CN104229733A - 甲醇水制氢设备的重整器及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甲醇水制氢设备的重整器及其制造工艺，涉及甲醇水制氢设备技术领域。其中，本发明甲醇水制氢设备的重整器包括重整器壳体，所述重整器壳体从内至外依次包括不锈钢内壳、保温棉层及云母外壳，所述重整器壳体与不锈钢内壳的直径厚度比为150：0.8～150：2.5，所述重整器壳体与保温棉层的直径厚度比为150：10～150：20，所述重整器壳体与云母外壳的直径厚度比为150：1.5～150：3.5。本发明不仅耐高温、强度大，而且保温性能好、耐腐蚀、耐氧化、防水、不导电、重量轻。

Description

甲醇水制氢设备的重整器及其制造工艺
技术领域
本发明涉及甲醇水氢气制备设备技术领域，特别涉及一种甲醇水制氢设备的重整器，与此同时，本发明还涉及一种重整器的制造工艺。
背景技术
氢，是一种21世纪最理想的能源之一，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的主要是CO2和SO2，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。氢的分布很广泛，水就是氢的大“仓库”，其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70%为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
目前，世界上氢的年产量约为3600万吨，制氢方法主要有两种：其一、绝大部分氢是从石油、煤炭和天然气中制取，这种方法需要消耗本来就很紧缺的矿物燃料；其二、约有4%的氢是用电解水的方法制取，这种方法消耗电能大，很不划算。随着技术的进步，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别在的电解水制氢工艺。利用先进的甲醇水蒸气重整技术制取H2与CO2的混合气体，再经钯膜分离器分离，可分别得到H2和CO2。
参照中国发明申请201310340475.0（申请人：上海合既得动氢机器有限公司），甲醇与水蒸气在350-409℃温度下、1-5M Pa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下：
CH3OH→CO+2H2        (1)
H2O+CO→CO2+H2        (2)
CH3OH+H2O→CO2+3H2     (3)
重整反应生成的H2和CO2，再经过分离室的钯膜分离器将H2和CO2分离，得到高纯氢气。
在整个制氢过程中，甲醇水制氢设备的重整器是最为核心的制氢设备，重整器包括重整器壳体及位于重整体器壳体内的燃烧腔和重整腔，一般地，在重整腔中的温度在350-409℃之间，而燃烧腔中的温度则在405-570℃之间，当然，若出现异常，重整腔或燃烧腔中的温度可能会短时间内飚升至1000℃以上。现有甲醇水制氢设备的重整器壳体及底座采用不锈钢制成，虽然具有较高的强度和耐高温性，但是，不锈钢重整器壳体及底座具有如下缺失：其一、在制氢环境中，易腐蚀、易氧化；其二、保温性能差，热量流失大，由于不锈钢具有导热性，使得重整腔及燃烧腔中的热能易被不锈钢壳体及底座导出而损失；其三、由于不锈钢壳体及底座的温度高，使得甲醇水制氢设备的其他部件（如固态氢气储存器、甲醇水储存容器、原料输送装置等等）易受到重整器壳体及底座的高温破坏，而降低性能和使用寿命；其四、由于甲醇水制氢设备是醇水发电系统的重要设备，而醇水发电系统还包括控制系统、燃料电池（电堆）、逆变器、电磁阀、气压调整器等带电部件，因此，不锈钢壳体及底座的导电性质，会影响到醇水发电系统的电路设计，甚至会造成醇水发电系统的短路；其五、重整器不锈钢壳体及底座的重量重，给制氢设备的运输造成不利。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种不仅耐高温、强度大，而且保温性能好、耐腐蚀、耐氧化、防水、不导电、重量轻的甲醇水制氢设备的重整器。与此同时，本发明还要提供一种甲醇水制氢设备的重整器制造工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种甲醇水制氢设备的重整器，包括重整器壳体，所述重整器壳体从内至外依次包括不锈钢内壳、保温棉层及云母外壳，所述重整器壳体与不锈钢内壳的直径厚度比为150：0.8～150：2.5，所述重整器壳体与保温棉层的直径厚度比为150：10～150：20，所述重整器壳体与云母外壳的直径厚度比为150：1.5～150：3.5。
