CN220618443U - 一种甲醇制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型甲醇制氢装置，包括有预热器，蒸发器，重整反应器，纯化器，催化氧化反应器，提纯气收集器及提纯气管路和二氧化碳循环管路，在该装置的热量循环时，所述纯化器的提纯气出口由所述提纯气管路与所述预热器的热量循环进口连通，所述预热器的热量循环出口与所述提纯气收集器连接，所述催化氧化反应器的二氧化碳混合气出料口由所述二氧化碳循环管路分别与所述重整反应器的供热混合气入口及所述蒸发器的热量循环进口连通，所述重整反应器的供热混合气出口和所述蒸发器的热量循环出口也均与所述二氧化碳循环管路连通。采用该新型装置可提高甲醇制氢反应装置的热效率，提高氢气产量以及减少二氧化碳的排放。
Description
技术领域
本实用新型涉及甲醇制氢技术领域，具体涉及一种甲醇制氢反应装置。
背景技术
氢能源作为我国大规模应用的一种绿色能源，具有广阔的发展前景。而由于甲醇制氢具有原料易得、储存、运输、加注方便快捷、储氢率高等优点被大力发展。
甲醇制氢技术中原理如下：
主反应：CH3OH+H2O＝CO2+3H2
副反应：CO2+H2＝CO+H2O
在该反应中会有产生大量的热量，而现有技术中对对甲醇水重整制氢的热管理主要以制氢反应器单个装置为主，对系统的其他装置考虑不足，从而导致与其他装置的热量配合利用不足,系统的热效率较低，造成了热量的浪费，降低了系统整体的能量利用率；同时对在制氢反应中产生的一氧化碳和二氧化碳直接排放至大气中，一方面造成了环境污染，另一方面也浪费了一部分热源。
实用新型内容
为全局解决现存的系统热量利用率较低、环境污染等问题，本专利申请提出一种新型的电加热甲醇水重整制氢系统。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种甲醇制氢装置，包括有预热器，蒸发器，重整反应器，纯化器，催化氧化反应器，提纯气收集器及提纯气管路和二氧化碳循环管路，其特征在于，所述预热器、蒸发器均设有进料口、出料口以及热量循环进口、热量循环出口；所述重整反应器设有甲醇水蒸汽入口、重整反应后产物出口及供热混合气入口和供热混合气出口；所述纯化器设有进料口、提纯气出口和废气出口；所述催化氧化反应器设有废气进料口和二氧化碳混合气出料口；所述预热器的出料口与所述蒸发器的进料口连通，所述蒸发器的出料口与所述甲醇水蒸汽入口连通，所述重整反应后产物出口与所述纯化器的进料口连通，所述纯化器的废气出口与所述催化氧化反应器的废气进料口连通；所述纯化器的提纯气出口由所述提纯气管路与所述预热器的热量循环进口连通，所述预热器的热量循环出口与所述提纯气收集器连接，所述催化氧化反应器的二氧化碳混合气出料口由所述二氧化碳循环管路分别与所述重整反应器的供热混合气入口及所述蒸发器的热量循环进口连通，所述重整反应器的供热混合气出口和所述蒸发器的热量循环出口也均与所述二氧化碳循环管路连通。
优选地，所述甲醇制氢装置，还包括有氧气补偿器，所述氧气补偿器包括制氧机和压缩机；所述催化氧化反应器还设有氧气进口，所述氧气进口与所述压缩机连通。
优选地，所述甲醇制氢装置还设有二氧化碳捕集器，所述二氧化碳捕集器设于所述二氧化碳循环管路的末端。
优选地，所述二氧化碳循环管路中设有二氧化碳流量计及二氧化碳调节阀。
优选地，所述纯化器采用合金膜提纯器。
优选地，所述重整反应器为管式反应器，在所述重整反应器的两端还设有管程隔板、管程和温度计安装口，所述甲醇水蒸汽入口、重整反应后产物出口设于所述重整反应器的同一端，所述温度计安装口设于所述重整反应器的另一端，所述管程隔板设于所述甲醇水蒸汽入口和重整后反应产物出口之间。
优选地，所述重整反应器还设有混合气入口导流板和混合气出口导流板，所述管程内填充有高温催化剂。
