CN212559454U - 甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型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

甲醇水蒸气重整与氢分离一体式装置

技术领域

本实用新型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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型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；所述反应腔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；

所述内层催化填料为铜基填料，所述外层催化填料为锆基填料；

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，所述钯膜管或者钯合金膜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；

所述内层催化填料为铜基填料，所述外层催化填料为锆基填料；

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％。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型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

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型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、内层催化填料，21B、外层催化填料，3、加热腔。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

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；所述反应腔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；所述内层催化填料21A为铜基填料，所述外层催化填料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，所述钯膜管或者钯合金膜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；所述内层催化填料21A为铜基填料，所述外层催化填料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。

本实用新型的氢气分离器，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腔内进行，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。

以上述依据本实用新型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实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型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 (3)

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；所述反应腔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；

所述内层催化填料为铜基填料，所述外层催化填料为锆基填料；

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，所述钯膜管或者钯合金膜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；

所述内层催化填料为铜基填料，所述外层催化填料为锆基填料；

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℃。

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