CN218290443U - 一种甲醇重整转化制氢装置 - Google Patents

Abstract

一种甲醇重整转化制氢装置，涉及甲醇水重整制氢系统技术领域，包括炉体，炉体的内部填充有导热油，炉体处设置有加热装置，加热装置为炉体内的各个单元提供反应所需的热量，炉体中阵列且竖直设置有多根转化管，转化管包括有内管和外管，外管浸泡在导热油中，外管和内管的上端均连通设置，转化管的外管和内管之间装有转化催化剂，通过本装置将导热油炉系统、换热、汽化、转化全部集成在炉体内，大大简化了流程，有效降低了装置的体积及占地面积，从而降低了配套设备及管线等投资，同时在制氢过程中热损失小、系统能效高。

Description

一种甲醇重整转化制氢装置

技术领域

本实用新型涉及甲醇水重整制氢系统技术领域，更具体地说，涉及一种甲醇重整转化制氢装置。

背景技术

氢，是一种21世纪最理想的能源之一，它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；目前在我国及世界各地各种氢能源汽车已经投入使用，氢能源汽车是未来的发展方向，加氢站分布在各城市及高速路服务站，氢源的获取及储运是摆在人们面前的首要问题。

目前，氢气来源主要有两种：其一、绝大部分氢是从石油、煤炭和天然气中制取，基规模都非常大，而且通常需要在大型工业园区才能生产；其二、另一部分氢是用电解水的方法制取，这种方法需要在有充足电能的地区规模化制取。

目前氢能源用氢点只能利用高压氢气运输车转运到用氢点，由于氢气重量轻，一辆数十吨的运输车只能运输5000标方左右的氢气，除了其运输成本相当高昂外运输车本身也要很大投资，且运输车属于危险运输车，尤其不便于在城市中运行。

随着技术的进步，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，利用先进的甲醇水蒸气重整技术制取H2与CO2的混合气体，反应方程如下：(1)CH3OH→CO+2H2；(2)H2O+CO→CO2+H2；(3)CH3OH+H2O→CO2+3H2。再经氢气纯化装置分离，可分别得到H2和CO2。每0.5～0.6KG左右的甲醇就能产出1标方氢气，而一车30吨的甲醇相当于运输了5～6万方氢气，相对于高压氢气车来说其运行效率相当于12倍的高压氢气车，由于甲醇与普通汽柴油相似，运输存储都更加方便，管理也相当成熟。

在氢气充足的地方H2与CO2结合生成甲醇，利用甲醇易于存储和运输的特点，以其当成中间媒介完成氢气的存储和再分配成为一种解决办法之一。

在传统的甲醇转化重整制氢装置模式中，导热油炉系统、原料换热、汽化、过热及重整转化工序采用独立的设备完成，但对于中小型甲醇转化重整制氢装置来说，势必会增加制氢装置设备及管线、自动控制等部分的投资，且整个制氢装置体积以及占地面积过大，造成各种资源不必要的浪费。所以如何有效降低中小型甲醇转化重整制氢装置占地面积，降低配套设备及管线等投资，以达到利用甲醇这具中间媒介来存储和分配氢能，成为亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是针对现有甲醇转化重整制氢装置模式中，导热油炉系统、原料换热、汽化、过热及重整转化工序采用独立的设备完成，但对于中小型甲醇转化重整制氢装置来说，势必会增加制氢装置设备及管线，从而导致自动控制等部分的投资加大，因此，基于以上问题，提供一种中小型甲醇重整制氢装置，使得该装置集成换热、汽化、过热及重整转化工序于一体，能够有效降低装置的体积及占地面积，从而降低配套设备及管线等投资。

本实用新型提供了一种甲醇重整转化制氢装置，包括炉体，炉体的内部填充有导热油，炉体处设置有加热装置，加热装置为炉体内的各个单元提供反应所需的热量，炉体中阵列且竖直设置有多根转化管，转化管从内朝外包括有内管和外管，外管浸泡在导热油中，外管和内管的上端均连通设置，转化管的外管和内管之间装有转化催化剂，炉体的外侧分别设置有供液设备和氢气提纯设备，供液设备和氢气提纯设备通过管路与转化管相连。

