CN109941965B - 一种甲醇制氢设备 - Google Patents

Abstract

本发明及制造氢气设备，具体公开了一种甲醇制氢设备，包括换热器和反应器；换热器内设有相互间隔的第一密封腔和第二密封腔，反应器内设有相互间隔的第三密封腔和第四密封腔；原料罐、过滤器、换热器的第一密封腔和反应器的第三密封腔的一端依次相连通；反应器的第三密封腔的另一端、换热器的第二密封腔、冷却器、第一缓冲罐、变压吸附系统、第二缓冲罐和去氢分析仪依次相连通；反应器的第四密封腔、空气泵和电加热器依次相连通形成一个循环加热系统；变压吸附系统所使用的阀体均为电磁阀，无需导热油供热，降低了加热成本，节能环保，不需要不间断气源控制阀体，一体化设计，简化了整体结构，缩小了占地面积。

Description

一种甲醇制氢设备

技术领域

本发明涉及制造氢气设备，具体涉及了一种甲醇制氢设备。

背景技术

氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对氢气纯度要求越来越高，因此，作为能产出高纯度氢气的甲醇制氢设备也越来越受到市场欢迎，但是现今的甲醇制氢设备存在以下两个问题：一是甲醇制氢设备的反应器供热方式为导热油供热方式，导热油供热机构较大，导致甲醇制氢设备的占地面积大，导热油易挥发，污染环境，还需要定期补充导热油，加热成本高，提高了制氢的生产成本；甲醇制氢设备的氢气提纯是通过一组气动角阀进行提纯，控制气动角阀需要不间断气源，使甲醇制氢设备的布线方式过于复杂，使甲醇制氢设备变得结构复杂，进一步增大了甲醇制氢设备的占地面积大。

发明内容

为解决上述技术问题，我们提出了一种甲醇制氢设备，其目的：无需导热油供热，降低加热成本，节能环保，不需要不间断气源控制阀体，一体化设计，简化整体结构，缩小占地面积。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种甲醇制氢设备，包括原料罐、过滤器、换热器、反应器、空气泵、电加热器、冷却器、第一缓冲罐、变压吸附系统、第二缓冲罐和去氢分析仪；

换热器内设有相互间隔的第一密封腔和第二密封腔，反应器内设有相互间隔的第三密封腔和第四密封腔；

原料罐、过滤器、换热器的第一密封腔和反应器的第三密封腔的一端依次相连通；

反应器的第三密封腔的另一端、换热器的第二密封腔、冷却器、第一缓冲罐、变压吸附系统、第二缓冲罐和去氢分析仪依次相连通；

反应器的第四密封腔、空气泵和电加热器依次相连通形成一个循环加热系统；

变压吸附系统包括并联的第一变压吸附装置、第二变压吸附装置、第三变压吸附装置和第四变压吸附装置，第一变压吸附装置、第二变压吸附装置、第三变压吸附装置和第四变压吸附装置通过管道相互连通，第一变压吸附装置、第二变压吸附装置、第三变压吸附装置和第四变压吸附装置之间的管道上均设有电磁阀。

优选的，第二缓冲罐与反应器的第三密封腔之间设有回流管道。

优选的，换热器的第一密封腔和反应器的第三密封腔的一端之间设有计量泵。

优选的，反应器的第四密封腔和空气泵之间设有第一温度报警排压装置，反应器的第四密封腔和电加热器之间设有第二温度报警排压装置，反应器上设有与第四密封腔相连通的第三温度报警排压装置。

优选的，反应器包括进风口、主体和出风口，进风口设置在主体的底部，出风口设置在主体的顶部，主体内设有密封反应腔和贯通密封反应腔且不与密封反应腔相连通的热风管，热风管的一端延伸至进风口内，热风管的另一端延伸至出风口内，密封反应腔内设有触媒支持板；主体的设有与触媒支持板相应的触媒加卸口，主体侧面的上部设有与密封反应腔相连通的出气管，主体侧面的下部设有与密封反应腔相连通的进料管；其中，密封反应腔为反应器的第三密封腔，进风口、热风管和出风口组成了反应器的第四密封腔，进风口内设有导流板，导流板上设有导流孔。

通过上述技术方案，反应器的第四密封腔、空气泵和电加热器依次相连通形成一个循环加热系统，无需导热油供热，降低了加热成本，节能环保，第一变压吸附装置、第二变压吸附装置、第三变压吸附装置和第四变压吸附装置之间的管道上均设有电磁阀，采用电控，不需要不间断气源控制阀体，该甲醇制氢设备采用一体化设计，简化了整体结构，缩小了占地面积。

