CN217947676U - 一种自热型甲醇水蒸气重整制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制氢技术领域，尤其是一种自热型甲醇水蒸气重整制氢系统。该自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，包括：去离子水罐、甲醇原料罐，分别与水醇预热室的进口连接；水醇汽化室一、水醇汽化室二，分别与水醇预热室的出口、重整反应室的进口连接；催化燃烧室，用于提供水醇预热室、水醇汽化室一、水醇汽化室二、及重整反应室的热源，催化燃烧室的进口连接甲醇汽化室；冷却装置，与重整反应室的出口连接。在本实用新型中，该自热型甲醇水蒸气重整制氢系统解决了船舶在运作过程中不便获取外置热源的问题，且集成化程度高，系统占地少，减少了运行成本。

Description

一种自热型甲醇水蒸气重整制氢系统

技术领域

本实用新型涉及制氢技术领域，尤其是一种自热型甲醇水蒸气重整制氢系统。

背景技术

氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、粉末冶炼、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等迅速发展，对纯氢需求量急速增加。对没有方便氢源的地区，若采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢需耗费较大物资，不适用于小规模用户。若采用电解水制氢，则能耗很大，且氢气纯度较低。因此近年来许多电解水制氢厂家纷纷进行技术升级，甲醇水蒸气重整制氢由于具备制氢率高、能量利用合理、过程控制简单、便于工业操作等优点而更多地被采用。

甲醇水蒸气重整制定温度及压力条件下，以甲醇和去离子水为原料，通过甲醇水蒸气重整制氢催化剂的作用，进行转化反应制取氢气。制备的氢气可以用作其他反应的原料，例如燃料电池发电。

其反应主要方程式如下：

该反应为吸热反应。现有的甲醇制氢技术产氢时所需的热量大多由装置外供应的燃料燃烧供热，每套制氢设备都要配套导热油供热系统，燃烧系统庞大复杂，占地和投资较大。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，解决了船舶在运作过程中不便获取外置热源的问题，且集成化程度高，系统占地少，减少了运行成本。

为达上述优点，本实用新型提供的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，包括：

去离子水罐、甲醇原料罐，分别与水醇预热室的进口连接，所述水醇预热室用于对进入的水和甲醇的混合溶液进行第一次加热；

水醇汽化室一、水醇汽化室二，分别与所述水醇预热室的出口、重整反应室的进口连接，所述水醇汽化室一、所述水醇汽化室二分别用于对进入的混合溶液进行第二次加热；所述重整反应室用于对进入的第二次加热的混合溶液进行重整制氢反应，生成包含氢气、二氧化碳、及其他副产物的混合气体；

催化燃烧室，用于提供所述水醇预热室、所述水醇汽化室一、所述水醇汽化室二、及所述重整反应室的热源，所述催化燃烧室的进口连接甲醇汽化室，所述甲醇汽化室的进口连接所述甲醇原料罐，甲醇进入所述甲醇汽化室气化后，与空气混合进入到所述催化燃烧室中进行催化燃烧，所述催化燃烧室内设有催化剂；

冷却装置，与所述重整反应室的出口连接，用于接收所述混合气体，并对进入的所述混合气体进行冷却，实现气液分离，得到的氢气进入燃料电池作为发电的原料。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，所述催化燃烧室、所述水醇汽化室二、所述重整反应室分别设置有第一液体通道、第二液体通道、第三液体通道，所述第一液体通道的出口经管路一连接所述第二液体通道的进口，所述第二液体通道的出口经管路二连接所述第三液体通道的进口，所述第三液体通道的出口经管路三连接所述第一液体通道的进口。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，所述水醇预热室、所述水醇汽化室一、所述甲醇汽化室分别设置有第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道, 所述催化燃烧室的出口经管路四连接所述第二气体通道的进口，所述第二气体通道的出口经管路五连接所述第一气体通道的进口，所述第一气体通道的出口连接出气管，所述第三气体通道的进口经管路六连接所述重整反应室的出口。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，所述冷却装置包括一级冷凝室和二级冷凝室，所述一级冷凝室的进口经管路七与所述第三气体通道的出口连接，所述一级冷凝室的第一出口经管路八与所述二级冷凝室的进口连接，所述一级冷凝室的第二出口连接出水管，所述二级冷凝室的第一出口经管路与所述燃料电池连接，所述二级冷凝室的第二出口经管路连接甲醇回收罐，所述甲醇回收罐与所述甲醇原料罐连接。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，所述一级冷凝室、所述二级冷凝室分别设置有换热通道一、换热通道二，所述换热通道一经管路九连接所述换热通道二，冷却液经管路十进入所述换热通道一内，换热后的冷却液经管路十一从所述换热通道二内排出。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，所述管路一、所述管路二、所述管路三构成循环管道，所述循环管道上设置有动力装置，使导热介质在所述第一液体通道、所述第二液体通道、所述第三液体通道三者之间循环。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，所述循环管道外包覆有保温材料。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，还包括多个输送装置，分别设置于所述去离子水罐与水醇预热室之间的管路上、所述甲醇原料罐与水醇预热室之间的管路上、所述催化燃烧室与所述甲醇汽化室之间的管路上。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，所述重整反应室设置有用于监测所述重整反应室内的温度和压力的温度传感器、压力传感器。

