CN208200374U - 利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，包括原料储罐、重整制氢反应器、脱水反应器、换热器、气液分离器、冷凝液储罐、混合燃料气储罐和热源；本实用新型结构简单，节省空间，成本低廉，使用方便；制备的混合燃料气热值高，而且不包含NOx、硫化物，属于清洁能源，有利于环境保护，可作为替代能源推广使用；本实用新型中的重整制氢反应器通过一个反应器即可完成甲醇汽化、甲醇水蒸汽重整制氢反应，节省空间，制作和使用方便，因此本实用新型适于用热企业投用，具有广阔应用前景。

Description

利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统

技术领域：

本实用新型涉及一种制取燃料的系统，尤其涉及一种利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统。

背景技术：

燃料广泛应用于工农业生产和人民生活，能通过化学反应释放出能量的物质。燃料有许多种，最常见的如煤炭、焦炭、天然气和沼气等等。

随着全球经济的高速发展，对于能源的需求越来越大，而作为自然能源燃料的石油、煤炭等储量越来越少，价格不断走高，使用成本不断增加；而且传统燃料还给环境带来污染，不符合现在推行的绿色发展理念，因此开发可以替代传统能源的燃料成为二十一世纪人们重点研究的课题。

甲醇燃料是利用工业甲醇或燃料甲醇，加变性醇添加剂，与现有国标汽柴油(或组分油)，按一定体积(或重量比)经严格科学工艺调配制成的一种新型清洁燃料。是一种新的替代能源，可替代汽柴油，用于各种机动车，锅灶炉使用。甲醇的蒸汽压力比汽油压力小，比重高，蒸汽比汽油不易挥发上浮，着火危险性比汽油小；甲醇有优良的传导性，可以减少静电产生的危险，意外火灾可能性少，其生产贮存运输和使用比石油燃料安全。甲醇汽、柴油可以与成品油混用，能随时切换，使用灵活、方便。供油系统可利用加油站的设备设施，不需专门建设加油系统。

但是，甲醇燃料的热值较小，仅有4800-5600kCal/m³，燃烧甲醇燃料的成本较高、资源消耗量大，在目前提倡建设资源节约型社会这一战略部署的大环境下，需要合理配置、高效和循环利用、有效保护和替代资源，使经济发展与资源环境能力相适应，因此，迫切需要研发热值较高，资源消耗量小的替代能源。

实用新型内容：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统。

本实用新型由如下技术方案实施：利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，包括原料储罐、重整制氢反应器、脱水反应器、换热器、气液分离器、冷凝液储罐、混合燃料气储罐和热源，

所述原料储罐的出液口与所述换热器的冷介质入口连通，所述换热器的冷介质出口与所述重整制氢反应器的原料入口连通，所述重整制氢反应器的产物出口与所述脱水反应器的产物入口连通，所述脱水反应器的产物出口与所述换热器的热介质入口连通，所述换热器的热介质出口与所述气液分离器的进口连通，所述气液分离器的出液口与所述冷凝液储罐连通，所述气液分离器的出气口与所述混合燃料气储罐连通；

所述冷凝液储罐的出液口与所述原料储罐连通；

所述重整制氢反应器的第一换热介质入口、第二换热介质入口以及所述脱水反应器的脱水换热介质入口均与所述热源连通。

进一步的，所述重整制氢反应器包括顶部开口的制氢反应器壳体，在所述制氢反应器壳体内水平设有第一管板，在所述制氢反应器壳体顶部设有第二管板，所述第一管板将所述制氢反应器壳体内腔分为下部的汽化区和上部的反应区，在所述第一管板的下部设有与所述制氢反应器壳体密封连接的第一管箱，在所述第二管板的上部设有与所述制氢反应器壳体密封连接的第二管箱，

在所述汽化区内设有第一换热管，所述第一换热管的进口从所述制氢反应器壳体穿出，并置于所述制氢反应器壳体外部，形成所述原料入口；所述第一换热管的出口与所述第一管箱连通；

所述反应区内设有第二换热管，所述第二换热管的进口与所述第一管板固定连接，并与所述第一管箱连通；所述第二换热管的出口与所述第二管板固定连接，并与所述第二管箱连通；在所述第二换热管内填充有铜基甲醇水蒸气重整催化剂；

在所述汽化区对应的所述制氢反应器壳体上设有所述第一换热介质入口和第一换热介质出口，在所述反应区对应的所述制氢反应器壳体上设有所述第二换热介质入口和第二换热介质出口；在所述第二管箱上设有所述产物出口。