所述重整器壳体与不锈钢内壳的直径厚度比为150：1.5～150：2，所述重整器壳体与保温棉层的直径厚度比为150：14～150：16，所述重整器壳体与云母外壳的直径厚度比为150：2～150：3。
所述重整器还包括重整器底座及排气装置，所述重整器底座与重整器壳体底部相连接，该重整器底座为云母底座；所述排气装置设置于重整器壳体的上端，该排气装置包括排气管及安装于排气管内的止逆阀，该排气管为云母排气管，该止逆阀为云母止逆阀。
所述重整器壳体的云母外壳具有一底沿，该底沿设有若干安装孔，该若干安装孔中分别旋入螺栓，使云母外壳固定于重整器底座上。
一种甲醇水制氢设备的重整器制造工艺，包括重整器壳体之云母外壳制造工艺、重整器壳体之保温棉层制造工艺及重整器壳体之不锈钢内壳制造工艺，其中：
所述重整器壳体之云母外壳制造工艺包括如下步骤：
（1）将云母、铝硅酸盐、碳酸盐和高耐火度无机矿物分别破碎、研磨成尺寸为50μm～300μm的粉末，按总重量为100计，依次按比例为35～45：25～35：10～15：5～15取料混合，并搅拌均匀；
（2）加入混合料总重量10～15%的粘合剂将混合料均匀混合粘结；
（3）在压力为15～25Mpa的静压条件下将混合粘结料静压成型成云母外壳；
（4）将静压成型的云母外壳送入烧烤炉，在60～200℃状态下逐步升温烧烤3～4小时，再经600～900℃高温烧烤1～2小时，出炉自然冷却，即得云母外壳成品。
所述重整器制造工艺还包括重整器云母底座、云母排气管及云母止逆阀的制造工艺，该制造工艺包括如下步骤：
（1）将云母、铝硅酸盐、碳酸盐和高耐火度无机矿物分别破碎、研磨成尺寸为50μm～300μm的粉末，按总重量为100计，依次按比例为35～45：25～35：10～15：5～15取料混合，并搅拌均匀；
（2）加入混合料总重量10～15%的粘合剂将混合料均匀混合粘结；
（3）在压力为15～25Mpa的静压条件下将混合粘结料静压成型成云母底座、云母排气管及云母止逆阀；
（4）将静压成型的云母外壳送入烧烤炉，在60～200℃状态下逐步升温烧烤3～4小时，再经600～900℃高温烧烤1～2小时，出炉自然冷却，即得云母底座、云母排气管及云母止逆阀成品。
所述铝硅酸盐为高岭石、叶蜡石、蒙脱石中的任意一种或两种以上的混合物。
所述碳酸盐为方解石、白云石、菱镁矿中的任意一种或两种以上的混合物。
所述高耐火度无机矿物为方镁石、石英、硅石中的任意一种或两种以上的混合物。
所述粘结剂为水玻璃、环氧树脂、硅烷中的任意一种或两种以上的混合物。
本发明的有益效果是：其一、具有云母外壳及云母底座的重整器在制氢环境中，能耐腐蚀，不易氧化；其二、保温棉层具有良好的保温性，云母外壳同样具有良好的保温性，使得重整器整体保温性能非常好，重整腔及燃烧腔中的热能不易被壳体导出而损失；其三、由于云母外壳及云母底座不易导热，使得其表面温度低，因而本发明不会影响甲醇水制氢设备的其他部件（如固态氢气储存器、甲醇水储存容器、原料输送装置等等）的工作和使用寿命；其四、由于云母外壳及云母底座具有良好的绝缘性，因而本发明在运用到醇水发电系统中时，一般不会影响控制系统、燃料电池（电堆）、逆变器、电磁阀、气压调整器等带电部件的电路设计，更不会造成醇水发电系统的短路；其五、云母外壳及云母底座的重量轻，只相当于不锈钢壳体的1/6，因而为制氢设备的运输提供了便利；其六、由于云母止逆阀重量轻，因而使得重整器内的气体排出时，能很容易吹开止逆阀；其六、云母外壳本身强度大，且重整器壳体内层还具有不锈钢内壳，因而最大程度上保证了重整器的强度。
附图说明
图1为本发明重整器的分散结构示意图。
图2为本发明重整器的整体纵剖视结构示意图。
图3为本发明重整器壳体的局部剖视结构示意图。
图4为图1中沿A-A向的剖视结构示意图。
图5为一种甲醇水制氢设备的重整器制造工艺功能方框图。
图6为另一种甲醇水制氢设备的重整器制造工艺功能方框图。
图中：1.重整器壳体；11.不锈钢内壳；12.保温棉层；13.云母外壳；2.重整器底座；3.排气装置；31.排气管；32.止逆阀；5.重整腔；6.燃烧腔；131.底沿；1311.安装孔；132.螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