优选的：转化管由下到上包括有换热段、汽化过热段和转化重整段，换热段的内管处设置有换热螺旋翅片，汽化过热段的内管处设置有过热螺旋翅片。

优选的：外管下端设置有醇水混合液入口，醇水混合液入口连接设置有醇水液入口分支管，转化管的内管下端设置有出气端，内管的出气端连接设置有转化重整气集气管，内管通过转化重整气集气管作为转化富氢气的出口。

优选的：供液设备与醇水液入口分支管连通设置，氢气提纯设备与转化重整气集气管连通设置。

优选的：加热装置包括有电加热器，电加热器设置在炉体的中部。

优选的：加热装置包括有燃气加热器、导热油循环泵和燃烧器，燃气加热器、导热油循环泵和燃烧器均设置在炉体外部。

优选的：燃气加热器的进口与导热油循环泵的出口相连，燃气加热器的出口和导热油循环泵的进口均与炉体内部相连，燃气加热器的一侧适配设置有燃烧器，燃烧器与氢气提纯设备设置有管路。

优选的：炉体为保温式炉体，炉体的外侧面设置有保温外壳，炉体的外部通过管路安装有导热油高位膨胀槽，供液设备与氢气提纯设备设置有回收管。

优选的：转化管的上端设置有可拆封盖，转化重整段的外部设置有筛网，可拆封盖的下方通过转化重整段的内部设置有过滤透气罩，转化催化剂设置在转化管处外管和内管之间。

本实用新型的有益效果为：

1.本装置将导热油炉系统、换热、汽化、转化全部集成在炉体内，大大简化了流程，有效降低了装置的体积及占地面积，从而降低了配套设备及管线等投资，同时在制氢过程中热损失小、系统能效高，其次本装置中的承压部分均为压力管道，减少了压力容器的投资。

2.本装置采用装置整体加热及保温措施，使得加热源与炉体设置为一个整体，热利用率更高，同时简化了传统的升温过程，大大缩减了装置的启动时间，热损失小，系统能效高，提高了装置的使用效率。

3.本装置将转化炉管设置成多根直立并列的方式，其按照标准设计，针对不同产的转化炉，只需增加或减少转化管的根数，大大提高了装置的灵活性。

4.本装置采用的燃烧器与氢气提纯设备的管路连接模式，使得氢气提纯设备对转化气提纯后，可以将转化气净化后产生的废气利用管路引入至燃烧器处进行燃烧，这样不仅节约能源同时还更加环保。

附图说明：

图1为本实用新型的一种甲醇重整转化制氢装置正面示意图。

图2为本实用新型的电加热器与炉体安装示意图。

图3为本实用新型的转化管内部结构示意图。

图4为本实用新型的醇水液在转化管中的转化流程图。

图5为本实用新型的一种甲醇重整转化制氢装置第二种实施例示意图。

图6为本实用新型的一种甲醇重整转化制氢装置中的醇水液整体转化流程图。

图1-图6中：1-炉体；101-保温外壳；102-导热油；2-电加热器；201-导热油循环泵；202-燃烧器；203-燃气加热器；3-转化管；301-外管；302-内管；303-换热段；304-汽化过热段；305-转化重整段；306-转化催化剂；4-换热螺旋翅片；401-过热螺旋翅片；402-可拆封盖；403-筛网；404-过滤透气罩；5-供液设备；501-醇水液入口分支管；502-醇水混合液入口；6-氢气提纯设备；601-转化重整气集气管；7-导热油高位膨胀槽。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。

实施例1

如附图1至附图6所示：一种甲醇重整转化制氢装置，包括炉体1，炉体1的外侧面设置有保温外壳101，炉体1的内部填充有导热油102，炉体1的中部设置有电加热器2，电加热器2为炉体内的各个单元提供反应所需的热量，炉体1中阵列且竖直设置有20根转化管3，转化管3从内朝外包括有内管302和外管301，外管301浸泡在导热油102中，外管301和内管302的上端均连通设置，转化管3的外管301和内管302之间装有转化催化剂306，转化管3由下到上包括有换热段303、汽化过热段304和转化重整段305，其中换热段303用于给生成的转化气降温及原料混合液升温，汽化过热段304用于给换热升温后的原料混合液汽化，并加热到过热状态，转化重整段305通过催化剂对原料进行转化反应。

