CN220811864U - 一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，属于甲醇重整制氢加氢领域。解决了现有制氢加氢效率低、成本高的问题。它包括甲醇水储罐、汽化器、流化床甲醇重整器、干燥器、氢气纯化装置、燃烧器、压缩机、储氢罐和加氢机，所述甲醇水储罐的出口端与汽化器底部的入口端连接，所述汽化器顶部的出口端与流化床甲醇重整器底部的入口端相连，所述流化床甲醇重整器顶部的出口端与干燥器入口端相连，所述流化床甲醇重整器内设置有颗粒状催化剂，所述干燥器的出口端与氢气纯化装置的入口端相连。它主要用于甲醇重整制氢加氢。
Description
技术领域
本实用新型属于甲醇重整制氢加氢领域，特别是涉及一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置。
背景技术
氢能作为一种清洁的二次能源，具有巨大的发展潜力，而燃料电池技术则可作为高效、清洁利用氢能的新技术平台之一，目前氢能和燃料电池已经成为世界能源和交通领域研究开发的热点，但氢源的供应是燃料电池商业化的瓶颈之一。加氢站是给氢能车辆加氢的重要终端，目前常见的加氢工作站基本上都是通过化工制氢，然后运输到加氢工作站给氢能汽车加氢。
制氢技术主要有煤化工制氢技术和电解水制氢技术。煤化工制氢技术本身存在污染问题，电解水制氢技术存在成本高的问题，而一般的太阳能制氢技术由于没有低成本的储能系统，导致效率不佳，成本过高的问题；加氢站的氢气需要经过运输和大量储存，而氢气最大成本就是运输和储存成本，还存在极大的安全隐患；现有技术也会通过氨裂解来实现制造氢，但是现有的氨裂解制氢效率低。
由于甲醇成本低、反应条件温和及资源丰富，以甲醇为原料制氢近年来得到广泛发展，甲醇重整制氢主要有三种方法：甲醇水蒸气重整制氢，甲醇部分氧化重整制氢和甲醇自热重整制氢。甲醇水蒸气重整制氢反应氢产率较高，但不足之处在于反应本身和原料的汽化均要吸热，制氢时需燃烧部分燃料供热，因此反应启动慢，反应器相对比较复杂，传统的甲醇重整器腔体内主要填充颗粒状催化剂，反应物进入甲醇重整器腔体内，与催化剂的接触面积有限，甲醇水蒸气重整制氢反应进行得不够充分。
加氢站的氢气来源因地区、城市资源的不同，采取不同的氢气生产方法而获得氢气，因此气源就成为了加氢站建设的制约因素之一，传统的制氢加氢系统能源利用率低、能耗高，生产成本高。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，以解决现有制氢加氢效率低、成本高的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，它包括甲醇水储罐、汽化器、流化床甲醇重整器、干燥器、氢气纯化装置、燃烧器、压缩机、储氢罐和加氢机，所述甲醇水储罐的出口端与汽化器底部的入口端连接，所述汽化器顶部的出口端与流化床甲醇重整器底部的入口端相连，所述流化床甲醇重整器顶部的出口端与干燥器入口端相连，所述流化床甲醇重整器内设置有颗粒状催化剂，所述干燥器的出口端与氢气纯化装置的入口端相连，所述氢气纯化装置设置有两个出口端，两个出口端分别连接燃烧器和压缩机的入口端，所述燃烧器的两个换热出口分别与汽化器和流化床甲醇重整器的入口端相连，所述压缩机的出口端与储氢罐的入口端相连，所述储氢罐的出口端与加氢机的入口端相连。
更进一步的，所述流化床甲醇重整器包括床层壳体、气体分布器、催化剂和均流构件，所述气体分布器设置在床层壳体腔体下部，所述均流构件设置在气体分布器上部，所述均流构件包括多个挡板状结构，多个挡板状结构交错布置在床层壳体腔体内壁上，所述床层壳体上部为扩张段结构，所述流化床甲醇重整器顶部设置有颗粒回收装置。
更进一步的，所述催化剂为Cu或ZnO或Al2O3，所述催化剂的粒径小于5mm。
更进一步的，所述气体分布器为锥型侧孔分布板结构。
更进一步的，所述颗粒回收装置为旋风分离器结构。
更进一步的，所述流化床甲醇重整器外侧设置有加热管，所述汽化器上设置有电加热器。