实施例一：
如图1～图4所示，一种甲醇水制氢设备的重整器，重整器内设有重整腔5和燃烧腔6，在重整腔5内，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，重整腔5内的温度在350-409℃之间；在燃烧腔6内，氢气燃烧，为重整腔5提供热量，燃烧腔6内的温度在405-570℃之间。重整器包括重整器壳体1，所述重整器壳体1从内至外依次包括不锈钢内壳11、保温棉层12及云母外壳13，所述重整器壳体1与不锈钢内壳11的直径厚度比为150：0.8～150：2.5，所述重整器壳体1与保温棉层12的直径厚度比为150：10～150：20，所述重整器壳体1与云母外壳13的直径厚度比为150：1.5～150：3.5，例如，重整器壳体1直径为150mm，不锈钢内壳11的厚度为1.5mm，保温棉层12的厚度为15mm，云母外壳13的厚度为3mm。
作为重整器壳体1的优选方式，所述重整器壳体与不锈钢内壳的直径厚度比为150：1.5～150：2，所述重整器壳体与保温棉层的直径厚度比为150：14～150：16，所述重整器壳体与云母外壳的直径厚度比为150：2～150：3，这个直径厚度比的范围能最大程度上保证重整器的强度。
如图1、图2和图3所示，所述重整器还包括重整器底座2及排气装置3，所述重整器底座1与重整器壳体1底部相连接，该重整器底座2为云母底座2；所述排气装置3设置于重整器壳体1的上端，该排气装置3包括排气管31及安装于排气管内的止逆阀32，该排气管31为云母排气管31，该止逆阀32为云母止逆阀32。
如图1和图2所示，所述重整器壳体1的云母外壳13具有一底沿131，该底沿131设有若干安装孔1311，该若干安装孔1311中分别旋入螺栓132，使云母外壳13固定于重整器底座2上。图中，底沿131为云母外壳13一体成型的底沿，底沿131上共设有三个安装孔1311，这样能稳固地将云母外壳13固定于重整室底座2上。
实施例二：
如图5的示，一种甲醇水制氢设备的重整器制造工艺，包括重整器壳体之云母外壳制造工艺、重整器壳体之保温棉层制造工艺及重整器壳体之不锈钢内壳制造工艺，其中：
所述重整器壳体之云母外壳制造工艺包括如下步骤：
（1）将云母、铝硅酸盐、碳酸盐和高耐火度无机矿物分别破碎、研磨成尺寸为50μm～300μm的粉末，按总重量为100计，依次按比例为35～45：25～35：10～15：5～15取料混合，并搅拌均匀；
（2）加入混合料总重量10～15%的粘合剂将混合料均匀混合粘结；
（3）在压力为15～25Mpa的静压条件下将混合粘结料静压成型成云母外壳；
（4）将静压成型的云母外壳送入烧烤炉，在60～200℃状态下逐步升温烧烤3～4小时，再经600～900℃高温烧烤1～2小时，出炉自然冷却，即得云母外壳成品。
重整器壳体之保温棉层制造工艺及重整器壳体之不锈钢内壳制造工艺采用现有技术即可制成，固，本发明不再详述其制造工艺。云母外壳13、保温棉层12及不锈钢内壳11分别制得后，将保温棉层12安装于云母外壳13之内侧，然后将不锈钢内壳11塞入塞紧，即完成重整器壳体的制造。
实施例三：
如图6所示，本实施例与实施例二的区别是，本实施例重整器制造工艺还包括重整器云母底座、云母排气管及云母止逆阀的制造工艺，该制造工艺包括如下步骤：
（1）将云母、铝硅酸盐、碳酸盐和高耐火度无机矿物分别破碎、研磨成尺寸为50μm～300μm的粉末，按总重量为100计，依次按比例为35～45：25～35：10～15：5～15取料混合，并搅拌均匀；
（2）加入混合料总重量10～15%的粘合剂将混合料均匀混合粘结；
（3）在压力为15～25Mpa的静压条件下将混合粘结料静压成型成云母底座、云母排气管及云母止逆阀；
（4）将静压成型的云母外壳送入烧烤炉，在60～200℃状态下逐步升温烧烤3～4小时，再经600～900℃高温烧烤1～2小时，出炉自然冷却，即得云母底座、云母排气管及云母止逆阀成品。
在上述实施例中，所述铝硅酸盐为高岭石、叶蜡石、蒙脱石中的任意一种或两种以上的混合物。所述碳酸盐为方解石、白云石、菱镁矿中的任意一种或两种以上的混合物。所述高耐火度无机矿物为方镁石、石英、硅石中的任意一种或两种以上的混合物。所述粘结剂为水玻璃、环氧树脂、硅烷中的任意一种或两种以上的混合物。
