催化反應(yīng)腔
002側(cè)有中間廢氣管103;支撐體3上有中間氫氣管102;燃料蒸汽管IOO 與脫硫腔005的連接部位根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定；分離膜管板8、催化 反應(yīng)腔筒體1外壁、脫硫腔殼體9內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔002的脫硫腔005,脫硫腔005內(nèi)裝填脫硫劑。 實(shí)施例7
如圖8所示， 一種集成脫硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，其特征在 于有包括由互為連通的燃料蒸汽管100、脫硫腔005、催化反應(yīng)腔(筒體殼 程，裝填有催化劑)002、富氫混合氣體管104組成的燃料通道，和包括由 互為連通的排氣管501 (或101)、排氣進(jìn)氣腔OOl (或004)、換熱管2管程、 尾氣腔004 (或OOl)和尾氣管IOI (或501)組成的熱氣通道；燃料通道和 熱氣通道之間相互隔離；催化反應(yīng)腔筒體f段的內(nèi)殼程為催化反應(yīng)腔002, 催化反應(yīng)腔002內(nèi)裝填催化劑;在催化反應(yīng)腔筒體1的外側(cè)有脫硫腔殼體9， 管板7、催化反應(yīng)腔筒體l外壁、脫硫腔殼體9內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng) 腔002的脫硫腔005,脫硫腔005內(nèi)裝填脫硫劑；燃料蒸汽管100與脫硫腔 005的連接部位根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定。
實(shí)施例8
如圖9所示， 一種集成脫硫腔的單通道緊湊型隨行制氫裝置，其特征在 于只有包括由燃料蒸汽管100、脫硫腔005、進(jìn)氣腔OOl、催化反應(yīng)腔002、 尾氣腔004、富氫混合氣體管104組成的單通道；尾氣腔端蓋5上有富氫混 合氣體管104,進(jìn)氣腔蓋11上有排氣管501，催化反應(yīng)腔筒體1的左端有多 孔板12,右端為開(kāi)口；多孔板12和進(jìn)氣腔蓋11之間的筒體1內(nèi)殼程為催化 反應(yīng)腔002，催化反應(yīng)腔002內(nèi)裝填催化劑；在多孔板12與進(jìn)氣腔蓋11之 間的催化反應(yīng)腔筒體1的外側(cè)有脫硫腔殼體9;多孔板12、催化反應(yīng)腔筒體 1外壁、脫硫腔殼體9內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔002的脫硫腔005，脫 硫腔005內(nèi)裝填脫硫劑；燃料蒸汽管100與脫硫腔005的連接部位根據(jù)燃料 系統(tǒng)連接方式確定;經(jīng)脫硫腔005脫硫的燃料蒸汽進(jìn)入進(jìn)氣腔OOl與排氣(再 生水蒸汽)直接混合后，進(jìn)入催化反應(yīng)腔002參與燃料的水蒸氣重整制氫反 應(yīng)；燃料在催化反應(yīng)腔002轉(zhuǎn)化的富氫混合氣體，連同過(guò)剩排氣(再生水蒸 氣)穿過(guò)多孔板12的孔進(jìn)入尾氣腔004，并通過(guò)富氫混合氣體管104排出。
權(quán)利要求
1、緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于在隨行制氫裝置中集成管狀分離膜(m)；在隨行制氫裝置中集成脫硫腔(005)；在隨行制氫裝置中同時(shí)集成管狀分離膜(m)和脫硫腔(005)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型隨行制氫裝置， 一種集成管狀分離膜 的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于有包括由互為連通的燃料蒸汽管(100)、催化反應(yīng)腔(002)、管狀分離膜(m)微孔、氫氣腔(003)、中間 氫氣管(102)組成的燃料通道，和包括由互為連通的機(jī)排氣管(501或101)、 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)氣腔(001或004)、換熱管(2)管程、尾氣腔(004或001) 