CN110844884A - 甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，所述分离器的反应腔内填充催化剂填料，甲醇水蒸气输入反应腔内进行催化反应，生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；所述催化剂填料内插入铌管，所述铌管适于将生成的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体内进行分离，分离成纯氢气和二氧化碳混合余气；纯氢气从铌管输出采集，二氧化碳混合余气从分离器出气口输出；所述甲醇水蒸气进行催化反应的温度为200～500℃；所述铌管分离氢气的温度为200～500℃。减少了整个制氢系统的体积，通过铌管对反应腔内甲醇水蒸气生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体进行吸氢，从而分离出的纯氢气被采集作为燃料进行使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置。
背景技术
氢能源作为21世纪最理想的能源，作为汽车燃料，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机做多大的改进。氢燃料电池作为发电系统。
无污染，燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式－－最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等)，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。
无噪声，燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合范围更广，包括室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。
高效率，燃料电池的发电效率可以达到50％以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换，因为多一次能源转化，效率就减少一次。
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和二氧化碳混合气体，再将氢气和二氧化碳混合气体送入分离装置，通过分离装置将氢气和二氧化碳混合气体中的氢气分离出来，并被采集收集。
目前的制氢系统中，重整器、氢分离装置是分体结构的，重整器只针对甲醇水蒸气进行重整，制成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体，然后氢分离装置将氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体中的氢气进行分离，分离出纯氢气和二氧化碳混合余气；目前这种重整器、氢分离装置这种分体式结构造成整个制氢系统比较庞大，比较占空间和位置。
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，提供一种甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，解决以为制氢系统中重整器与分离装置为分体式结构，造成系统机构庞大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔，适于为反应腔提供反应温度；所述反应器包括进气口和出气口；
所述反应腔内填充催化剂填料，甲醇水蒸气从进气口输入反应腔内进行催化反应，生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；
所述反应腔的催化剂填料内插入吸氢管，所述吸氢管适于将生成的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体内进行分离，分离成纯氢气和二氧化碳混合余气；纯氢气从吸氢管出口输出采集，二氧化碳混合余气从分出气口输出。
进一步的，所述吸氢管为铌管，所述催化剂填料包括内层催化填料和外层催化填料，所述铌管插入内层催化填料中，所述外层催化填料包裹内层催化填料；
所述内层填料为铜基填料，所述外层填料为锆基填料；
所述甲醇水蒸气进行催化反应的温度为200～500℃，所述铌管分离氢气时的温度为200～500℃。
进一步的，所述吸氢管为钯膜管或者钯合金膜管，所述催化剂填料包括内层催化填料和外层催化填料，所述铌管插入内层催化填料中，所述外层催化填料包裹内层催化填料；
所述内层填料为铜基填料，所述外层填料为锆基填料；
所述甲醇水蒸气进行催化反应的温度为200～500℃，所述钯膜管或者钯合金膜管分离氢气时的温度为250～550℃。
进一步的，所述氢气、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；
所述二氧化碳混合余气的气相组分为氢气25～45％、二氧化碳55～75％、0.3～3％一氧化碳以及水0～3％。
本发明的有益效果是：
本发明的甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，将甲醇水蒸气的催化反应与氢气分离在同一个反应腔内实现，优化整个制氢系统的布局结构，通过吸氢管对反应腔内甲醇水蒸气生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体进行吸氢，从而分离出的纯氢气被采集作为燃料进行使用。
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是本发明甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置示意图；
其中，1、吸氢管，2、催化剂填料，21A、内层填料，21B、外层填料，3、加热腔。
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，一种甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔3，适于为反应腔提供反应温度；所述反应器包括进气口和出气口；