在本实用新型的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的一个实施例中，所述重整反应室的进口和出口处分别设置有单向阀，通过所述单向阀的启闭调节，使所述重整反应室内的压力值保持在1.2MPa。

本实用新型的有益效果：

1）本申请相较传统甲醇制氢装置，采用了自热型技术，解决了船舶在运作过程中不便获取外置热源的问题。

2）本申请应用的装置集成化程度高，系统占地少，减少了运行成本。

3) 本申请采用清洁能源甲醇和水，装置安全可靠，对环境危害小。

4）本申请因设有原料回收和热管理系统，原料和能量利用率高，相较传统制氢设备，产物中氢气占比高，具有较好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的组成示意图。

图2是图1的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的各部件管路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本实用新型的限制。此外，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参见图1-2，本实用新型第一实施例的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，包括：去离子水罐1、甲醇原料罐2、催化燃烧室3、水醇预热室4、水醇汽化室一5、水醇汽化室二6、重整反应室7、甲醇汽化室8、冷却装置9、燃料电池10、甲醇回收罐22。

去离子水罐1、甲醇原料罐2分别与水醇预热室4的进口连接，水醇预热室4用于对进入的水和甲醇的混合溶液进行第一次加热。

水醇汽化室一5、水醇汽化室二6分别与水醇预热室4的出口、重整反应室7的进口连接，水醇汽化室一5、水醇汽化室二6分别用于对进入的混合溶液进行第二次加热。重整反应室7用于对进入的第二次加热的混合溶液进行重整制氢反应，生成包含氢气、二氧化碳、及其他副产物的混合气体。

催化燃烧室3用于提供水醇预热室4、水醇汽化室一5、水醇汽化室二6、及重整反应室7的热源，催化燃烧室3的进口连接甲醇汽化室8，甲醇汽化室8的进口连接甲醇原料罐2，甲醇进入甲醇汽化室8气化后，与空气混合进入到催化燃烧室3中进行催化燃烧，催化燃烧室3内设有催化剂。

冷却装置9与重整反应室7的出口连接，冷却装置9用于接收混合气体，并对进入的混合气体进行冷却，实现气液分离，得到的氢气进入燃料电池10作为发电的原料。

催化燃烧室3、水醇汽化室二6、重整反应室7分别设置有第一液体通道31、第二液体通道61、第三液体通道71，第一液体通道31的出口经管路一6001连接第二液体通道61的进口，第二液体通道61的出口经管路二7001连接第三液体通道71的进口，第三液体通道71的出口经管路三7002连接第一液体通道31的进口。

水醇预热室4、水醇汽化室一5、甲醇汽化室8分别设置有第一气体通道41、第二气体通道51、第三气体通道81，催化燃烧室3的出口经管路四5001连接第二气体通道51的进口，第二气体通道51的出口经管路五4001连接第一气体通道41的进口，第一气体通道41的出口连接出气管4002，第三气体通道81的进口经管路六8001连接重整反应室7的出口。

冷却装置9包括一级冷凝室91和二级冷凝室92，一级冷凝室91的进口经管路七9001与第三气体通道81的出口连接，一级冷凝室91的第一出口经管路八9002与二级冷凝室92的进口连接，一级冷凝室91的第二出口连接出水管903，二级冷凝室92的第一出口经管路9003与燃料电池10连接，二级冷凝室92的第二出口经管路9004连接甲醇回收罐22，甲醇回收罐22与甲醇原料罐2连接。

一级冷凝室91、二级冷凝室92分别设置有换热通道一、换热通道二，换热通道一经管路九902连接换热通道二，冷却液经管路十901进入换热通道一内，换热后的冷却液经管路十一904从换热通道二内排出。在本实施例中，冷却液为江水或海水。

管路一6001、管路二7001、管路三7002构成循环管道，循环管道上设置有动力装置33，使导热介质在第一液体通道31、第二液体通道61、第三液体通道71三者之间循环。

优选的，循环管道外包覆有保温材料。动力装置33为高温循环泵。导热介质为导热油。

自热型甲醇水蒸气重整制氢系统还包括多个输送装置。在本实施例中，输送装置的数量为五个，分别设置于去离子水罐1与水醇预热室4之间的管路上、甲醇原料罐2与水醇预热室4之间的管路上、催化燃烧室3与甲醇汽化室8之间的管路上、管路901上、及管路9004上。

优选的，输送装置为液体泵或气体泵。

重整反应室7设置有用于监测重整反应室7内的温度和压力的温度传感器74、压力传感器75。重整反应室7的进口和出口处分别设置有单向阀，通过单向阀的启闭调节，使重整反应室7内的压力值保持在1.2MPa。

优选的，在本实施例中的催化燃烧室3、水醇预热室4、水醇汽化室一5、水醇汽化室二6、重整反应室7、甲醇汽化室8均为换热器。

自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的工作原理：

气体泵32将空气与甲醇气体按1:2的氧醇比，经管路3001泵入催化燃烧室3，催化燃烧室3内涂覆有辅助催化燃烧的催化剂，在催化剂作用下甲醇气体与氧气发生氧化反应生成二氧化碳和水蒸气的高温混合气体，温度在500-520℃之间，产生的高温混合气体经管路5001进入下一级水醇汽化室一5的第二气体通道51中。与此同时催化燃烧室3的第一液体通道31内装有导热油，导热油入口温度为290℃，经催化燃烧室31加热后温度升高至320℃。

管路四5001、管路五4001和出气管4002共同构成催化燃烧尾气的通道，尾气先经过水醇汽化室一5的第二气体通道51换热，温度降至360℃，再经过水醇预热室4的第一气体通道41换热，温度降至185℃，最后经出气管4002排出。

液体泵11将去离子水从去离子水罐1中泵出，液体泵21将甲醇液体从甲醇原料罐2中泵出，两者按水醇比3:2混合后经管路401进入水醇预热室4，水醇预热室4中的水和甲醇的混合溶液与第一气体通道41的尾气换热后，混合溶液汽化为混合气体，温度升至100℃，混合气体经管路501、管路601分别进入水醇汽化室一5、水醇汽化室二6。

管路一6001、管路二7001和管路三7002共同构成导热油的循环管道。为避免循环过程中的热损失较大，导热油的循环管道外侧包覆有保温材料。循环过程中由高温循环泵33提供循环动力，管道中的导热油流量恒定。

导热油先从催化燃烧室3的第一液体通道31的出口经管路6001进入水醇汽化室二6的第二液体通道61，换热后温度降至310℃；再经管路二7001进入重整反应室7的第三液体通道71，作为重整反应的热源，换热后温度降至290℃，最后经管路三7002重新输送回催化燃烧室3的第一液体通道31内进行加热，进入下一循环。

水醇汽化室一5、水醇汽化室二6内的混合气体分别经催化燃烧尾气、导热油加热后，温度升至280℃，然后进入重整反应室7作为反应原料参与反应。

在重整反应室7内发生催化重整主反应，生成氢气、二氧化碳和其他副产物，温度约280℃，生成的混合气体进入下一级甲醇汽化室8的第三气体通道81内与甲醇汽化室8内的甲醇进行换热降温。为保证主反应的顺利进行，重整反应室7内需维持压力稳定在1.2MPa，并由单向阀72、单向阀73的开闭来调节，反应过程中由温度传感器74、压力传感器75实时监测重整反应室7内实时的温度和压力。

甲醇原料罐2内的部分甲醇液体经管路801进入甲醇汽化室8进行汽化，汽化的热量来源为第三气体通道81内的混合气体。换热之后，甲醇液体完成汽化，温度升至70℃，经管路802后与空气混合，并泵入催化燃烧室3内作为原料。第三气体通道81内的混合气体温度降至200℃。

从甲醇汽化室8的第三气体通道81出来的混合气体经管路9001进入一级冷凝室91，冷却液为20℃的海水，液体泵93将海水经管路901泵入一级冷凝室内进行换热后，再经管路902进入二级冷凝室92。在一级冷凝室91内，混合气体完成气液分离，液态水（冷凝水H2O）经管路903排出，剩余混合气体温度降至100℃，经管路9002进入二级冷凝器92内进行二级换热。二级冷凝室92内，冷却液完成换热后经管路904排出，温度升至40℃。未反应完的甲醇液化后经管路9004回收至甲醇回收罐22内，温度约60℃，液体泵94设置于管路9004上，剩余的氢气和少量其他废气温度降至60℃，经管路9003进入燃料电池10中作为发电的原料气。

在本实用新型中，相较传统甲醇制氢装置，采用的自热型技术方案解决了船舶在运作过程中不便获取外置热源的问题。

在本实用新型中，自热型甲醇水蒸气重整制氢系统集成化程度高，系统占地少，减少了运行成本。

在本实用新型中，自热型甲醇水蒸气重整制氢系统的产物为清洁能源甲醇和水，装置安全可靠，对环境危害小。

在本实用新型中，自热型甲醇水蒸气重整制氢系统因设有原料回收和热管理系统，原料和能量利用率高，相较传统制氢设备，产物中氢气占比高，具有较好的应用前景。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，包括：