优选地，所述重整反应器中的所述供热混合气入口和所述供热混合气出口分别设于所述重整反应器的两侧，且所述供热混合气入口的数量为两个，所述供热混合气出口的数量为一个。
优选地，所述重整反应器的供热混合气入口处设有等效换热器。
与现有技术相比，本实用新型具备以下有益效果：
1)本方案使用合金膜提纯氢气技术，相比PSA提纯技术其产氢率提高了32％，使得甲醇的产氢量可以达到150-160kg。本方案中设置的CO2捕集装置，可完成CO2全捕集，实现零碳排放，且创造收益；
2)合理的热管理方法，能够将产品热量合理利用，同时将废气催化氧化，利用其热量作为系统热源，实现热量自给，降低外部能源使用，实现制氢低能耗；
3)本实用新型中的重整反应器，把供热热流合理导向，使管程能够充分利用废气催化氧化得到的热量，降低外部功耗；同时该管式反应器的结构，也能够更好的装填催化剂，并充分发挥催化剂效能，提高H2产率。
附图说明
图1为本实用新型的制氢工艺流程图
图2为本实用新型制氢工艺所采用的重整反应器
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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：
如图1-2所示，本实用新型的甲醇水制氢装置包括预热器101，蒸发器102，重整反应器103，纯化器104，催化氧化反应器105，二氧化碳捕集器112，以及提纯气管路109和二氧化碳循环管路108；所述二氧化碳捕集器112设置在二氧化碳循环管路的末端，用以捕集需要排出甲醇制氢装置的二氧化碳；所述预热器101、蒸发器102均设有进料口、出料口以及热量循环进口、热量循环出口；所述重整反应器103包括甲醇水原料入口1，供热混合气入口2，供热混合气出口4，重整反应后产物出口5，及管程9；所述纯化器104设有进料口、提纯气出口和废气出口；所述催化氧化反应器105设有废气进料口和二氧化碳混合气出料口；所述预热器的出料口与所述蒸发器的进料口连通，所述蒸发器的出料口与所述甲醇水蒸汽入口连通，所述重整混合气出口与所述纯化器的进料口连通，所述纯化器的废气出口与所述催化氧化反应器的废气进料口连通；
所述纯化器的提纯气出口由所述提纯气管路与所述预热器的热量循环进口连通，所述预热器的热量循环出口与所述提纯气收集管连接，所述催化氧化反应器的二氧化碳混合气出料口由所述二氧化碳循环管路分别与所述重整反应器的供热混合气入口2、及所述蒸发器的热量循环进口连通，所述供热混合气出口4和所述蒸发器的热量循环出口与所述二氧化碳循环管路108连通。
在该实施例中，重整反应器的供热气体为CO2。在采用该重整反应装置制氢时，原料甲醇、水按照1.0～1.2的比例配比，经过充分混合后由预热器101的进料口进入预热器101预热，预热后的原料经预热器101的出料口经蒸发器的进料口进入蒸发器102进行升温汽化，经汽化的甲醇水蒸汽由蒸发器102的出料口流出蒸发器102，并由甲醇水原料入口1进入重整反应器103内，并由重整催化剂催化进行重整反应，重整反应后产生的混合气体由重整反应后产物出口5流出，然后重整混合气107经纯化器104的进料口流入纯化器104，该实施例中纯化器104采用的是合金膜提纯器，经提纯后的氢气由纯化器104提纯的氢气由纯化器104的提纯气出口流出后，经提纯气管路由预热器101的热量循环进口进入预热器101中进行热交换后，最后经降温的H2由预热器101的热量循环出口流出预热器101，然后再由相应管路流入氢气收集罐；然后提纯器104中其余的H2、CO等高热值气体废气则经提纯器104的废气出口流出提纯器104，并经催化氧化反应器106的废气进口，进入催化氧化反应器106中进行废气氧化。经过氧化的废气，经催化氧化反应器106的二氧化碳混合气出口流入二氧化碳循环管路，把热量经过CO2循环气供给重整反应器、蒸发器，其中CO2废气分别经供热混合气入口2、汽化器的热量循环入口进入重整反应器和蒸发器，经过热交换的CO2废气再分别经供热混合气出口5和蒸发器的热量循环出口流出重整反应器和蒸发器；经过与蒸发器和重整反应器进行热交换后的CO2气体由二氧化碳捕集器112进行回收。
