CN112093777B - 一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法，所述甲醇制氢装置包括反应部及加热部，反应部与加热部在结构上互相嵌套连接；在所述反应部与所述加热部内还设有温度检测装置及流量控制装置。不仅实现了在甲醇制氢过程中对温度的精确控制，并且控制了装置的总体积，使其结构紧凑、易于移动。

Description

一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法。

背景技术

甲醇制氢发电是一个将化学能转变为电能的过程，甲醇是一种常用的化工原料，简便易得，并且最终产物为二氧化碳和水，环境友好，是一种较为理想的发电方式。工业上为减少化工生产中的能耗和降低成本，一般利用甲醇蒸气重整—变压吸附技术制取纯氢和富含二氧化碳的混合气体，通过控制反应温度或反应压强来控制反应速率，经过进一步的后处理，可同时得到氢气和二氧化碳气；由于其氢收率高，能量利用合理，过程控制简单，便于工业操作而更多地被采用。

但是目前市场上的甲醇制氢装置仍然存在一定的缺陷：其一般为大型装置，移动不便；且对于温度无法达到精确地控制的目的，使得制氢反应的过程效率较低。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法，以实现在甲醇制氢过程中对温度的精确控制，并控制装置的总体积，使其结构紧凑易于移动。

为达到上述目的，本发明提出了如下技术方案：

一种甲醇制氢装置，包括反应部及为所述反应部提供热源的加热部，优选地，所述反应部与所述加热部在结构上互相嵌套连接；在所述反应部与所述加热部内还设有温度检测装置及流量控制装置。

优选地，所述反应部包括依次连接的制氢甲醇输送泵、螺旋蒸发器、甲醇蒸汽加热仓、甲醇蒸汽出气筒、蒸汽单向控制器、制氢反应釜下室、甲醇制氢催化剂仓、制氢反应釜上室及氢气出口；所述甲醇制氢催化剂仓内装有甲醇制氢催化剂。

优选地，所述加热部包括供风风机、供风管道、甲醇燃烧杯、电子点火器、燃料甲醇输送泵、燃烧器、燃烧室、高温气体通道、催化剂加热仓、及尾气排出口。

优选地，所述温度检测装置包括设置在所述燃烧室的第一温度传感器、设置在所述甲醇制氢催化剂仓的第二温度传感器、设置于所述甲醇蒸汽出气筒内的第三温度传感器。

最好，所述流量控制装置包括与所述制氢甲醇输送泵相连的第一单向阀、与所述燃料甲醇输送泵相连的第二单向阀。

最好，所述燃烧室与燃烧器上下连接并设置于中部，所述燃料甲醇输送泵、燃烧杯及所述电子点火器均安装于所述燃烧器内；所述供风风机与所述燃烧器连接。

优选地，所述螺旋蒸发器与所述燃料甲醇输送泵连接，且嵌套于所述燃烧器外侧；所述甲醇制氢催化剂仓分散分布于所述催化剂加热仓中。

最好，还包括设置于最外部的保温层；所述氢气出口与所述尾气排出口分别开口于所述保温层的顶部中央与侧面上部。

一种如上所述的甲醇制氢装置制备氢气的方法，包括以下步骤：

启动燃料甲醇输送泵及供风风机，将空气及燃料甲醇输送至甲醇燃烧杯；

启动电子点火器，使得燃料甲醇在燃烧器及燃烧室中燃烧；

将加热后的高温气体通过高温气体通道输送到催化剂加热仓，对甲醇制氢催化剂仓进行加热，加热后的尾气由尾气排放口排出；

启动制氢甲醇输送泵及第一单向阀，向甲醇螺旋蒸发器输送甲醇并使其蒸发为甲醇蒸汽；

将甲醇蒸汽输送到甲醇蒸汽加热仓继续加热，经过蒸汽单向控制器进入制氢反应釜下室直至充满，而后沿甲醇制氢催化剂仓自下而上升至制氢反应釜上室；

由甲醇制氢催化剂催化高温甲醇蒸汽分解为氢气和二氧化碳，并由氢气出口排出，完成甲醇制氢的过程。

最好，由设置于燃烧室的第一温度传感器检测燃烧温度，同时调整第二单向阀及供风风机，以使燃烧达到最佳效果；由设置于甲醇制氢催化剂仓的第二温度传感器检测甲醇制氢催化剂仓的温度，当达到预定数值时启动制氢甲醇输送泵并调整第一单向阀；由设置于甲醇蒸汽出气筒内的第三温度传感器检测甲醇蒸汽温度，并对制氢甲醇输送泵的流量、燃料甲醇输送泵的流量以及供风风机的风量进行调整，使其达到最佳效果。

