CN115367703B - 甲醇重整制氢一体化设备其制氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了甲醇重整制氢一体化设备及其制氢方法，涉及工业气体制备领域，其技术方案要点是：包括机壳、设置在机壳内的重整区、燃烧加热区、提纯区以及位于机壳内包覆在重整区、燃烧加热区和提纯区外围的保温层，重整区内由上而下依次设置有预热管、重整管和汽化管，燃烧加热区内由下而上依次设置有进风管、电加热器和燃烧管，提纯区内设置有钯管，进风管的输入端接入有鼓风装置，钯管的输出端还通过管路与燃烧管组件的输入端连通。本发明通过将重整区、燃烧加热区和提纯区一体化设置在机壳内，集中布置在同一个保温层内，使得整个系统更紧凑和小型化，具有节能效果好，制氢效果好的优点。

Description

甲醇重整制氢一体化设备其制氢方法

技术领域

本发明涉及工业气体制备领域，更具体地说，它涉及甲醇重整制氢一体化设备其制氢方法。

背景技术

氢气是最为广泛的工业气体，被广泛的用于石油、化工、电子、医药等领域，有“工厂血液”之称。氢气的制备方法有传统的水电解制氢、富氢尾气提纯制氢以及以天然气、煤、氨、甲醇、重油等为原料的裂解、分解、重整制氢，其中甲醇重整制氢由于原料来源方便、操作容易等优势而应用较多。

甲醇重整制氢，现有技术方案是重整区、燃烧加热区、氢气提纯区各自独立设计，通过外部管路连接各区域，这样占地空间大，能量不能得到有效的利用，外部管路会造成热量的损失。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供甲醇重整制氢一体化设备，通过将重整区、燃烧加热区和提纯区一体化设置在机壳内，集中布置在同一个保温层内，使得整个系统更紧凑和小型化，具有节能效果好，制氢效果好的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：甲醇重整制氢一体化设备，包括机壳、由上而下依次设置在机壳内的重整区、燃烧加热区、提纯区以及位于机壳内包覆在重整区、燃烧加热区和提纯区外围的保温层，所述重整区、燃烧加热区和提纯区相连通，所述重整区内由上而下依次设置有预热管、重整管和汽化管，所述燃烧加热区内由下而上依次设置有进风管、电加热器和燃烧管组件，所述提纯区内设置有钯管，所述机壳上分别设置有进口和出口，所述进口、预热管、汽化管、重整管、钯管和出口顺序连通，所述进风管的输入端接入有鼓风装置，所述钯管还通过管路与燃烧管组件的输入端连通，所述机壳内还设置有用于对燃烧管组件内的气体进行引燃的点火器。

在其中一个实施例中，所述预热管和汽化管均设置为回形结构。

在其中一个实施例中，所述重整管包括两个中空连接部、连通设置在两个中空连接部之间的重整管体以及螺旋包覆在重整管体外圆周壁上的导热鳍片，所述重整管体设置为若干根，若干根所述重整管体在同一水平面上并列设置。

在其中一个实施例中，所述进风管为进风方管，所述进风方管的顶部均布设置有若干出风孔。

在其中一个实施例中，所述燃烧管组件包括主进气管以及与其连接的燃烧管，所述燃烧管的两侧位于同一水平高度分别设置有喷嘴，位于燃烧管每侧的所述喷嘴设置为若干个。

在其中一个实施例中，所述保温层为陶瓷纤维毛毡层或气凝胶毛毡层。

在其中一个实施例中，甲醇重整制氢一体化设备的制氢方法，包括如下步骤：

步骤S1、启动设备，以使得电加热器工作，当电加热器将重整区、燃烧加热区和提纯区加热到设定温度时，甲醇水依次进入预热管和汽化管，以对其进行汽化；

步骤S2、经过步骤S1后，甲醇水以气态的形式进入重整管内进行重整反应，得到高温重整气体进入提纯区的钯管内；

步骤S3、经钯管分离得到的部分混合气体进入燃烧管内，该部分混合气体为钯管内提纯时所产生的尾气，点火器将该部分混合气体点燃，以替代电加热器为重整区、燃烧加热区和提纯区提供所需的热量，届时电加热器停止加热；

步骤S4、经钯管提纯得到的高纯度氢气输出至外部收集装置中。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、重整区、燃烧加热区和提纯区一体化设置在机壳内，集中布置在同一个保温层内，使得整个系统更紧凑和小型化；

2、将汽化管、重整管、预热管顺序设置，燃烧气体依次经过汽化管、重整管、预热管，更符合工艺参数的设计，因为汽化管、重整管、预热管工艺温度参数是逐步降低的，在此顺序下，燃烧气体的热交换更符合能量传递的效率，最大化的利用了高温气体的热量，降低了对外排放的燃烧气体的热量，有利于热量的充分利用；