和尾氣管(101或501)組成的熱氣通道；燃料通道和熱氣通道之間除氫氣 以外的其它成分氣體相互隔離；催化反應(yīng)腔筒體(1)和支撐體(3)內(nèi)殼程 被焊接或粘接有管狀分離膜(m)的分離膜管板(8)分隔為催化反應(yīng)腔(002) 和氫氣腔(003);催化反應(yīng)腔(002)內(nèi)裝填催化劑；焊接或粘接有管狀分 離膜(m)的分離膜管板(8)上有換熱管(2)穿過(guò)；催化反應(yīng)腔筒體(1) 上靠近氫氣腔(003) —端有中間廢氣管(103):支撐體(3)上有中間氫氣 管(102);燃料蒸汽管(100)的所在位置根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型隨行制氫裝置， 一種集成脫硫腔的緊 湊型隨行制氫裝置，其特征在于脫硫腔(005)并列于雙筒催化反應(yīng)腔筒體(1)中間的外側(cè)，管板(7或8或12)、催化反應(yīng)腔筒體(1)外壁、脫硫 腔殼體(9)內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔(002)的脫硫腔(005)，脫硫腔 (005)內(nèi)裝填脫硫劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型隨行制氫裝置， 一種集成脫硫腔的緊 湊型隨行制氫裝置，其特征在于脫硫腔(005)并列于單筒催化反應(yīng)腔筒體(1)的橫向外側(cè)，管板(7或8或12)、催化反應(yīng)腔筒體(1)外壁、脫硫 腔殼體(9)內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔(002)的脫硫腔(005)，脫硫腔 (005)內(nèi)裝填脫硫劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型隨行制氫裝置， 一種集成脫硫腔的緊 湊型隨行制氫裝置，其特征在于管狀脫硫腔(005)包圍單筒催化反應(yīng)腔筒 體(1)，管板(7或8或12)、催化反應(yīng)腔筒體(1)外壁、脫硫腔殼體(9)內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔(002)的脫硫腔(005),脫硫腔(005)內(nèi)裝 填脫硫劑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型隨行制氫裝置， 一種集成脫硫腔的緊 湊型隨行制氫裝置，其特征在于柱狀脫硫腔(005)被包圍在催4fc反應(yīng)腔筒 體(1)內(nèi)，管板(7或8或12)、脫硫腔殼體(9)內(nèi)壁組成一端連通催化 反應(yīng)腔(002)的脫硫腔(005)，脫硫腔(005)內(nèi)裝填脫硫劑。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5所述的緊湊型隨行制氫裝置， 一種集 成管狀分離膜和脫硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于有包括由 互為連通的燃料蒸汽管(100)、脫硫腔(005)、催化反應(yīng)腔(002)、管狀分 離膜(m)微孔、氫氣腔(003)及中間氫氣管(102)組成的燃料通道，和 包括由互為連通的排氣管(501或101)、排氣進(jìn)氣腔(001或0(M)、換熱管(2)管程、尾氣腔(004或001)和尾氣管(101或501)組成的熱氣通道； 燃料通道和熱氣通道之間除氫氣以外的其它成分氣體相互隔離；催化反應(yīng)腔 筒體(1)和支撐體(3)內(nèi)殼程被焊接或粘接有管狀分離膜(m)的分離膜 管板(8)分隔為催化反應(yīng)腔(002)和氫氣腔(003)，催化反應(yīng)腔(002) 內(nèi)裝填催化劑；焊接或粘接有管狀分離膜(m)的分離膜管板(8)上有換熱 管(2)穿過(guò)；催化反應(yīng)腔筒體(1)上靠近氫氣腔(003) —端有中間廢氣 管(103);支撐體(3)上有中間氫氣管(102);燃料蒸汽管(100)與脫硫 腔(005)的連接部位根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定；分離膜管板(8)、催化 反應(yīng)腔筒體(1)外壁、脫硫腔殼體(9)內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔(002) 的脫硫腔(005)，脫硫腔(005)內(nèi)裝填脫硫劑。