与现有技术相比，本发明所述的一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法，其优点在于：

(1)、装置结构紧凑便于移动，灵活便利适用范围广，且可以减小其体积以作为氢燃料电池的氢气源。

(2)、在控制器的控制下燃料进入燃烧器并在燃烧器和燃烧室内燃烧，产生的高温在加热螺旋蒸螺旋发器和甲醇蒸汽加热仓。同时产生的高温气体进入催化剂加热仓也在给甲醇制氢催化剂进行加热，显著的提高燃烧热量利用率。

(3)、各检测部位都安装有相应温度传感器，并分别对其相应区域进行精确的检测和控制使其达到最佳效果，使得制氢反应过程稳定可靠，连续高效。

附图说明

图1是本发明中一种优选实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明中一种优选实施例的截面结构示意图；

其中，1-氢气出口；2-制氢反应釜上室；3-第一温度传感器；4-第二温度传感器；5-甲醇蒸汽出气筒；6-燃烧室；7-燃烧器；8-蒸汽单向控制器；9-甲醇制氢催化剂；10-第三温度传感器；11-制氢甲醇输送泵；12-第一单向阀；13-燃料甲醇输送泵；14-第二单向阀；15-甲醇燃烧杯；16-电子点火器；17-供风风机；18-供风管道；19-制氢反应釜下室；20-螺旋蒸发器；21-高温气体通道；22-甲醇制氢催化剂仓；23-催化剂加热仓；24-甲醇蒸汽加热仓；25-尾气排出口；26-保温层。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

参照图1-图2，在一种优选实施例中，公开了一种甲醇制氢装置，包括反应部及为所述反应部提供热源的加热部，所述反应部与所述加热部在结构上互相嵌套连接；在所述反应部与所述加热部内还设有温度检测装置及流量控制装置。

进一步地，所述反应部包括依次连接的制氢甲醇输送泵11、螺旋蒸发器20、甲醇蒸汽加热仓24、甲醇蒸汽出气筒5、蒸汽单向控制器8、制氢反应釜下室19、甲醇制氢催化剂仓22、制氢反应釜上室2及氢气出口1；所述甲醇制氢催化剂仓22内装有甲醇制氢催化剂9。

进一步地，所述加热部包括供风风机17、供风管道18、甲醇燃烧杯15、电子点火器16、燃料甲醇输送泵13、燃烧器7、燃烧室6、高温气体通道21、催化剂加热仓23、及尾气排出口25。

进一步地，所述温度检测装置包括设置在所述燃烧室6的第一温度传感器3、设置在所述甲醇制氢催化剂仓22的第二温度传感器4、设置于所述甲醇蒸汽出气筒5内的第三温度传感器10。

进一步地，所述流量控制装置包括与所述制氢甲醇输送泵11相连的第一单向阀12、与所述燃料甲醇输送泵13相连的第二单向阀14。

具体地，所述燃烧室6与燃烧器7上下连接并设置于中部，所述燃料甲醇输送泵13、燃烧杯及所述电子点火器16均安装于所述燃烧器7内；所述供风风机17与所述燃烧器7连接。

具体地，所述螺旋蒸发器20与所述燃料甲醇输送泵13连接，且嵌套于所述燃烧器7外侧；所述甲醇制氢催化剂仓22分散分布于所述催化剂加热仓23中。

具体地，还包括设置于最外部的保温层26；所述氢气出口1与所述尾气排出口25分别开口于所述保温层26的顶部中央与侧面上部。

在本申请的一种优选实施例当中，还包含了与上述甲醇制氢装置所对应的制备氢气的方法，包括以下步骤：

在控制器的控制下，启动电子点火器16使其放电点火，启动供风风机17通过供风管道18将空气输送至燃烧器7和燃烧室6，使其有足够量的氧气保证其良好燃烧。

控制器启动燃料甲醇输送泵13通过第二单向阀14将燃料甲醇输送到甲醇燃烧杯15上在电子点火器16上点燃在燃烧器7和燃烧室6中燃烧，通过第一温度传感器3检测燃烧室6内的燃烧状况和燃烧温度，通过微电脑控制器根据已设定温度数值，优选为240-300摄氏度，对燃料甲醇输送泵13和供风风机17进行调整使其达到最佳效果。

加热后的高温气体通过高温气体通道21输送到催化剂加热仓23对甲醇制氢催化剂仓22进行加热，加热后的尾气由尾气排放口排出。

微电脑控制器通过第二温度传感器4检测达到设定温度数值，优选为240-300摄氏度，制氢甲醇输送泵11启动通过第一单向阀12向甲醇螺旋蒸发器20输送甲醇使其蒸发。

蒸发后输送到甲醇蒸汽加热仓24继续加热后经过蒸汽单向控制器8进入制氢反应釜下室19，当高温甲醇蒸汽充满氢反应釜下室后，高温甲醇蒸汽沿着甲醇制氢催化剂仓22由下而上上升至制氢反应釜上室2，经过甲醇制氢催化剂9的催化，高温甲醇蒸汽分解成氢气和二氧化碳，并由氢气出口1排出，完成甲醇制氢的过程。