所述反应腔内填充催化剂填料2，甲醇水蒸气从进气口输入反应腔内进行催化反应，生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；
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)
所述反应腔的催化剂填料2内插入吸氢管1，所述吸氢管1适于将生成的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体内进行分离，分离成纯氢气和二氧化碳混合余气；纯氢气从吸氢管1出口输出采集，二氧化碳混合余气从分出气口输出。
具体的，本实施例中，吸氢管1为铌管，所述催化剂填料2包括内层催化填料和外层催化填料，所述铌管插入内层催化填料中，所述外层催化填料包裹内层催化填料；所述内层填料21A为铜基填料，所述外层填料21B为锆基填料；所述甲醇水蒸气进行催化反应的温度为200～500℃，所述铌管分离氢气时的温度为200～500℃。金属铌膜作为一种很好的氢分离材料，价格相对便宜，金属铌渗透性高。对于金属铌氢分离原理可以具体参照西南科技大学研究生学位论文《金属铌的渗氢行为研究》，该文中对金属铌分离氢气进行系统全面的介绍，网址：http://www.doc88.com/p-2981793412988.html。
具体的，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；所述二氧化碳混合余气的气相组分为氢气25～45％、二氧化碳55～75％、0.3～3％一氧化碳以及水0～3％。
本实施中，选用铌管在反应腔内来进行分离氢气，内层选用铜基，适应温度低，外层选用锆基，适应温度高，反应腔内作业的时候，由外向内具有温度梯度，内外两侧填料配合，可以降低甲醇水蒸气收率的同时提升氢气收率。
甲醇水蒸气催化与吸氢管1吸氢可以在同一个反应腔内实现，避免将以往需要将制氢系统做的庞大、复杂。
作业时，将甲醇水加热生成甲醇水蒸气，然后将甲醇水蒸气输入反应腔内，甲醇水蒸气在反应腔内与外层铜基催化填料进行反应，反应温度在200～500℃生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；然后这部分气体再与内层的锆基催化填料反应，分离出纯氢气和二氧化碳混合余气。
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，将吸氢管1改为钯膜管或者钯合金膜管，吸氢管1为钯膜管或者钯合金膜管，所述催化剂填料2包括内层催化填料和外层催化填料，所述铌管插入内层催化填料中，所述外层催化填料包裹内层催化填料；所述内层填料21A为铜基填料，所述外层填料21B为锆基填料；所述甲醇水蒸气进行催化反应的温度为200～500℃，所述钯膜管或者钯合金膜管分离氢气时的温度为250～550℃。
作业时，将甲醇水加热生成甲醇水蒸气，然后将甲醇水蒸气输入反应腔内，甲醇水蒸气在反应腔内与外层铜基催化填料进行反应，反应温度在200～500℃生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；然后这部分气体再与内层的锆基催化填料反应，温度为250～550℃，分离出纯氢气和二氧化碳混合余气。
本发明的氢气分离器，由于将甲醇水蒸气催化反应与吸氢管1吸氢反应都在一个反应器内进行，因此，可以做成的制氢装置可以变的很小，适于装载在氢能源车上作为燃料电池进行使用。
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 (4)
1.一种甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，其特征是，包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔，适于为反应腔提供反应温度；所述反应器包括进气口和出气口；
所述反应腔内填充催化剂填料，甲醇水蒸气从进气口输入反应腔内进行催化反应，生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；
所述反应腔的催化剂填料内插入吸氢管，所述吸氢管适于将生成的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体内进行分离，分离成纯氢气和二氧化碳混合余气；纯氢气从吸氢管出口输出采集，二氧化碳混合余气从分出气口输出。
2.根据权利要求1所述的甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，其特征是，所述吸氢管为铌管，所述催化剂填料包括内层催化填料和外层催化填料，所述铌管插入内层催化填料中，所述外层催化填料包裹内层催化填料；
所述内层填料为铜基填料，所述外层填料为锆基填料；
所述甲醇水蒸气进行催化反应的温度为200～500℃，所述铌管分离氢气时的温度为200～500℃。
3.根据权利要求1所述的甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，其特征是，所述吸氢管为钯膜管或者钯合金膜管，所述催化剂填料包括内层催化填料和外层催化填料，所述铌管插入内层催化填料中，所述外层催化填料包裹内层催化填料；
所述内层填料为铜基填料，所述外层填料为锆基填料；
所述甲醇水蒸气进行催化反应的温度为200～500℃，所述钯膜管或者钯合金膜管分离氢气时的温度为250～550℃。
4.根据权利要求2或3所述的甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置，其特征是，所述氢气、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；
所述二氧化碳混合余气的气相组分为氢气25～45％、二氧化碳55～75％、0.3～3％一氧化碳以及水0～3％。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CA2458314A1 (en) * | 1997-10-15 | 1999-04-22 | Idatech Llc | Steam reformer with internal hydrogen purification |
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