在该甲醇制氢装置中，重整反应温度控制在350-450℃，反应压力控制在2.5-3.0Mpa。经重整反应器反应后产生的气体有H2、CO、CO2、H2O等，摩尔分数比例约为70％、4.5％、19.5％、6.0％，H2的产率能够达到93％以上。由合金膜提纯器进行分离提纯H2，提纯收率在70％-90％。
该甲醇制氢装置中预热器所需热量来自提纯后的高温产品H2，蒸发器的热量来自于催化氧化反应器的废气，并通过对重整反应器的结构进行设计使得制氢反应所需热量也可从催化氧化器产生的废气中获得；采用该甲醇制氢装置不仅可获得高纯度的H2，同时实现了废气处理和热量自给。
实施例2：
该实施例与实施例1的区别仅在于，该甲醇制氢装置中的氧气补偿器115包括有制氧机和压缩机。其中，制氧机通过分离提纯空气中的O2为催化氧化反应器105中的催化氧化反应提供O2；压缩机则将通过制氧机提纯的O2增压至所需的压力，然后再通入催化氧化反应器105中与纯化废气在催化剂作用下进行反应。
经纯化器104纯化的废气经过催化氧化反应后得到CO2、H2O,且在CO2循环管路设置流量计及调节阀，具体的，所述流量计和调节阀均设置在二氧化碳捕集器112的前端，由此可通过流量计和调节阀调节CO2捕集器112所捕集的CO2量，以保证整个制氢装置中CO2量的平衡。通过CO2捕集装置的设置，可完成CO2全捕集，使得该甲醇制氢装置可实现零碳排放。
实施例3：
该实施例与实施例1或2的区别仅在于，所述重整反应器内还设置有供热混合气入口导流孔板7，供热混合气出口导流孔板8，所述供热混合气入口2和供热混合气出口4分别位于重整反应器本体的两侧，供热混合气入口2或供热混合气出口4可为多个，在本实施例中供热混合气入口2有两个且设于重整反应器本体的同侧，供热混合气出口4为1个设于重整反应器本体的另一侧；且所述重整反应器的供热混合气入口处设有等效换热器116以高效实现热量交换。
装置运行时，由催化氧化反应装置产生的CO2废气经供热混合气入口2进入重整反应器后，流经供热混合气入口导流板7导流以保证CO2废气热量在重整反应器中均匀传递，经过热交换的CO2废气再由供热混合气出口导流孔板8，再由供热混合气出口5流出重整反应器。
重整反应器的以上结构，通过对供热热流合理导向，使管程能够充分利用废气催化氧化得到的热量。
实施例4：
该实施例与实施例1-3任意一项的区别仅在于，所述重整反应器103本体为圆柱体；
所述重整反应器103设有甲醇水原料入口1、重整反应后产物出口5以及管程温度计安装口3；重整反应催化剂填充在管程9内。甲醇水原料入口1、重整反应后产物出口5以及管程温度计安装口3可根据需要设置一个或多个，甲醇水原料入口1和重整反应后产物出口5也可根据需要设置在重整反应器103的同端或两端。在本实施例中，重整反应器103中的甲醇水原料入口1、重整反应后产物出口5以及管程温度计安装口3均只有一个，甲醇水原料入口1和重整反应后产物出口5设置在重整反应器103的同一端，管程温度计安装口3设在重整反应器103的另一端，且重整反应器103还设有管程隔板6将重整反应器103一端的腔室进行分割，以在重整反应器103的同端形成原料容纳腔10和产物容纳腔11。
在进行重整反应时，甲醇水蒸汽由甲醇水原料入口1进入到原料容纳腔10，再经原料容纳腔流入到原料容纳腔对应的管程9内进行重整反应，再此进行重整反应产生的气体流入到重整反应器106的混合气体腔13，并由设于管程温度计安装口3内的温度计检测混合气体的温度，然后混合气体再由产物容纳腔11对应的管程9流入到产物容纳腔11，最后经重整反应后产物出口5流出重整反应器103。该重整反应器的管式结构，能够更好的装填催化剂，并充分发挥催化剂效能，提高H2产率。