进一步的，所述制氢反应器壳体包括一端开口的第一制氢反应器壳体和两端开口的第二制氢反应器壳体，所述第一制氢反应器壳体的开口端、所述第一管板和所述第二制氢反应器壳体的一开口端通过螺栓连接，所述第二制氢反应器壳体的另一开口端与所述第二管板通过螺栓连接；所述第一换热介质入口设于所述第一制氢反应器壳体的侧壁上部，所述第一换热介质出口设于所述第一制氢反应器壳体的底部；所述第二换热介质入口设于所述第二制氢反应器壳体的侧壁上部，所述第二换热介质出口设于所述第二制氢反应器壳体的侧壁下部。

进一步的，在所述第一管箱内设有第一温度计。

进一步的，在所述反应区内设有第二温度计。

进一步的，在所述第一管板上部的所述制氢反应器壳体上设有制氢备用放净口。

进一步的，在所述第二管箱上设有制氢安全阀、制氢压力表和第三温度计。

进一步的，所述脱水反应器包括竖直设置的两端开口的脱水反应器壳体、两个脱水管板、两个脱水管箱，所述脱水反应器壳体的两开口端均与对应的脱水管板和脱水管箱通过螺栓连接，两个所述脱水管板之间固定设有列管，所述列管的两端与两个所述脱水管箱连通，在所述脱水反应器下端的所述脱水管箱上连通有所述产物入口，在所述脱水反应器上端的所述脱水管箱上连通有所述合成气出口；

在所述列管内填充有γ-Al₂O₃脱水催化剂，在所述脱水反应器壳体上设有所述脱水换热介质入口和脱水换热介质出口，在所述脱水反应器壳体内设有脱水第一温度计，在所述脱水反应器壳体的下部侧壁上开设有脱水备用放净口。

进一步的，在所述脱水反应器上端的所述脱水管箱内设有脱水安全阀、脱水第二温度计和脱水压力表。

进一步的，所述热源为加热炉，其还包括导热油储罐，所述导热油储罐的出液口与所述加热炉的进口连通，所述加热炉的出口分别与所述重整制氢反应器的所述第一换热介质入口、所述第二换热介质入口以及所述脱水反应器的所述脱水换热介质入口连通，所述重整制氢反应器的所述第一换热介质出口、所述第二换热介质出口以及所述脱水反应器的所述脱水换热介质出口均与所述导热油储罐连通。

本实用新型的优点：本实用新型结构简单，节省空间，成本低廉，使用方便；制备的混合燃料气热值高，而且不包含NOx、硫化物，属于清洁能源，有利于环境保护，可作为替代能源推广使用；本实用新型中的重整制氢反应器通过一个反应器即可完成甲醇汽化、甲醇水蒸汽重整制氢反应，节省空间，制作和使用方便，因此本实用新型适于用热企业投用，具有广阔应用前景。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统的系统示意图；

图2为图1中重整制氢反应器结构示意图；

图3位图1中脱水反应器结构示意图。

图中：原料储罐1，重整制氢反应器2，换热器3，气液分离器4，冷凝液储罐5，混合燃料气储罐6，加热炉7，导热油储罐8，脱水反应器9，第一制氢反应器壳体2.1，第二制氢反应器壳体2.2，第一管板2.3，第二管板2.4，第一管箱2.5，第二管箱2.6，第一换热管2.7，第二换热管2.8，第一换热介质入口2.9，第一换热介质出口2.10，第二换热介质入口2.11，第二换热介质出口2.12，产物出口2.13，第一温度计2.14，第二温度计2.15，制氢备用放净口2.16，制氢安全阀 2.17，制氢压力表2.18，第三温度计2.19；

脱水反应器壳体9.1，脱水管板9.2，脱水管箱9.3，列管9.4，产物入口9.5，合成气出口9.6，脱水换热介质入口9.7，脱水换热介质出口9.8，脱水第一温度计9.9，脱水备用放净口9.10，脱水安全阀 9.11，脱水第二温度计9.12，脱水压力表9.13。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，包括原料储罐1、重整制氢反应器2、脱水反应器9、换热器3、气液分离器 4、冷凝液储罐5、混合燃料气储罐6、加热炉7和导热油储罐8，

原料储罐1的出液口与换热器3的冷介质入口连通，换热器3的冷介质出口与重整制氢反应器2的原料入口连通，重整制氢反应器2 的产物出口与换热器3的热介质入口连通，换热器3的热介质出口与气液分离器4的进口连通，气液分离器4的出液口与冷凝液储罐5连通，气液分离器4的出气口与混合燃料气储罐6连通。

冷凝液储罐5的出液口与原料储罐1连通；

导热油储罐8的出液口与加热炉7的进口连通，加热炉7的出口分别与重整制氢反应器2的第一换热介质入口、第二换热介质入口以及脱水反应器9的脱水换热介质入口9.7连通，重整制氢反应器2的第一换热介质出口、第二换热介质出口以及脱水反应器9的脱水换热介质出口9.8均与导热油储罐8连通。

如图2所示，重整制氢反应器2包括一端开口的第一制氢反应器壳体2.1、两端开口的第二制氢反应器壳体2.2、第一管板2.3、第二管板2.4、第一管箱2.5和第二管箱2.6，第一制氢反应器壳体2.1和第二制氢反应器壳体2.2竖直设置，第一制氢反应器壳体2.1设于第二制氢反应器壳体2.2的下端，第一制氢反应器壳体2.1的开口端、第一管板2.3和第二制氢反应器壳体2.2的一开口端通过螺栓连接，第二制氢反应器壳体2.2的另一开口端与第二管板2.4通过螺栓连接；在第一管板2.3的下部设有与壳体密封连接的第一管箱2.5，在第二管板2.4的上部设有第二管箱2.6，在第一制氢反应器壳体2.1内设有第一换热管2.7，第一换热管2.7的进口从第一制氢反应器壳体2.1穿出，并置于第一制氢反应器壳体2.1外部；第一换热管2.7的出口与第一管箱2.5连通；

第二制氢反应器壳体2.2内设有第二换热管2.8，第二换热管2.8 的进口与第一管板2.3固定连接，并与第一管箱2.5连通；第二换热管2.8的出口与第二管板2.4固定连接，并与第二管箱2.6连通；在第二换热管2.8内填充有铜基甲醇水蒸气重整催化剂。

在第一制氢反应器壳体2.1上设有第一换热介质入口2.9和第一换热介质出口2.10，第一换热介质入口2.9设于第一制氢反应器壳体 2.1的侧壁上部，第一换热介质出口2.10设于第一制氢反应器壳体2.1 的底部；在第二制氢反应器壳体2.2上设有第二换热介质入口2.11和第二换热介质出口2.12；第二换热介质入口2.11设于第二制氢反应器壳体2.2的侧壁上部，第二换热介质出口2.12设于第二制氢反应器壳体2.2的侧壁下部；在第二管箱2.6上设有产物出口2.13。

在第一管箱2.5内设有第一温度计2.14，在反应区内设有第二温度计2.15，在第一管板2.3上部的壳体上设有制氢备用放净口2.16，在第二管箱2.6上设有制氢安全阀2.17，在第二管箱2.6内设有制氢压力表2.18，在第二管箱2.6内设有第三温度计2.19。

脱水反应器9包括竖直设置的两端开口的脱水反应器壳体9.1、两个脱水管板9.2、两个脱水管箱9.3，脱水反应器壳体9.1的两开口端均与对应的脱水管板9.2和脱水管箱9.3通过螺栓连接，两个脱水管板9.2之间固定设有列管9.4，列管9.4的两端与两个脱水管箱9.3 连通，在脱水反应器9下端的脱水管箱9.3上连通有产物入口9.5，在脱水反应器9上端的脱水管箱9.3上连通有合成气出口9.6；在列管9.4内填充有γ-Al₂O₃脱水催化剂，在脱水反应器壳体9.1上设有脱水换热介质入口9.7和脱水换热介质出口9.8，在脱水反应器壳体9.1 内设有脱水第一温度计9.9，在脱水反应器壳体9.1的下部侧壁上开设有脱水备用放净口9.10；在脱水反应器9上端的脱水管箱9.3内设有脱水安全阀9.11、脱水第二温度计9.12和脱水压力表9.13。

工作原理：

本实用新型在使用时，先在原料储罐1中加入甲醇与水配制反应原料，而后经过换热器3后进入重整制氢反应器2，在第一换热管2.7 和第二制氢反应器壳体2.2内通入加热后的导热油，使反应原料进入第一管箱2.5内时汽化并达到190-240℃，在第二换热管2.8内在铜基甲醇水蒸气重整催化剂的催化作用下，在240-280℃下进行催化重整制氢反应，而后进入脱水反应器9，在γ-Al₂O₃脱水催化剂的催化作用下，在240-280℃下进行脱水反应并释放热量，得到包含氢气、二甲醚、未反应的甲醇、水蒸气、二氧化碳的合成气体，甲醇催化重整制氢反应和脱水反应化学反应式为：

CH₃OH+H₂O＝CO₂+3H₂

2CH₃OH＝CH₃OCH₃+H₂O

合成气体进入换热器3，与反应原料换热，降温并实现合成气中甲醇和水蒸气的冷凝，同时对反应原料进行预热，降温后的合成气进入气液分离器4，冷凝后的甲醇与水进入冷凝液储罐5，并最终回用于配制反应原料；降温后的氢气、二甲醚和二氧化碳等进入混合燃料气储罐6，作为燃料备用。

本实施例中采用导热油对重整制氢反应器2供热，利用加热炉7 加热、导热油储罐8储存实现导热油的循环使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，其包括原料储罐、重整制氢反应器、脱水反应器、换热器、气液分离器、冷凝液储罐、混合燃料气储罐和热源，