3、钯管提纯过程既不吸收热量也不放出热量，将其设置在最底层，可以减少提纯区的热量，使其处于合适的温度环境。

附图说明

图1为本申请的甲醇重整制氢一体化设备的结构示意图；

图2为本申请的甲醇重整制氢一体化设备中重整区、燃烧加热区、提纯区和保温层的结构示意图；

图3为本申请的甲醇重整制氢一体化设备的内部结构图；

图4为本申请的甲醇重整制氢一体化设备的制氢方法的流程图。

图中：1、机壳；2、重整区；21、预热管；22、重整管；23、汽化管；3、燃烧加热区；31、进风管；311、出风孔；32、电加热器；33、燃烧管；331、喷嘴；4、提纯区；41、钯管；5、保温层。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，本申请的实施例提供了甲醇重整制氢一体化设备，包括机壳1、由上而下依次设置在机壳1内的重整区2、燃烧加热区3、提纯区4以及位于机壳1内包覆在重整区2、燃烧加热区3和提纯区4外围的保温层5。所述重整区2、燃烧加热区3和提纯区4相连通。所述重整区2内由上而下依次设置有预热管21、重整管22和汽化管23。所述燃烧加热区3内由下而上依次设置有进风管31、电加热器32和燃烧管组件。所述提纯区4内设置有钯管41。所述机壳1上分别设置有进口和出口，所述进口、预热管21、汽化管23、重整管22、钯管41和出口顺序连通，具体的连接方式为进口与预热管21的输入端连接、预热管21的输出端与汽化管23的输入端连接、汽化管23的输出端与重整管22的输入端连接、重整管22的输出端与钯管41的输入端连接。所述进风管31的输入端接入有鼓风装置，所述鼓风装置为鼓风机。所述钯管41还通过管路与燃烧管组件的输入端连通，所述机壳1的顶部还设置有用于废气排出的排出口，所述机壳1内还设置有用于对燃烧管组件内的气体进行引燃的点火器。

工作时，启动设备，以使得电加热器32工作，当电加热器32将重整区2、燃烧加热区3和提纯区4加热到设定温度时，甲醇水依次进入预热管21和汽化管23，以对其进行汽化；甲醇水以气态的形式进入重整管22内进行重整反应，得到高温重整气体进入提纯区的钯管41内；经钯管41分离得到的部分混合气体进入燃烧管组件内，该部分混合气体为钯管41内提纯时所产生的尾气，点火器将该部分混合气体点燃，以替代电加热器32为重整区2、燃烧加热区3和提纯区4提供所需的热量，届时电加热器32停止加热；经钯管41提纯得到的高纯度氢气输出至外部收集装置中。

上述方式中，通过将重整区2、燃烧加热区3和提纯区4一体化设置在机壳1内，集中布置在同一个保温层5内，使得整个系统更紧凑和小型化；将汽化管23、重整管22、预热管21顺序设置，燃烧气体依次经过汽化管23、重整管22、预热管21，更符合工艺参数的设计，因为汽化管23、重整管22、预热管21工艺温度参数是逐步降低的，在此顺序下，燃烧气体的热交换更符合能量传递的效率，最大化的利用了高温气体的热量，降低了对外排放的燃烧气体的热量，有利于热量的充分利用；钯管41提纯过程既不吸收热量也不放出热量，将其设置在最底层，可以减少提纯区4的热量，使其处于合适的温度环境。

在上述基础上，所述预热管21和汽化管23均设置为回形结构。

上述方式中，通过将预热管21和汽化管23设置为回形结构，有利于增加其热处理的面积，有效提高了热处理效果。

在上述基础上，所述重整管22包括两个中空连接部、连通设置在两个中空连接部之间的重整管体以及螺旋包覆在重整管体外圆周壁上的导热鳍片，所述重整管体设置为若干根，若干根所述重整管体在同一水平面上并列设置。

需要注意的是，所述重整管体内还设置有催化剂，催化剂可以是CuO、ZnO、Al2O3等，其具体采用现有技术，在本实施例中不做赘述。

工作时，气态形式的甲醇水进入重整管体内，该气体在加热条件下，经催化剂催化反应得到富氢气体。

上述方式中，通过导热鳍片的设置，使得重整管体可以迅速收集热量，以加速催化剂的反应速率。

在上述基础上，所述进风管31为进风方管，所述进风方管的顶部均布设置有若干出风孔311。

上述方式中，鼓风装置向进风管31内送入新风，以为燃烧管33中富氢气体的燃烧提供氧气，使得富氢气体的燃烧更充分。

在上述基础上，所述燃烧管组件包括主进气管以及与其连接的燃烧管33，所述燃烧管33的两侧位于同一水平高度分别设置有喷嘴331，位于燃烧管33每侧的所述喷嘴331设置为若干个。