更进一步的，所述燃烧器的两个出口端分别与第一热交换器的冷端入口和第二热交换器的冷端入口相连，所述第一热交换器的热端出口与汽化器的入口端相连，所述第二热交换器的热端出口与流化床甲醇重整器的入口端相连。
更进一步的，所述压缩机与第三热交换器的冷端入口相连，所述第三热交换器的热端出口与燃烧器的入口端相连。
更进一步的，所述甲醇水储罐的出口端与泵的入口端相连，所述泵的出口端与汽化器底部的入口端相连。
更进一步的，所述干燥器中负载有干燥剂，所述氢气纯化装置中负载有吸附剂。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型采用甲醇的现场制氢技术，不会因氢源分布的不均影响加氢站的布局，而且相比于电解水制氢、天然气重整制氢等技术投资更小且成本更低。
2.本实用新型利用燃烧器和热交换器可以实现汽化、重整和压缩这三个部分之间的热能高效利用，形成热量的梯度利用，降低功耗，提高能源的利用率。
3.本实用新型可用于移动或现场制氢加氢，解决运氢储氢成本高的问题，并且利用化学能梯级利用，降低制氢能耗。
4.本实用新型采用流化床甲醇重整器，利用流化床设备的特点，使甲醇重整催化剂固体颗粒处于流化态，能够使重整气与催化剂颗粒充分接触，具有较高的传热传质效率，省去催化剂涂覆工艺，还可以有效抑制催化剂结焦。
5.本实用新型的汽化器和流化床甲醇重整器均采用电加热，可以有效解决甲醇重整制氢反应启动慢的问题。
6.本实用新型的流化床甲醇重整器顶部设置有扩张段和颗粒回收装置，可以有效回收甲醇重整催化剂。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置结构示意图；
图2为本实用新型所述的流化床甲醇重整器结构示意图。
1-甲醇水储罐，2-泵，3-汽化器，4-流化床甲醇重整器，5-干燥器，6-氢气纯化装置，7-燃烧器，8-第一热交换器，9-第二热交换器，10-压缩机，11-第三热交换器，12-储氢罐，13-加氢机，14-床层壳体，15-气体分布器，16-加热管，17-催化剂，18-均流构件，19-扩张段，20-颗粒回收装置。
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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。
参见图1-2说明本实施方式，一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，它包括甲醇水储罐1、汽化器3、流化床甲醇重整器4、干燥器5、氢气纯化装置6、燃烧器7、压缩机10、储氢罐12和加氢机13。
所述甲醇水储罐1的出口端通过管路与泵2的入口端相连，所述泵2的出口端通过管路与汽化器3底部的入口端相连，所述汽化器3顶部的出口端通过管路与流化床甲醇重整器4底部的入口端相连，所述流化床甲醇重整器4顶部的出口端通过管路与干燥器5入口端相连。
所述干燥器5的出口端通过管路与氢气纯化装置6的入口端相连，所述氢气纯化装置6设置有两个出口端，两个出口端分别通过管路连接燃烧器7的入口端和压缩机10的入口端，所述燃烧器7的两个出口端分别与第一热交换器8的冷端入口和第二热交换器9的冷端入口相连，所述第一热交换器8的热端出口与汽化器3的入口端相连，所述第二热交换器9的热端出口与流化床甲醇重整器4的入口端相连。
所述压缩机10的热量通过管路与第三热交换器11的冷端入口相连，所述第三热交换器11的热端出口与燃烧器7的入口端相连。所述压缩机10的出口端通过管路与储氢罐12的入口端相连，所述储氢罐12的出口端通过管路与加氢机13的入口端相连。
所述甲醇水储罐1输出的液体经过泵2加压后从汽化器3的底部的入口端进入汽化器3，所述汽化器3内的甲醇和水混合液体温度升高，达到泡点温度后，甲醇和水混合液体在汽化器3中升温汽化，汽化器3内为气液两相共存状态，产生的甲醇和水混合蒸气从汽化器3的顶部的出口端流出，与流化床甲醇重整器4的底部的入口端连通。