去离子水罐（1）、甲醇原料罐（2），分别与水醇预热室（4）的进口连接，所述水醇预热室（4）用于对进入的水和甲醇的混合溶液进行第一次加热；

水醇汽化室一（5）、水醇汽化室二（6），分别与所述水醇预热室（4）的出口、重整反应室（7）的进口连接，所述水醇汽化室一（5）、所述水醇汽化室二（6）分别用于对进入的混合溶液进行第二次加热；所述重整反应室（7）用于对进入的第二次加热的混合溶液进行重整制氢反应，生成包含氢气、二氧化碳、及其他副产物的混合气体；

催化燃烧室（3），用于提供所述水醇预热室（4）、所述水醇汽化室一（5）、所述水醇汽化室二（6）、及所述重整反应室（7）的热源，所述催化燃烧室（3）的进口连接甲醇汽化室（8），所述甲醇汽化室（8）的进口连接所述甲醇原料罐（2），甲醇进入所述甲醇汽化室（8）气化后，与空气混合进入到所述催化燃烧室（3）中进行催化燃烧，所述催化燃烧室（3）内设有催化剂；

冷却装置（9），与所述重整反应室（7）的出口连接，用于接收所述混合气体，并对进入的所述混合气体进行冷却，实现气液分离，得到的氢气进入燃料电池（10）作为发电的原料。

2.根据权利要求1所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，所述催化燃烧室（3）、所述水醇汽化室二（6）、所述重整反应室（7）分别设置有第一液体通道（31）、第二液体通道（61）、第三液体通道（71），所述第一液体通道（31）的出口经管路一（6001）连接所述第二液体通道（61）的进口，所述第二液体通道（61）的出口经管路二（7001）连接所述第三液体通道（71）的进口，所述第三液体通道（71）的出口经管路三（7002）连接所述第一液体通道（31）的进口。

3.根据权利要求2所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，所述水醇预热室（4）、所述水醇汽化室一（5）、所述甲醇汽化室（8）分别设置有第一气体通道（41）、第二气体通道（51）、第三气体通道(81), 所述催化燃烧室（3）的出口经管路四（5001）连接所述第二气体通道（51）的进口，所述第二气体通道（51）的出口经管路五（4001）连接所述第一气体通道（41）的进口，所述第一气体通道（41）的出口连接出气管（4002），所述第三气体通道(81)的进口经管路六（8001）连接所述重整反应室（7）的出口。

4.根据权利要求3所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，所述冷却装置（9）包括一级冷凝室（91）和二级冷凝室（92），所述一级冷凝室（91）的进口经管路七（9001）与所述第三气体通道(81)的出口连接，所述一级冷凝室（91）的第一出口经管路八（9002）与所述二级冷凝室（92）的进口连接，所述一级冷凝室（91）的第二出口连接出水管（903），所述二级冷凝室（92）的第一出口经管路（9003）与所述燃料电池（10）连接，所述二级冷凝室（92）的第二出口经管路（9004）连接甲醇回收罐（22），所述甲醇回收罐（22）与所述甲醇原料罐（2）连接。

5.根据权利要求4所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，所述一级冷凝室（91）、所述二级冷凝室（92）分别设置有换热通道一、换热通道二，所述换热通道一经管路九（902）连接所述换热通道二，冷却液经管路十（901）进入所述换热通道一内，换热后的冷却液经管路十一（904）从所述换热通道二内排出。

6.根据权利要求5所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，所述管路一（6001）、所述管路二（7001）、所述管路三（7002）构成循环管道，所述循环管道上设置有动力装置（33），使导热介质在所述第一液体通道（31）、所述第二液体通道（61）、所述第三液体通道（71）三者之间循环。

7.根据权利要求6所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，所述循环管道外包覆有保温材料。

8.根据权利要求1所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，还包括多个输送装置，分别设置于所述去离子水罐（1）与水醇预热室（4）之间的管路上、所述甲醇原料罐（2）与水醇预热室（4）之间的管路上、所述催化燃烧室（3）与所述甲醇汽化室（8）之间的管路上。

9.根据权利要求1所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，所述重整反应室（7）设置有用于监测所述重整反应室（7）内的温度和压力的温度传感器（74）、压力传感器（75）。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的自热型甲醇水蒸气重整制氢系统，其特征在于，所述重整反应室（7）的进口和出口处分别设置有单向阀，通过所述单向阀的启闭调节，使所述重整反应室（7）内的压力值保持在1.2MPa。

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