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为本发明所公开的一种甲醇制氢设备的结构示意图；

图2为本发明所公开的一种甲醇制氢设备的变压吸附系统的结构示意图；

图3为本发明所公开的一种甲醇制氢设备的反应器的结构示意图；

图4为本发明所公开的一种甲醇制氢设备的导流板的俯视结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.原料罐 2.过滤器 3.换热器 4.反应器 41.第一温度报警排压装置 42.第二温度报警排压装置 43.第三温度报警排压装置 44.进风口 441.导流板 442.导流孔 45.主体 451.密封反应腔 452.热风管 453.触媒支持板 454.触媒加卸口 455.出气管 456.进料管 46.出风口 5.空气泵 6.电加热器 7.冷却器 8.第一缓冲罐 9.变压吸附系统 91.第一变压吸附装置 92.第二变压吸附装置 93.第三变压吸附装置 94.第四变压吸附装置10.第二缓冲罐 11.去氢分析仪 100.回流管道 200.计量泵。

具体实施方式

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作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。

下面结合示意图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种甲醇制氢设备，包括原料罐1、过滤器2、换热器3、反应器4、空气泵5、电加热器6、冷却器7、第一缓冲罐8、变压吸附系统9、第二缓冲罐10和去氢分析仪11。

换热器3内设有相互间隔的第一密封腔和第二密封腔，反应器4内设有相互间隔的第三密封腔和第四密封腔。

原料罐1、过滤器2、换热器3的第一密封腔和反应器4的第三密封腔的一端依次相连通。

反应器4的第三密封腔的另一端、换热器3的第二密封腔、冷却器7、第一缓冲罐8、变压吸附系统、第二缓冲罐10和去氢分析仪11依次相连通。

反应器4的第四密封腔、空气泵5和电加热器6依次相连通形成一个循环加热系统，无需导热油供热，降低了加热成本，节能环保，反应器4的第四密封腔和空气泵5之间设有第一温度报警排压装置41，反应器4的第四密封腔和电加热器6之间设有第二温度报警排压装置42，反应器4上设有与第四密封腔相连通的第三温度报警排压装置43，通过第一温度报警排压装置41、第二温度报警排压装置42和第三温度报警排压装置43的配合，防止了压力过大的情况出现，增长了循环加热系统的使用寿命和安全性。

第二缓冲罐10与反应器4的第三密封腔之间设有回流管道100，氢气没有达到标准时，回流管道100就会将氢气输回反应器4的第三密封腔内，进行二次提纯。

换热器3的第一密封腔和反应器4的第三密封腔的一端之间设有计量泵200，通过计量泵200控制原料的输入量。

该甲醇制氢设备的工作原理：原料罐1内注入混配好的甲醇及脱盐水，经计量泵200输出后进入换热器3，在换热器3中原料液与分解气进行热交换后形成混合气体，混合气体进入反应器4，反应温度为220℃～280℃，在催化剂的作用下同时发生下列分解和变换反应：

总反应：CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂+49.5kj/mol

总反应是吸热的，反应器4所需的热量由电加热器6及循环加热系统提供。从反应器4出来的分解气(主要是氢气和二氧化碳气体)在换热器3中与进料进行热交换后，再经过冷却，然后输出到变压吸附系统9，在变压吸附系统9中，氢气与二氧化碳进行分离，氢气纯度可达到99.99％，然后提供给用户使用。

其中，由于总体反应为吸热反应，就必须对反应器4进行加热，热量是由电加热器6提供。

如图2所示，变压吸附系统9包括并联的第一变压吸附装置91、第二变压吸附装置92、第三变压吸附装置93和第四变压吸附装置94，第一变压吸附装置91、第二变压吸附装置92、第三变压吸附装置93和第四变压吸附装置94通过管道相互连通，第一变压吸附装置91、第二变压吸附装置92、第三变压吸附装置93和第四变压吸附装置94之间的管道上均设有电磁阀，采用电控，不需要不间断气源控制阀体，该甲醇制氢设备采用一体化设计，简化了整体结构，缩小了占地面积。

变压吸附系统9的工作原理：变压吸附我公司采用四塔二次均压工艺，通过第一变压吸附装置91、第二变压吸附装置92、第三变压吸附装置93和第四变压吸附装置94和二十四个电磁阀门的不同状态分别对原料气进行吸附，实现不间断的制取纯净的氢气。氢气中的其它杂质通过解析气管道排出，进入甲醇氧化供热系统。首先第一变压吸附装置91进行吸附，第二变压吸附装置92进行逆放，将已吸附的杂质解吸出来，第三变压吸附装置93和第四变压吸附装置94分别为一均、二充，使第三变压吸附装置93和第四变压吸附装置94的压力平衡。此时，第二变压吸附装置92进行冲洗，进一步排放解吸的杂质，第三变压吸附装置93进行顺放，对第二变压吸附装置92进行冲洗，第四变压吸附装置94进行终充，用产品气对第四变压吸附装置94进行补充，最后第二变压吸附装置92进行一充，不再排放。第三变压吸附装置93进行二均，进一步对第二变压吸附装置92进行补充，第三变压吸附装置93和第二变压吸附装置92的压力平衡，第四变压吸附装置94继续进行终充。再次第四变压吸附装置94进行吸附，再次是第二变压吸附装置92进行吸附，最后是第三变压吸附装置93进行吸附，然后又是第一变压吸附装置91进行吸附，依此类推，循环工作。