所述原料储罐的出液口与所述换热器的冷介质入口连通，所述换热器的冷介质出口与所述重整制氢反应器的原料入口连通，所述重整制氢反应器的产物出口与所述脱水反应器的产物入口连通，所述脱水反应器的合成气出口与所述换热器的热介质入口连通，所述换热器的热介质出口与所述气液分离器的进口连通，所述气液分离器的出液口与所述冷凝液储罐连通，所述气液分离器的出气口与所述混合燃料气储罐连通；

所述冷凝液储罐的出液口与所述原料储罐连通；

所述重整制氢反应器的第一换热介质入口、第二换热介质入口以及所述脱水反应器的脱水换热介质入口均与所述热源连通。

2.根据权利要求1所述利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，所述重整制氢反应器包括顶部开口的制氢反应器壳体，在所述制氢反应器壳体内水平设有第一管板，在所述制氢反应器壳体顶部设有第二管板，所述第一管板将所述制氢反应器壳体内腔分为下部的汽化区和上部的反应区，在所述第一管板的下部设有与所述制氢反应器壳体密封连接的第一管箱，在所述第二管板的上部设有与所述制氢反应器壳体密封连接的第二管箱，

在所述汽化区内设有第一换热管，所述第一换热管的进口从所述制氢反应器壳体穿出，并置于所述制氢反应器壳体外部，形成所述原料入口；所述第一换热管的出口与所述第一管箱连通；

所述反应区内设有第二换热管，所述第二换热管的进口与所述第一管板固定连接，并与所述第一管箱连通；所述第二换热管的出口与所述第二管板固定连接，并与所述第二管箱连通；在所述第二换热管内填充有铜基甲醇水蒸气重整催化剂；

在所述汽化区对应的所述制氢反应器壳体上设有所述第一换热介质入口和第一换热介质出口，在所述反应区对应的所述制氢反应器壳体上设有所述第二换热介质入口和第二换热介质出口；在所述第二管箱上设有所述产物出口。

3.根据权利要求2所述的利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，所述制氢反应器壳体包括一端开口的第一制氢反应器壳体和两端开口的第二制氢反应器壳体，所述第一制氢反应器壳体的开口端、所述第一管板和所述第二制氢反应器壳体的一开口端通过螺栓连接，所述第二制氢反应器壳体的另一开口端与所述第二管板通过螺栓连接；所述第一换热介质入口设于所述第一制氢反应器壳体的侧壁上部，所述第一换热介质出口设于所述第一制氢反应器壳体的底部；所述第二换热介质入口设于所述第二制氢反应器壳体的侧壁上部，所述第二换热介质出口设于所述第二制氢反应器壳体的侧壁下部。

4.根据权利要求2所述的利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，在所述第一管箱内设有第一温度计。

5.根据权利要求2所述的利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，在所述反应区内设有第二温度计。

6.根据权利要求2所述的利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，在所述第一管板上部的所述制氢反应器壳体上设有制氢备用放净口。

7.根据权利要求2所述的利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，在所述第二管箱上设有制氢安全阀、制氢压力表和第三温度计。

8.根据权利要求2所述的利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，所述脱水反应器包括竖直设置的两端开口的脱水反应器壳体、两个脱水管板、两个脱水管箱，所述脱水反应器壳体的两开口端均与对应的脱水管板和脱水管箱通过螺栓连接，两个所述脱水管板之间固定设有列管，所述列管的两端与两个所述脱水管箱连通，在所述脱水反应器下端的所述脱水管箱上连通有所述产物入口，在所述脱水反应器上端的所述脱水管箱上连通有所述合成气出口；

在所述列管内填充有γ-Al₂O₃脱水催化剂，在所述脱水反应器壳体上设有所述脱水换热介质入口和脱水换热介质出口，在所述脱水反应器壳体内设有脱水第一温度计，在所述脱水反应器壳体的下部侧壁上开设有脱水备用放净口。

9.根据权利要求8所述的利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，在所述脱水反应器上端的所述脱水管箱内设有脱水安全阀、脱水第二温度计和脱水压力表。

10.根据权利要求8所述的利用甲醇制取氢和二甲醚混合燃料的系统，其特征在于，所述热源为加热炉，其还包括导热油储罐，所述导热油储罐的出液口与所述加热炉的进口连通，所述加热炉的出口分别与所述重整制氢反应器的所述第一换热介质入口、所述第二换热介质入口以及所述脱水反应器的所述脱水换热介质入口连通，所述重整制氢反应器的所述第一换热介质出口、所述第二换热介质出口以及所述脱水反应器的所述脱水换热介质出口均与所述导热油储罐连通。