此外，在上述实施例中，所述云母材料可选用白云母和金云母，也可选用人工合成云母，其中，白云母的化学式为KAl2〔AlSi3O10〕〔OH〕2，其中SiO2 45.2%、Al2O3 38.5%、K2O 11.8%、H2O 4.5%，此外，含少量Na、Ca、Mg、Ti、Cr、Mn、Fe和F等。金云母的化学式为KMg3〔AlSi3O10〕〔F，OH〕2，其中K2O 7～10.3%、MgO为21.4～29.4%、Al2O3为10.8～17%、SiO2为38.7～45%、H2O为0.3～4.5%，含少量Fe、Ti、Mn、Na和F等。人工合成云母可由煅烧滑石55%、重体氧化镁9%、氟硅酸钾20%、氧化铝12%、碳酸钾4%五种原料熔制而成。当然本发明选用的云母材料并不局限于上述种类。
以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种甲醇水制氢设备的重整器，包括重整器壳体，其特征在于：所述重整器壳体从内至外依次包括不锈钢内壳、保温棉层及云母外壳，所述重整器壳体与不锈钢内壳的直径厚度比为150：0.8～150：2.5，所述重整器壳体与保温棉层的直径厚度比为150：10～150：20，所述重整器壳体与云母外壳的直径厚度比为150：1.5～150：3.5。
2.根据权利要求1所述的甲醇水制氢设备的重整器，其特征在于：所述重整器壳体与不锈钢内壳的直径厚度比为150：1.5～150：2，所述重整器壳体与保温棉层的直径厚度比为150：14～150：16，所述重整器壳体与云母外壳的直径厚度比为150：2～150：3。
3.根据权利要求1所述的甲醇水制氢设备的重整器，其特征在于：所述重整器还包括重整器底座及排气装置，所述重整器底座与重整器壳体底部相连接，该重整器底座为云母底座；所述排气装置设置于重整器壳体的上端，该排气装置包括排气管及安装于排气管内的止逆阀，该排气管为云母排气管，该止逆阀为云母止逆阀。
4.根据权利要求3所述的甲醇水制氢设备的重整器，其特征在于：所述重整器壳体的云母外壳具有一底沿，该底沿设有若干安装孔，该若干安装孔中分别旋入螺栓，使云母外壳固定于重整器底座上。
5.权利要求1-4中任意一项甲醇水制氢设备重整器的制造工艺，其特征在于：包括重整器壳体之云母外壳制造工艺、重整器壳体之保温棉层制造工艺及重整器壳体之不锈钢内壳制造工艺，其中：
所述重整器壳体之云母外壳制造工艺包括如下步骤：
（1）将云母、铝硅酸盐、碳酸盐和高耐火度无机矿物分别破碎、研磨成尺寸为50μm～300μm的粉末，按总重量为100计，依次按比例为35～45：25～35：10～15：5～15取料混合，并搅拌均匀；
（2）加入混合料总重量10～15%的粘合剂将混合料均匀混合粘结；
（3）在压力为15～25Mpa的静压条件下将混合粘结料静压成型成云母外壳；
（4）将静压成型的云母外壳送入烧烤炉，在60～200℃状态下逐步升温烧烤3～4小时，再经600～900℃高温烧烤1～2小时，出炉自然冷却，即得云母外壳成品。
6.根据权利要求5所述的甲醇水制氢设备重整器的制造工艺，其特征在于：所述重整器制造工艺还包括重整器云母底座、云母排气管及云母止逆阀的制造工艺，该制造工艺包括如下步骤：
（1）将云母、铝硅酸盐、碳酸盐和高耐火度无机矿物分别破碎、研磨成尺寸为50μm～300μm的粉末，按总重量为100计，依次按比例为35～45：25～35：10～15：5～15取料混合，并搅拌均匀；
（2）加入混合料总重量10～15%的粘合剂将混合料均匀混合粘结；
（3）在压力为15～25Mpa的静压条件下将混合粘结料静压成型成云母底座、云母排气管及云母止逆阀；
（4）将静压成型的云母外壳送入烧烤炉，在60～200℃状态下逐步升温烧烤3～4小时，再经600～900℃高温烧烤1～2小时，出炉自然冷却，即得云母底座、云母排气管及云母止逆阀成品。
7.根据权利要求5或6所述的甲醇水制氢设备重整器的制造工艺，其特征在于：所述铝硅酸盐为高岭石、叶蜡石、蒙脱石中的任意一种或两种以上的混合物。
8.根据权利要求5或6所述的甲醇水制氢设备重整器的制造工艺，其特征在于：所述碳酸盐为方解石、白云石、菱镁矿中的任意一种或两种以上的混合物。
9.根据权利要求5或6所述的甲醇水制氢设备重整器的制造工艺，其特征在于：所述高耐火度无机矿物为方镁石、石英、硅石中的任意一种或两种以上的混合物。
10.根据权利要求5或6所述的甲醇水制氢设备重整器的制造工艺，其特征在于：所述粘结剂为水玻璃、环氧树脂、硅烷中的任意一种或两种以上的混合物。
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