当任何一变压吸附装置在吸附状态时，通过分子筛吸附层的混合气的二氧化碳被吸收，纯净的氢气通过顶部管道到达储气罐。

其中，变压吸附技术是以吸附剂内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加、减压下吸附量减少的特性，将原料气在压力下通过吸附剂床层，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点组分的氢不易吸附而通过吸附剂床层，达到氢和杂质组分的分离。然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生，以利于再次进行杂质的吸附分离。如图3和图4所示，反应器4包括进风口44、主体45和出风口46，进风口44设置在主体45的底部，出风口46设置在主体45的顶部，主体45内设有密封反应腔451和贯通密封反应腔451且不与密封反应腔451相连通的热风管452，热风管452的一端延伸至进风口44内，热风管452的另一端延伸至出风口46内，密封反应腔451内设有触媒支持板453；主体45的设有与触媒支持板453相应的触媒加卸口454，主体45侧面的上部设有与密封反应腔451相连通的出气管455，主体45侧面的下部设有与密封反应腔451相连通的进料管456，其中，密封反应腔451为反应器4的第三密封腔，进风口44、热风管452和出风口46组成了反应器4的第四密封腔，确保了加热效果的同时，防止了空气与原料相接触，进风口44内设有导流板441，导流板441上设有导流孔442，经过电加热器6对空气进行加热后，直接将加热后的空气输送至进风口44内，加热后的空气经过导流板441时会增加流速，并且导流孔442会限制流动方向，防止了空气产生涡流，使空气匀速匀质的进行流动，进一步确保了该循环加热系统能达到导热油加热系统的加热标准。

以上就是一种甲醇制氢设备的结构特点和工作原理，其优点：无需导热油供热，降低了加热成本，节能环保，不需要不间断气源控制阀体，一体化设计，简化了整体结构，缩小了占地面积。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种甲醇制氢设备，其特征在于，包括原料罐(1)、过滤器(2)、换热器(3)、反应器(4)、空气泵(5)、电加热器(6)、冷却器(7)、第一缓冲罐(8)、变压吸附系统(9)、第二缓冲罐(10)和去氢分析仪(11)；

换热器(3)内设有相互间隔的第一密封腔和第二密封腔，反应器(4)内设有相互间隔的第三密封腔和第四密封腔；

原料罐(1)、过滤器(2)、换热器(3)的第一密封腔和反应器(4)的第三密封腔的一端依次相连通；

反应器(4)的第三密封腔的另一端、换热器(3)的第二密封腔、冷却器(7)、第一缓冲罐(8)、变压吸附系统、第二缓冲罐(10)和去氢分析仪(11)依次相连通；

反应器(4)的第四密封腔、空气泵(5)和电加热器(6)依次相连通形成一个循环加热系统；

变压吸附系统(9)包括并联的第一变压吸附装置(91)、第二变压吸附装置(92)、第三变压吸附装置(93)和第四变压吸附装置(94)，第一变压吸附装置(91)、第二变压吸附装置(92)、第三变压吸附装置(93)和第四变压吸附装置(94)通过管道相互连通，第一变压吸附装置(91)、第二变压吸附装置(92)、第三变压吸附装置(93)和第四变压吸附装置(94)之间的管道上均设有电磁阀；

反应器(4)的第四密封腔和空气泵(5)之间设有第一温度报警排压装置(41)，反应器(4)的第四密封腔和电加热器(6)之间设有第二温度报警排压装置(42)，反应器(4)上设有与第四密封腔相连通的第三温度报警排压装置(43)，反应器(4)包括进风口(44)、主体(45)和出风口(46)，进风口(44)设置在主体(45)的底部，出风口(46)设置在主体(45)的顶部，主体(45)内设有密封反应腔(451)和贯通密封反应腔(451)且不与密封反应腔(451)相连通的热风管(452)，热风管(452)的一端延伸至进风口(44)内，热风管(452)的另一端延伸至出风口(46)内，密封反应腔(451)内设有触媒支持板(453)；主体(45)的设有与触媒支持板(453)相应的触媒加卸口(454)，主体(45)侧面的上部设有与密封反应腔(451)相连通的出气管(455)，主体(45)侧面的下部设有与密封反应腔(451)相连通的进料管(456)；其中，密封反应腔(451)为反应器(4)的第三密封腔，进风口(44)、热风管(452)和出风口(46)组成了反应器(4)的第四密封腔，进风口(44)内设有导流板(441)，导流板(441)上设有导流孔(442)。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇制氢设备，其特征在于，第二缓冲罐(10)与反应器(4)的第三密封腔之间设有回流管道(100)。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇制氢设备，其特征在于，换热器(3)的第一密封腔和反应器(4)的第三密封腔的一端之间设有计量泵(200)。

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