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l、 3、 4、 5所述的緊湊型隨行制氫裝置， 一種集成脫 硫腔的雙通道緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于有包括由互為連通的燃料蒸 汽管(100)、脫硫腔(005)、催化反應(yīng)腔(002)、富氫混合氣體管(104) 組成的燃料通道，和包括由互為連通的排氣管(501或101)、排氣進(jìn)氣腔(001 或004)、換熱管(2)管程、尾氣腔(004或001)和尾氣管IOI (或501) 組成的熱氣通道；燃料通道和熱氣通道之間相互隔離；催化反應(yīng)腔筒體(1) 的內(nèi)殼程為催化反應(yīng)腔(002)，催化反應(yīng)腔(002)內(nèi)裝填催化劑；在催化 反應(yīng)腔筒體(1)的外側(cè)有脫硫腔殼體(9)，管板(7)、催化反應(yīng)腔筒體(1)外壁、脫硫腔殼體(9)內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔(002)的脫硫腔(005)， 脫硫腔(005)內(nèi)裝填脫硫劑；燃料蒸汽管(100)與脫硫腔(005)的連接 部位根據(jù)燃料系統(tǒng)連接方式確定。
9、根據(jù)權(quán)利要求l、 3、 4、 5所述的緊湊型隨行制氫裝置， 一種集成脫 硫腔的單通道緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于只有包括由燃料蒸汽管(100)、脫硫腔(005)、進(jìn)氣腔(001)、催化反應(yīng)腔(002)、尾氣腔(004)、 富氫混合氣體管(104)組成的單通道；尾氣腔端蓋(5)上有富氫混合氣體 管(104)，進(jìn)氣腔蓋(11)上有排氣管(501)，催化反應(yīng)腔筒體(1)的左 端有多孔板(12)，右端為開(kāi)口；多孔板(12)和進(jìn)氣腔蓋(11)之間的催 化反應(yīng)腔筒體(1)內(nèi)殼程為催化反應(yīng)腔(002)，催化反應(yīng)腔(002)內(nèi)裝填 催化劑；在多孔板(12)與進(jìn)氣腔蓋(11)之間的催化反應(yīng)腔筒體(1)的 外側(cè)有脫硫腔殼體(9);多孔板(12)、催化反應(yīng)腔筒體(1)外壁、脫硫腔 殼體(9)內(nèi)壁組成一端連通催化反應(yīng)腔(002)的脫硫腔(005)，脫硫腔(005) 內(nèi)裝填脫硫劑；燃料蒸汽管(100)與脫硫腔(005)的連接部位根據(jù)燃料系 統(tǒng)連接方式確定；經(jīng)脫硫腔(005)脫硫的燃料蒸汽進(jìn)入進(jìn)氣腔(001)與排 氣再生水蒸汽直接混合后，進(jìn)入催化反應(yīng)腔(002)參與燃料的水蒸氣重整 制氫反應(yīng)；燃料在催化反應(yīng)腔(002)轉(zhuǎn)化的富氫混合氣體，連同過(guò)剩排氣(再生水蒸氣)穿過(guò)多孔板(12)的孔進(jìn)入尾氣腔(004)，并通過(guò)富氫混合氣 體管(104)排出。
全文摘要
一種集成了管狀分離膜(m)、或集成了脫硫腔(005)、或同時(shí)集成了管狀分離膜(m)和脫硫腔(005)的緊湊型隨行制氫裝置，大大簡(jiǎn)化了隨行制氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了移動(dòng)機(jī)車的有限空間，使得隨行制氫技術(shù)在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)車和燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)或移動(dòng)發(fā)電中的實(shí)用化成為可能。
文檔編號(hào)C01B3/00GK101293634SQ200810091438
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月3日
發(fā)明者李鋼坤 申請(qǐng)人:李鋼坤