综上可见，该甲醇制氢装置通过将废气催化氧化，并利用其热量作为系统热源，实现热量了自给，提高了系统的热效率；同时CO2捕集装置的设置，可完成CO2全捕集，实现零碳排放。
需要说明的是，上述实施例1至4中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。且在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种甲醇制氢装置，包括有预热器，蒸发器，重整反应器，纯化器，催化氧化反应器，提纯气收集器及提纯气管路和二氧化碳循环管路，其特征在于，所述预热器、蒸发器均设有进料口、出料口以及热量循环进口、热量循环出口；所述重整反应器设有甲醇水蒸汽入口、重整反应后产物出口及供热混合气入口和供热混合气出口；所述纯化器设有进料口、提纯气出口和废气出口；所述催化氧化反应器设有废气进料口和二氧化碳混合气出料口；
所述预热器的出料口与所述蒸发器的进料口连通，所述蒸发器的出料口与所述甲醇水蒸汽入口连通，所述重整反应后产物出口与所述纯化器的进料口连通，所述纯化器的废气出口与所述催化氧化反应器的废气进料口连通；
所述纯化器的提纯气出口由所述提纯气管路与所述预热器的热量循环进口连通，所述预热器的热量循环出口与所述提纯气收集器连接，所述催化氧化反应器的二氧化碳混合气出料口由所述二氧化碳循环管路分别与所述重整反应器的供热混合气入口及所述蒸发器的热量循环进口连通，所述重整反应器的供热混合气出口和所述蒸发器的热量循环出口也均与所述二氧化碳循环管路连通。
2.如权利要求1所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述甲醇制氢装置，还包括有氧气补偿器，所述氧气补偿器包括制氧机和压缩机；所述催化氧化反应器还设有氧气进口，所述氧气进口与所述压缩机连通。
3.如权利要求1所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述甲醇制氢装置还设有二氧化碳捕集器，所述二氧化碳捕集器设于所述二氧化碳循环管路的末端。
4.如权利要求1-3任意一项所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述二氧化碳循环管路中设有二氧化碳流量计及二氧化碳调节阀。
5.如权利要求1所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述纯化器采用合金膜提纯器。
6.如权利要求1所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述重整反应器为管式反应器，在所述重整反应器的两端还设有管程隔板、管程和温度计安装口，所述甲醇水蒸汽入口、重整反应后产物出口设于所述重整反应器的同一端，所述温度计安装口设于所述重整反应器的另一端，所述管程隔板设于所述甲醇水蒸汽入口和重整后反应产物出口之间。
7.如权利要求6所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述重整反应器还设有混合气入口导流板和混合气出口导流板，所述管程内填充有高温催化剂。
8.如权利要求6或7所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述重整反应器中的所述供热混合气入口和所述供热混合气出口分别设于所述重整反应器的两侧。
9.如权利要求1所述的甲醇制氢装置，其特征在于，所述重整反应器的供热混合气入口处设有等效换热器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |