CN110759316A - 重整分离一体式反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种重整、分离一体式反应装置，包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔，所述反应腔包括上反应腔和下反应腔，所述上反应腔和下反应腔连通，所述上反应腔填充第一催化填料，所述下反应腔内填充第二催化填料；所述上反应腔开设第一进口以及第一出口，所述上反应腔内插入吸氢管，所述吸氢管对于上反应腔内的混合气体进行吸氢分离，并将吸附的氢气从吸氢管输出；所述下反应腔开设有用于输入氢气混合余气的第二进口。实现甲醇水重整装置、氢分离装置、水煤气重整器一体化，优化整个制氢系统的布局结构。

Description

重整分离一体式反应装置
技术领域
本发明涉及一种重整分离一体式反应装置。
背景技术
目前的制氢系统是一个比较庞大的系统工程，如在中国在先申请专利-专利号为：201420661615.4，专利名称为：甲醇水制氢机，在该专利中介绍的制氢系统为，先将甲醇水汽化为甲醇水蒸气，然后将甲醇水蒸气送入重整器生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体(氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分为65～75％氢气、20～26％二氧化碳、0.3-3％一氧化碳；)，再将氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体送入氢分离装置，通过氢分离装置将氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体中的氢气分离出来，并被采集收集。分离出来的二氧化碳混合气体的气相组分包括氢气25～45％、二氧化碳55～75％、0.3-3％一氧化碳以及水0～3％，对于二氧化碳混合气体仍然含有一定量的氢气、二氧化碳，因此只要对二氧化碳混合气体进行重整，这部分混合气仍然可以再次进入氢分离装置内进行氢分离，实现对二氧化碳混合气体的循环利用。
目前想到的操作办法是：控制二氧化碳混合气体的压力和温度，液化出一部分二氧化碳，然后剩余的就是氢气混合余气，氢气混合余气的组分为氢气65～75％、二氧化碳20～26％、一氧化碳3～9％，控制氢气混合余气孔二氧化碳组分含量在20～26％，与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体中二氧化碳含量先对应，然后再将氢气混合余气进行水煤气配水重整，生成重整混合气，重整混合气的气相组分为氢气62～77％、二氧化碳22～27％、一氧化碳0.5～1.5％；降低氢气混合余气中一氧化碳的含量，增加氢气组分含量至62～77％，从而使重整混合气气相组分与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分相对应，由于组分对应，因此，重整混合气可以再次进入氢分离装置循环进行氢气分离。
以上是对于目前制氢系统介绍，目前的制氢系统中，甲醇水蒸气的重整器、氢分离装置、水煤气重整是三个独立的设备，三个设备之间需要通过管路进行连接，造成整个制氢系统庞杂，也造成制氢系统的制氢效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种重整、分离一体式反应装置，解决以往甲醇水蒸气的重整器、氢气分离、水煤气重整是三个独立的设备，致使制氢系统庞杂的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种重整、分离一体式反应装置，包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔，所述反应腔包括上反应腔和下反应腔，所述上反应腔和下反应腔连通，所述上反应腔填充第一催化填料，所述下反应腔内填充第二催化填料；
所述上反应腔开设用于输入甲醇水蒸气的第一进口以及用于输出二氧化碳混合余气的第一出口，所述上反应腔内插入吸氢管，所述吸氢管对于上反应腔内的混合气体进行吸氢分离，并将吸附的氢气从吸氢管输出；所述下反应腔开设有用于输入氢气混合余气的第二进口。
进一步的，所述吸氢管为铌管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔作业的温度为200～500℃。
进一步的，所述吸氢管为钯膜管或钯合金膜管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔作业的温度为250～550℃。
本发明的有益效果是：
提供一种重整、分离一体式反应装置，将甲醇水蒸气重整、混合气体进行吸氢分离、氢气混合余气重整都集成在一个反应腔、同一个作业温度下进行，实现甲醇水重整装置、氢分离装置、水煤气重整器一体化，优化整个制氢系统的布局结构。
一方面，制氢是无害的，零态排放；另一方面，把二氧化碳减排做成甲醇，温室气体变成有用的甲醇液态燃料，拿甲醇液态燃料来做加氢站，太阳燃料的来源非常丰富，光、风、水、核能都可以，二氧化碳加氢制甲醇，甲醇可以运输，储存与运输都不是问题。整体来看就解决了制、储、运、装等问题，
第一，液态阳光加氢站解决了高压加氢站的安全问题；第二，解决了氢的储存、运输、安全问题；第三，氢可以作为再生能源，实现全流程清洁的目标；第四，液态阳光加氢站可以回收二氧化碳，实现二氧化碳减排，不再进一步产生二氧化碳，二氧化碳就一直在那里边循环；第五，液态阳光加氢站技术还可以扩展到其他的化学合成领域，也可以用在化学加氢上；第六，可以与加油站、加甲醇站多元共站。特别适合社区分布式热电联用的能源供给和现行的加油站。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明重整、分离一体式反应装置示意图；