实施例2

在实施例1的基础上，内管(302)外壁设置有换热螺旋翅片4和过热螺旋翅片401，其中换热螺旋翅片4用于对进入外管的常温液体进行升温，使其液体温度达到120～180°，过热螺旋翅片401用于将汽化过热段304处的热量增加至220～300°以上的过热状态，转化管3的外管301下端设置有醇水混合液入口502，醇水混合液入口502连接设置有醇水液入口分支管501，转化管3的内管302下端设置有出气端，内管302的出气端连接设置有转化重整气集气管601，内管302通过转化重整气集气管601作为转化富氢气的出口。

实施例3

在实施例1或2的基础上，炉体1为保温式炉体，炉体1的外端左侧和右侧处分别设置有供液设备5和氢气提纯设备6，供液设备5与醇水液入口分支管501连通设置，氢气提纯设备6与转化重整气集气管601连通设置，其中供液设备5包括有带自动控制的配比计量泵，供液设备5通过计量泵进行供液输送，氢气提纯设备(6)为变压吸附设备或膜分离设备。

利用上述实施例制取氢气的方法具体步骤如下：

S1、用电加热器2给炉体1内的热媒导热油通过电加热器2加热到200～350℃；

S2、原料醇水混合液经供液设备5中的泵体将其增压后进入醇水液入口分支管501，液体分别进入20根转化管3的换热段303外管，并通过换热螺旋翅片4对液体升温预热，使其达到100～160℃；

S3、预热后的混合液继续向上进入浸没在热媒中的汽化过热段304的外管处，由外部的导热油和内管302处过热螺旋翅片401处的热气，可以同时将其预热后的混合液，加热变为过热蒸汽约200～300℃；

S4、过热蒸汽继续向上进入装有催化剂的转化重整段305，进行重整反应后，变为含氢约75％的转化气，进入内管完成与外管的反向换热回收热量。在此的主要反应如下：

(1)CH3OH→CO+2H2–Q(吸热)；(2)H2O+CO→CO2+H2+Q(放热)；(3)CH3OH+H2O→CO2+3H2–Q(吸热)。

其中：催化剂为甲醇醇转化制氢催化剂，主要成份为铜锌铝。

S5、转化气在转化重整段305的内管到换热段303的内管处后冷却到80～100℃，进入转化重整气集气管601进入后面氢气提纯设备6。

S6、转化气在氢气提纯设备6中进行冷却到40℃以内、分离出来的冷凝液通过回收管排回供液设备5进行循环使用分离，利用PSA或膜分离提纯得到产品氢气。

实施例4

在上述实施例的基础上，如图3所示，转化管3的上端设置有可拆封盖402，转化重整段305的外部设置有筛网403，可拆封盖402的下方通过转化重整段305的内部设置有过滤透气罩404；

在使用时，筛网403和过滤透气罩404可以对反应的气体进行过滤并固定催化剂，同时可拆封盖402的设置，使得方便对转化管3中的催化剂进行更换。

实施例5

在上述实施例的基础上1，如图1所示，炉体1的顶部外侧连通设置有导热油高位膨胀槽7，导热油高位膨胀槽7用于因温度变化而产生体积变化的补偿，从而稳定系统热载体的压头，同时还可以用于向炉体1内补充导热油102。

实施例6

在上述实施例的基础上1，如图1和图5所示，本实用新型还存在其它实施例，例如炉体1的外部可设置燃气加热器203、导热油循环泵201和燃烧器202，其中燃气加热器203的进口与导热油循环泵201的出口相连，燃气加热器203的出口和导热油循环泵201的进口均与炉体1内部相连，燃气加热器203的一侧适配设置有燃烧器202，燃烧器202通过燃气加热器203对炉体1内的导热油102进行加热，燃烧器202的燃烧气源一部分来自外界的天然气，另一部分为氢气提纯送来的解析气；

利用上述实施例制取氢气的方法具体步骤如下：

S1、开启导热油循环泵201，用燃烧器202通过燃气加热器203给炉体1内的热媒加热到200～350℃；

S2、原料醇水混合液经供液设备5增压后进入醇水液入口分支管501，液体分别进入20根转化管3的换热段303外管，并通过换热螺旋翅片4对液体升温预热，使其达到100～160℃；