上述方式中，使得燃烧气体向燃烧管33的两侧燃烧，这样可以有效增加燃烧面积，并且使得燃烧更加均匀。

在上述基础上，所述保温层5为陶瓷纤维毛毡层或气凝胶毛毡层。

上述方式中，陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而在机械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、电子等行业都得到了广泛的应用，其比隔热砖与浇注料等传统耐材节能达10-30%；气凝胶是指通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料，其具有较好的耐热保温作用。

本申请的实施例还提供了甲醇重整制氢一体化设备的制氢方法，包括如下步骤：

步骤S1、启动设备，以使得电加热器32工作，当电加热器32将重整区2、燃烧加热区3和提纯区4加热到设定温度时，甲醇水依次进入预热管21和汽化管23，以对其进行汽化；

步骤S2、经过步骤S1后，甲醇水以气态的形式进入重整管22内进行重整反应，得到高温重整气体进入提纯区的钯管41内；

步骤S3、经钯管41分离得到的部分混合气体进入燃烧管33内，该部分混合气体为钯管41内提纯时所产生的尾气，点火器将该部分混合气体点燃，以替代电加热器32为重整区2、燃烧加热区3和提纯区4提供所需的热量，届时电加热器32停止加热；

步骤S4、经钯管41提纯得到的高纯度氢气输出至外部收集装置中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.甲醇重整制氢一体化设备，其特征在于：包括机壳(1)、由上而下依次设置在机壳(1)内的重整区(2)、燃烧加热区(3)、提纯区(4)以及位于机壳(1)内包覆在重整区(2)、燃烧加热区(3)和提纯区(4)外围的保温层(5)，所述重整区(2)、燃烧加热区(3)和提纯区(4)相连通，所述重整区(2)内由上而下依次设置有预热管(21)、重整管(22)和汽化管(23)，所述燃烧加热区(3)内由下而上依次设置有进风管(31)、电加热器(32)和燃烧管组件，所述提纯区(4)内设置有钯管(41)，所述机壳(1)上分别设置有进口和出口，所述进口、预热管(21)、汽化管(23)、重整管(22)、钯管(41)和出口顺序连通，所述进风管(31)的输入端接入有鼓风装置，所述钯管(41)还通过管路与燃烧管组件的输入端连通，所述机壳（1）内还设置有用于对燃烧管组件内的气体进行引燃的点火器，所述进风管(31)为进风方管，所述进风方管的顶部均布设置有若干出风孔(311)；

甲醇重整制氢一体化设备的制氢方法包括如下步骤：步骤S1、启动设备，以使得电加热器(32)工作，当电加热器(32)将重整区(2)、燃烧加热区(3)和提纯区(4)加热到设定温度时，甲醇水依次进入预热管(21)和汽化管(23)，以对其进行汽化；

步骤S2、经过步骤S1后，甲醇水以气态的形式进入重整管(22)内进行重整反应，得到高温重整气体进入提纯区的钯管(41)内；

步骤S3、经钯管(41)分离得到的部分混合气体进入燃烧管(33)内，该部分混合气体为钯管(41)内提纯时所产生的尾气，点火器将该部分混合气体点燃，以替代电加热器(32)为重整区(2)、燃烧加热区(3)和提纯区(4)提供所需的热量，届时电加热器(32)停止加热；

步骤S4、经钯管(41)提纯得到的高纯度氢气输出至外部收集装置中。

2.根据权利要求1所述的甲醇重整制氢一体化设备，其特征在于：所述预热管(21)和汽化管(23)均设置为回形结构。

3.根据权利要求1所述的甲醇重整制氢一体化设备，其特征在于：所述重整管(22)包括两个中空连接部、连通设置在两个中空连接部之间的重整管体以及螺旋包覆在重整管体外圆周壁上的导热鳍片，所述重整管体设置为若干根，若干根所述重整管体在同一水平面上并列设置。

4.根据权利要求1所述的甲醇重整制氢一体化设备，其特征在于：所述燃烧管组件包括主进气管以及与其连接的燃烧管(33)，所述燃烧管(33)的两侧位于同一水平高度分别设置有喷嘴(331)，位于燃烧管(33)每侧的所述喷嘴(331)设置为若干个。

5.根据权利要求1所述的甲醇重整制氢一体化设备，其特征在于：所述保温层(5)为陶瓷纤维毛毡层或气凝胶毛毡层。

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