CN111620304A - 一种氢气制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。本发明所述的一种氢气制备方法，通过高温反应制取氢气，反应的剩余物少，并利用增压挤出液态氢气，避免氢气中混合杂质，制取高效快捷。
Description
技术领域
本发明涉及氢气制备领域，特别涉及一种氢气制备方法。
背景技术
在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，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是二氧化碳和二氧化硫，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。
用氢作为汽车燃料，不仅干净，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作多大的改进。
氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。
另外，使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。
现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4％的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氢新方法。而用甲醇、水重整制氢可减少化工生产中的能耗和降低成本，有望替代被称为“电老虎”的“电解水制氢”的工艺，利用先进的甲醇蒸气重整──变压吸附技术制取纯氢和富含CO2的混合气体，经过进一步的后处理，可同时得到氢气和二氧化碳气。
甲醇与水蒸气在一定的温度、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，再经过变压吸附法(PSA)或钯膜分离将H2和CO2分离，得到高纯氢气。变压吸附法的耗能高、设备大，且不适合小规模的氢气制备。
钯膜分离方法中，甲醇蒸汽重整过程通常使用等温反应系统，采用管式反应器，管壳中充满热载体进行换热，保持恒温反应。
然而，通常重整的最佳温度与钯膜分离的最佳温度有较大差别，通常催化剂在较低温度时效果较佳，而分离室内的钯膜分离需要较高温度，从而导致上述方法制备效率较低，现有方法没有很好解决该问题。
如中国专利CN201010130340.8揭示了一种甲醇水重整制氢的方法，以铜为主要组分的固体催化剂存在下，通过选自甲醇水比例为1∶1～3的反应物，进行重整脱氢反应制备氢气的方法。其方法为：在200～280℃，空速0.2～2h-1，压力0.1～2MPa，甲醇水比例为1∶1～3的反应物为气相或液相，通过固体催化剂，生成氢气，副产CO2和CO，甲醇转化率98％以上，CO量在2％以下。该方法仅仅保证了催化剂的低温要求，但本方案不能满足分离室的高温要求。
再如中国专利CN201010108358.8揭示了一种甲醇水蒸汽重整制氢的方法，即以甲醇和水为原料，反应温度为410-460℃，反应空速为3000-23000h-1(以气态甲醇计)，原料甲醇和水以摩尔比1∶(0.8-2.0)的条件下混合汽化后，在固定床反应器中与ZnO/ZnAl2O4催化剂接触，生成富含氢气的重整气，重整气再经钯膜分离器分离制取纯氢气体。所述ZnO/ZnAl2O4催化剂中，锌铝原子比介于>0.5∶1至2.5∶1的范围。该方法仅仅保证了分离室的高温要求，但本方案不能满足催化剂的低温要求。
此外，还有用单独原料的甲醇裂解方法制氢，但单独原料的甲醇裂解制氢与甲醇水蒸气重整制氢是两个不同原理、不同转氢效率的方案。甲醇裂解方法中，1摩尔的甲醇生成2摩尔氢气，而甲醇水蒸气重整方法中，1摩尔的甲醇生成3摩尔氢气。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种氢气制备方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
优选的，所述加热室的温度为500-1000摄氏度。
优选的，所述反应室的温度为50-80摄氏度。
优选的，所述吸附塔的温度为零下253-零下260摄氏度。
优选的，所述吸附塔的压力为1.5个大气压。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中，通过高温反应制取氢气，反应的剩余物少，并利用增压挤出液态氢气，避免氢气中混合杂质，制取高效快捷，且在利用甲烷清洁制气的基础上，进一步的减少残余物的剩余，进而为保护环境提供有力的支持。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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做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。
实施例1：
本发明涉及一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
加热室的温度为500-1000摄氏度，反应室的温度为50-80摄氏度，吸附塔的温度为零下253-零下260摄氏度，吸附塔的压力为1.5个大气压。
实施例2：
在实施例1的基础上，一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
加热室的温度为500摄氏度，反应室的温度为50摄氏度，吸附塔的温度为零下253摄氏度，吸附塔的压力为1.5个大气压。
实施例3：
在实施例1的基础上，一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
加热室的温度为600摄氏度，反应室的温度为60摄氏度，吸附塔的温度为零下254摄氏度，吸附塔的压力为1.5个大气压。
实施例4：
在实施例1的基础上，一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
加热室的温度为563摄氏度，反应室的温度为72摄氏度，吸附塔的温度为零下253摄氏度，吸附塔的压力为1.5个大气压。
实施例5：
在实施例1的基础上，一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
加热室的温度为652摄氏度，反应室的温度为63摄氏度，吸附塔的温度为零下253-零下260摄氏度，吸附塔的压力为1.5个大气压。
实施例6：
在实施例1的基础上，一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
加热室的温度为700摄氏度，反应室的温度为70摄氏度，吸附塔的温度为零下255摄氏度，吸附塔的压力为1.5个大气压。
实施例7：
在实施例1的基础上，一种氢气制备方法，包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
加热室的温度为800摄氏度，反应室的温度为56摄氏度，吸附塔的温度为零下258摄氏度，吸附塔的压力为1.5个大气压。
本发明通过高温反应制取氢气，反应的剩余物少，并利用增压挤出液态氢气，避免氢气中混合杂质，制取高效快捷，且在利用甲烷清洁制气的基础上，进一步的减少残余物的剩余，进而为保护环境提供有力的支持。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种氢气制备方法，其特征在于：包括以下加工步骤：
S1：准备水，将水放置在加热室中，将水加热至沸腾，产生水蒸气；
S2：引导水蒸气至反应室中，同时为反应室通入甲烷气体，为反应室增温，提高反应速率，产生氢气和一氧化碳；
S3：将氢气和一氧化碳的混合气体输送至水箱的底部，混合气体通过水，加热水，水与一氧化碳反应产生二氧化碳和氢气；
S4：进一步的将混合气体通入吸附塔中，降低吸附塔的温度，使氢气液化；
S5：进一步为吸附塔增压，将液态氢气由吸附塔的底部管道压出，对液体氮气进行收集储藏。
2.根据权利要求1所述的一种氢气制备方法，其特征在于：所述加热室的温度为500-1000摄氏度。
3.根据权利要求1所述的一种氢气制备方法，其特征在于：所述反应室的温度为50-80摄氏度。
4.根据权利要求1所述的一种氢气制备方法，其特征在于：所述吸附塔的温度为零下253-零下260摄氏度。
5.根据权利要求1所述的一种氢气制备方法，其特征在于：所述吸附塔的压力为1.5个大气压。
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