第三温度传感器10检测甲醇蒸汽温度是否达到设定温度，优选为240-300摄氏度，并且通过微电脑控制器对制氢甲醇输送泵11的流量，燃料甲醇输送泵13的流量，以及供风风机17的风量进行调整，使其达到最佳效果。

与现有技术相比，本发明所述的一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法，其优点在于：

(1)、装置结构紧凑便于移动，灵活便利适用范围广，且可以减小其体积以作为氢燃料电池的氢气源。

(2)、在控制器的控制下燃料进入燃烧器并在燃烧器和燃烧室内燃烧，产生的高温在加热螺旋蒸螺旋发器和甲醇蒸汽加热仓。同时产生的高温气体进入催化剂加热仓也在给甲醇制氢催化剂进行加热，显著的提高燃烧热量利用率。

(3)、各检测部位都安装有相应温度传感器，并分别对其相应区域进行精确的检测和控制使其达到最佳效果，使得制氢反应过程稳定可靠，连续高效。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种甲醇制氢装置，包括反应部及为所述反应部提供热源的加热部，其特征在于，所述反应部与所述加热部在结构上互相嵌套连接且外部设有保温层；所述加热部设有的燃烧室与燃烧器上下连接并设置于中部，所述燃烧器底部设有的燃料甲醇输送泵及电子点火器；所述反应部包括若干个间隔分布在所述加热部外周的甲醇制氢催化剂仓、制氢反应釜上室、制氢反应釜下室、位于燃烧室外侧对称设置的甲醇蒸汽出气筒及甲醇蒸汽加热仓；所述加热部还包括位于所述甲醇蒸汽加热仓与所述甲醇蒸汽出气筒之间的高温气体通道；所述反应部与所述加热部内均包括控制制氢甲醇及燃料甲醇流量的流量控制装置，还设有依据温度变化调控燃料输入量的控制器。

2.根据权利要求1所述的甲醇制氢装置，其特征在于，还设有温度检测装置，包括设置在所述燃烧室的第一温度传感器、设置在所述甲醇制氢催化剂仓的第二温度传感器、设置于所述甲醇蒸汽出气筒内的第三温度传感器。

3.根据权利要求1所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述流量控制装置包括与制氢甲醇输送泵相连的第一单向阀、与燃料甲醇输送泵相连的第二单向阀。

4.根据权利要求3所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述燃料甲醇输送泵、甲醇燃烧杯及电子点火器均安装于所述燃烧器内；供风风机与所述燃烧器连接。

5.根据权利要求4所述的甲醇制氢装置，其特征在于，与所述燃料甲醇输送泵连接的螺旋蒸发器嵌套于所述燃烧器外侧；所述甲醇制氢催化剂仓分散分布于所述催化剂加热仓中。

6.根据权利要求5所述的甲醇制氢装置，其特征在于，还包括设置于最外部的保温层；氢气出口与尾气排出口分别开口于所述保温层的顶部中央与侧面上部。

7.如权利要求1所述的甲醇制氢装置制备氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

由控制器启动电子点火器及供风风机，启动燃料甲醇输送泵将空气及燃料甲醇输送至甲醇燃烧杯；使得燃料甲醇在燃烧器及燃烧室中燃烧；

由设置于所述燃烧室的第一温度传感器检测燃烧温度，同时调整燃料甲醇输送泵流量及所述供风风机风量，以使燃烧达到最佳效果；

将加热后的高温气体通过高温气体通道输送到催化剂加热仓，对甲醇制氢催化剂仓进行加热，加热后的尾气由尾气排放口排出；

由设置于所述甲醇制氢催化剂仓的第二温度传感器检测所述甲醇制氢催化剂仓的温度，当达到预定数值时启动制氢甲醇输送泵，向甲醇螺旋蒸发器输送甲醇并使其蒸发为设定温度的甲醇蒸汽；

将甲醇蒸汽输送到甲醇蒸汽加热仓继续加热，经过甲醇蒸汽出气筒、蒸汽单向控制器进入制氢反应釜下室直至充满，由设置于所述甲醇蒸汽出气筒内的第三温度传感器检测甲醇蒸汽温度，并对所述制氢甲醇输送泵的流量、所述燃料甲醇输送泵的流量以及所述供风风机的风量进行调整，使其达到最佳效果，而后沿所述甲醇制氢催化剂仓自下而上升至制氢反应釜上室；

由甲醇制氢催化剂催化高温甲醇蒸汽分解为氢气和二氧化碳，并由氢气出口排出，完成甲醇制氢的过程。

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