其中，31、上反应腔，32、下反应腔，33、加热腔，34、吸氢管。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例一
如图1所示，一种重整、分离一体式反应装置，包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔33，所述反应腔包括上反应腔31和下反应腔32，所述上反应腔31和下反应腔32连通，所述上反应腔31填充第一催化填料，所述下反应腔32内填充第二催化填料。
所述上反应腔31开设用于输入甲醇水蒸气的第一进口以及用于输出二氧化碳混合余气的第一出口，所述上反应腔31内插入吸氢管34，所述吸氢管34对于上反应腔31内的混合气体进行吸氢分离，并将吸附的氢气从吸氢管34输出；所述下反应腔32开设有用于输入氢气混合余气的第二进口。
本实施例中，吸氢管34为铌管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔33作业的温度为200～500℃。加热腔33的温度同时适应铌管、第一催化填料、第二催化填料的作业温度，因此，可以将甲醇水蒸气重整反应、混合气体进行吸氢分离、氢气混合余气重整反应都集成在一个反应腔，将以往三个设备的做成了现在一个设备，使做成的制氢系统结构更加优化。
作业时，甲醇水制成甲醇水蒸气，然后从第一进口进入上反应腔31内，加热腔33控制上反应腔31、下反应腔32以及铌管的作业温度，三者作业温度处于同一区间，因此可以将三者功能集成在一个设备上；甲醇水蒸气与第一催化填料反应生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体，甲醇水蒸气在对应的温度和催化剂填料下进行催化反应，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统；
反应方程为：CH3OH→CO+2H2(可逆反应)；
H2O+CO→CO2+H2(可逆反应)；
CH3OH+H2O→CO2+3H2(可逆反应)；
2CH3OH→CH3OCH3+H2O(副反应)；
CO+3H2→CH4+H2O(副反应)；
氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分为氢气65～75％、二氧化碳20～26％、0.3～3％一氧化碳；
铌管对氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体中的氢气进行分离，分离的纯氢气从铌管输出被采集，然后二氧化碳混合余气从第一出口输出；
二氧化碳混合余气的气相组分为氢气25～45％、二氧化碳55～75％、水0～3％、0.3～3％一氧化碳；
二氧化碳混合余气经过二氧化碳液化分离之后会获得氢气混合余气，氢气混合余气的组分为氢气65～75％、二氧化碳20～26％、一氧化碳3～9％；
然后这部分氢气混合余气从第二进口进入下反应腔32内进行水煤气重整，水煤气重整反应公式为：CO+H2O→CO2+H2；
将送入的氢气混合余气在水煤气重整腔内配水重整成重整混合气，所述重整混合气的气相组分为氢气62～77％、二氧化碳22～27％、一氧化碳0.5～1.5％；
以使所述重整混合气中氢气、二氧化碳、一氧化碳的比例，与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体中氢气、二氧化碳、一氧化碳的比例相对应；
重整混合气再进入上反应腔31内，重整混合气与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体仪器混合，铌管继续保持吸氢分离制备的纯氢气。
实施例二
本实施例基于实施例一，但不同于实施例一，区别在于，吸氢管34为钯膜管或钯合金膜管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔33作业的温度为250～550℃。本实施例中的重整、分离一体式反应装置工作过程与实施例一中相同，只是工作温度有所调整。
综上所述，本发明的重整、分离一体式反应装置，将甲醇水蒸气重整、混合气体进行吸氢分离、氢气混合余气重整都集成在一个反应腔、同一个作业温度下进行，使实现甲醇水重整装置、氢分离装置、水煤气重整器一体化，优化整个制氢系统的布局结构。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种重整、分离一体式反应装置，其特征是，包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔，所述反应腔包括上反应腔和下反应腔，所述上反应腔和下反应腔连通，所述上反应腔填充第一催化填料，所述下反应腔内填充第二催化填料；
所述上反应腔开设用于输入甲醇水蒸气的第一进口以及用于输出二氧化碳混合余气的第一出口，所述上反应腔内插入吸氢管，所述吸氢管对于上反应腔内的混合气体进行吸氢分离，并将吸附的氢气从吸氢管输出；所述下反应腔开设有用于输入氢气混合余气的第二进口。
2.根据权利要求1所述的重整、分离一体式反应装置，其特征是，所述吸氢管为铌管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔作业的温度为200～500℃。
3.根据权利要求1所述的重整、分离一体式反应装置，其特征是，所述吸氢管为钯膜管或钯合金膜管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔作业的温度为250～550℃。
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