CN107128874A - 一种水制氢装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水制氢装置及其方法，涉及化工基础原料技术领域，它包含二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置，二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置和水循环泵均与CO+2H2+水蒸气变换装置连接，CO+2H2+水蒸气变换装置通过水冷器与气液分离器连接，气液分离器的水出口与水循环泵连接；气液分离器的气体出口与混合气分离器连接，混合气分离器的二氧化碳出口通过气体循环泵与二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置连接。以二氧化碳为原料，通过催化、合成转化为所需要碳氢比的碳氢化合物—CO+2H2混合气，然后通过变换制成CO2+3H2混合气，分离出水后，水循环使用，CO2+3H2经分离，CO2返回作原料使用。反应过程中消耗资源是水，产生资源是氢气。

Description

一种水制氢装置及其方法
技术领域
本发明涉及化工基础原料技术领域，具体涉及一种水制氢装置及其方法。
背景技术
早在1874年出版的幻想小说《神秘岛》中就写到：“水会成为将来的燃料”。
20世纪20年代，人们就利用水电站的多余电力来生产氢气氧气，进而用于合成氨和金属切割，几乎同时，工程师们试验氢气作燃料，用于拖拉机、汽车、火车及其它内燃机驱动器，在这种情况下，“氢能源”这个词出现了。
氢的生产，目前采用的方法有：
(1)由化石能源资源制氢：这个途径是当前制氢的主要手段和氢气的主要来源，分为天然气和石油产品制氢；煤炭制氢。
(2)生物质制氢和微生物制氢。
(3)水分解制氢：
①水分解制氢：
电解水制氢就是用电能将水直接裂解为氢和氧，它在技术上是成熟的。目前因为电能价格比较高，所以电解水制氢的主要问题是成本比较高，生产1.0kg氢气约需要57kw.n的电能。电能按0.35元/kw.n计算，生产1.0kg的氢气需要20元/kg左右，与天然气、煤炭重整制氢相比成本要高出3倍左右。
②热值方法制氢：
热化学法制氢就是提供2500℃以上的温度，把水裂解为氢和氧，这样的高温不仅耗能多，而且需要耐高温材料和良好的设备设计，很不现实。
③光解水制氢：
在催化剂的作用下，利用光能可以将水分解为氢和氧，产生氢气的效率达到12％，氢气的效率有待提高。
由此可见，目前科学技术采用化石能源制氢，除成本高外，需要依赖地球下的化石资源。热化学法制氢，能耗大，不现实。光解水制氢，氢气的效率有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种反应过程中消耗资源是水，产生资源是氢气的水制氢装置及其方法。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：一种水制氢装置，它包含二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置和CO+2H2+水蒸气变换装置，二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置和水循环泵均与CO+2H2+水蒸气变换装置连接，CO+2H2+水蒸气变换装置通过水冷器与气液分离器连接，气液分离器的水出口与水循环泵连接；气液分离器的气体出口与混合气分离器连接，混合气分离器的二氧化碳出口通过气体循环泵与二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置连接。
作为本发明的进一步改进，所述的CO+2H2+水蒸气变换装置采用甲醇水蒸气重整制氢装置。
一种水制氢方法，它包含如下步骤：
来自二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置生产的CO+2H2原料气与水蒸气混合进入CO+2H2+水蒸气变换装置，在反应温度≥250℃，压力为0.1－1.0MPa变换为CO2+3H2混合气，CO2+3H2混合气经水冷器冷却，冷却后通过气液分离器分离出反应水和混合气，反应水通过水循环泵进入CO+2H2+水蒸气变换装置内循环使用；混合气经混合气分离器分离出CO2和H2氢气，CO2通过气体循环泵供给二氧化硫催化合成碳氢物质装置，氢气作为产品。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
本发明以二氧化碳(CO2)为原料，通过催化、合成转化为所需要碳氢比的碳氢化合物——CO+2H2混合气，然后通过变换制成CO2+3H2混合气，分离出水后，水循环使用，CO2+3H2经分离，CO2返回作原料使用。这样，反应过程中消耗资源是水，产生资源是氢气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的实施例的装置结构示意图；
附图标记：
1—二氧化硫催化合成碳氢物质装置；2—CO+2H2+水蒸气变换装置；3—水循环泵；4—水冷器；5—气液分离器；6—混合气分离器；7—气体循环泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种水制氢装置，它包含二氧化硫催化合成碳氢物质装置1、CO+2H2+水蒸气变换装置2、水循环泵3、水冷器4、气液分离器5、混合气分离器6和气体循环泵7，二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置1和水循环泵均与CO+2H2+水蒸气变换装置2连接，CO+2H2+水蒸气变换装置2通过水冷器4与气液分离器5连接，气液分离器5的水出口与水循环泵3连接；气液分离器5的气体出口与混合气分离器6连接，混合气分离器6的二氧化碳出口通过气体循环泵7与二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置1连接。
所述的CO+2H2+水蒸气变换装置2采用甲醇水蒸气重整制氢装置。
一种水制氢方法，它包含如下步骤：
来自二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置1生产的CO+2H2原料气与水蒸气混合进入CO+2H2+水蒸气变换装置2，在反应温度≥250℃，压力为0.1－1.0MPa变换为CO2+3H2混合气，CO2+3H2混合气经水冷器4冷却，冷却后通过气液分离器5分离出反应水和混合气，反应水通过水循环泵3进入CO+2H2+水蒸气变换装置2内循环使用；混合气经混合气分离器6分离出CO2和H2氢气，CO2通过气体循环泵7供给二氧化硫催化合成碳氢物质装置1，氢气作为产品。
本发明是由一种二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置(已申请发明专利)和一种CO+2H2+水蒸气变换装置组成，按图1所示连接在一起，就成为水制氢技术及装置。在反应过程中消耗水外还消耗反应过程所供给的热量，实践中，生产1.0M3氢气需要动力能量1563KJ/M3，动力能量成本为0.2元/M3，其成本为目前科学技术化石能源制氢成本的1/10，具有巨大的经济潜力。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种水制氢装置，其特征在于，它包含二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置和CO+2H2+水蒸气变换装置，二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置和水循环泵均与CO+2H2+水蒸气变换装置连接，CO+2H2+水蒸气变换装置通过水冷器与气液分离器连接，气液分离器的水出口与水循环泵连接；气液分离器的气体出口与混合气分离器连接，混合气分离器的二氧化碳出口通过气体循环泵与二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种水制氢装置，其特征在于，所述的CO+2H2+水蒸气变换装置采用甲醇水蒸气重整制氢装置。
3.一种水制氢方法，其特征在于，它包含如下步骤：来自二氧化碳催化合成新能源碳氢物质装置生产的CO+2H2原料气与水蒸气混合进入CO+2H2+水蒸气变换装置，在反应温度≥250℃，压力为0.1－1.0MPa变换为CO2+3H2混合气，CO2+3H2混合气经水冷器冷却，冷却后通过气液分离器分离出反应水和混合气，反应水通过水循环泵进入CO+2H2+水蒸气变换装置内循环使用；混合气经混合气分离器分离出CO2和H2氢气，CO2通过气体循环泵供给二氧化硫催化合成碳氢物质装置，氢气作为产品。
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