S3、预热后的混合液继续向上进入浸没在热媒中的汽化过热段304外管，由外部的导热油和内管302处过热螺旋翅片401处的热气，可以同时将其预热后的混合液，加热变为过热蒸汽约200～280℃；

S4、过热蒸汽继续向上进入装有催化剂的转化重整段305，进行重整反应后，变为含氢约75％的转化气，进入内管完成与外管的反向换热回收热量。在此的主要反应如下：

(1)CH3OH→CO+2H2–Q(吸热)；(2)H2O+CO→CO2+H2+Q(放热)；(3)CH3OH+H2O→CO2+3H2–Q(吸热)。

S5、转化气在转化重整段305的内管到换热段303的内管处后冷却到80～100℃，进入转化重整气集气管601，进入后再进入至氢气提纯设备6。

S6、转化气在氢气提纯设备6中进行冷却到40℃以内、分离出来的冷凝液通过回收管排回供液设备5进行循环使用分离，利用PSA或膜分离提纯得到产品氢气，氢气提纯设备6处的解析废气通过管路到达燃烧器202进行燃烧，作为一部分加热气体源。

Claims (9)

1.一种甲醇重整转化制氢装置，包括炉体（1），其特征在于：所述炉体（1）的内部填充有导热油（102），炉体（1）处设置有加热装置，炉体（1）中阵列且竖直设置有多根转化管（3），转化管（3）从内朝外包括有内管（302）和外管（301），外管（301）浸泡在导热油（102）中，外管（301）和内管（302）的上端均连通设置，转化管（3）的外管（301）和内管（302）之间装有转化催化剂（306），炉体（1）的外侧分别设置有供液设备（5）和氢气提纯设备（6），供液设备（5）和氢气提纯设备（6）通过管路与转化管（3）相连。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇重整转化制氢装置，其特征在于：所述转化管（3）由下到上包括有换热段（303）、汽化过热段（304）和转化重整段（305），换热段（303）的内管处设置有换热螺旋翅片（4），汽化过热段（304）的内管处设置有过热螺旋翅片（401）。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇重整转化制氢装置，其特征在于：所述外管（301）下端设置有醇水混合液入口（502），醇水混合液入口（502）连接设置有醇水液入口分支管（501），转化管（3）的内管（302）下端设置有出气端，内管（302）的出气端连接设置有转化重整气集气管（601），内管（302）通过转化重整气集气管（601）作为转化富氢气的出口。

4.根据权利要求1所述的一种甲醇重整转化制氢装置，其特征在于：所述供液设备（5）与醇水液入口分支管（501）连通设置，氢气提纯设备（6）与转化重整气集气管（601）连通设置。

5.根据权利要求1所述的一种甲醇重整转化制氢装置，其特征在于：所述加热装置包括有电加热器（2），电加热器（2）设置在炉体（1）的中部。

6.根据权利要求1所述的一种甲醇重整转化制氢装置，其特征在于：所述加热装置包括有燃气加热器（203）、导热油循环泵（201）和燃烧器（202），燃气加热器（203）、导热油循环泵（201）和燃烧器（202）均设置在炉体（1）外部。

7.根据权利要求6所述的一种甲醇重整转化制氢装置，其特征在于：所述燃气加热器（203）的进口与导热油循环泵（201）的出口相连，燃气加热器（203）的出口和导热油循环泵（201）的进口均与炉体（1）内部相连，燃气加热器（203）的一侧适配设置有燃烧器（202），燃烧器（202）与氢气提纯设备（6）设置有管路。

8.根据权利要求1所述的一种甲醇重整转化制氢装置，其特征在于：所述炉体（1）为保温式炉体，炉体（1）的外侧面设置有保温外壳（101），炉体（1）的外部通过管路安装有导热油高位膨胀槽（7），供液设备（5）与氢气提纯设备（6）设置有回收管。

9.根据权利要求1所述的一种甲醇重整转化制氢装置，其特征在于：所述转化管（3）的上端设置有可拆封盖（402），转化重整段（305）的外部设置有筛网（403），可拆封盖（402）的下方通过转化重整段（305）的内部设置有过滤透气罩（404），转化催化剂（306）设置在转化管（3）处外管和内管之间。

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