所述流化床甲醇重整器4包括床层壳体14、气体分布器15、催化剂17和均流构件18，所述气体分布器15设置在床层壳体14腔体下部，所述均流构件18设置在气体分布器15上部，所述均流构件18包括多个挡板状结构，多个挡板状结构交错布置在床层壳体14腔体内壁上，所述气体分布器15设置在流化床甲醇重整器4的腔体的底部，采用锥型侧孔分布板结构，起着支承催化剂17、均布气体、气体整流、稳定操作和强化传热传质的作用。所述均流构件18设置在流化床甲醇重整器4的腔体的内壁上，采用挡板结构，起着对气泡的增大进行控制或是破碎，促使气固体返混进一步减小，对床中气体固体颗粒的实际停留时间分布落实变更处理的作用。
所述床层壳体14上部为扩张段19结构，可以降低气流速度，从而防止催化剂17被气流携带出流化床甲醇重整器4。所述流化床甲醇重整器4顶部的出口端设置有颗粒回收装置20，所述颗粒回收装置20采用旋风分离器结构，可以继续收集流过扩张段19的甲醇重整催化剂17。
所述流化床甲醇重整器4内设置有颗粒状催化剂17，催化剂17采用商用最广泛的Cu或ZnO或Al2O3催化剂，为保证颗粒状催化剂17固体能够处于流化态，所述催化剂17的粒径应小于5mm。
所述流化床甲醇重整器4外侧设置有加热管16，所述汽化器3上设置有电加热器。所述汽化器3和流化床甲醇重整器4均采用电加热的形式，同时吸收来自燃烧器7的热量。
所述干燥器5和氢气纯化装置6组成氢气净化系统，所述流化床甲醇重整器4的顶部的出口端通过管路与干燥器5的入口端连通，所述干燥器5中负载有干燥剂，所述干燥器5对从流化床甲醇重整器4的顶部的出口端的反应产物气体进行预处理，脱去反应气体中的水分，所述氢气纯化装置6中负载有吸附剂，由于吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯，经过提纯后的氢气纯度可以达到99.99％，所述氢气纯化装置6将来自流化床甲醇重整器4的反应产物分为高纯氢气和其他气体，其他气体包含CO和少量H2。
所述氢气纯化装置6的两个出口端分别与燃烧器7的一个入口端和压缩机10的入口端连通，所述压缩机10将高纯氢气压缩到较高压力时释放的热量通过管路与第三热交换器11的冷端入口连通，所述第三热交换器11的热端出口通过管路与燃烧器7的入口端连通，所述压缩机10释放的热量通过第三热交换器11将热量供给燃烧器7，所述燃烧器7的两个出口端分别与第一热交换器8的冷端入口和第二热交换器9的冷端入口连通，所述第一热交换器8的热端出口通过管路与汽化器3的入口端连通，所述第二热交换器9的热端出口通过管路与流化床甲醇重整器4的入口端连通。利用燃烧器7和热交换器可以实现化学能梯级利用，降低制氢能耗。
高纯氢气从氢气纯化装置6的其中一个出口端通过管路进入所述压缩机的入口端，其他气体从氢气纯化装置6的另一个出口端通过管路进入燃烧器7的入口端，其他气体在燃烧器7中发生燃烧反应，所述燃烧器7中燃烧反应释放的热量分别用来供给汽化器3和流化床甲醇重整器4，从而能够提高热能的利用效率，进而减少能耗。
由氢气纯化装置6的出口端流出的高纯氢气通过管路与压缩机10的入口端连通，经过氢气纯化装置6提纯后的高纯氢气在压缩机10中被压缩到较高压力，所述压缩机10的出口端通过管路与储氢罐12的入口端连通，所述储氢罐12为高压储氢罐，用来储存经过压缩后的高压氢气，所述储氢罐12的出口端通过管路与加氢机13的入口端连通，所述加氢机13的出口端通过管路与加氢设备连通，从而实现移动或现场制氢加氢。
为减少散热，提高热能的利用效率，所有管路的外壁均包裹有耐高温保温棉。
使用时，从甲醇水储罐1输出的甲醇水混合液体经过泵2加压后从汽化器3的底部的入口端进入汽化器3内，甲醇水混合液体在汽化器3中升温汽化，产生的甲醇和水混合蒸气从汽化器3的顶部的出口端流出，从流化床甲醇重整器4的底部的入口端进入流化床甲醇重整器4内，流化床甲醇重整器4内负载有颗粒状甲醇重整固体催化剂17，利用流化床设备的特点，甲醇和水混合蒸气从流化床甲醇重整器4的底部的入口端进入，将甲醇重整固体催化剂17吹起，使之处于流化态，能够保证甲醇和水混合蒸气与甲醇重整固体催化剂17充分接触，同时具有较高的传热传质效率，并且无需催化剂涂覆工艺，还可以有效抑制催化剂结焦，使甲醇重整制氢反应进行得更加充分，提高产氢率。从流化床甲醇重整器4顶部流出的反应产物首先进入干燥器5进行预处理，干燥器5中负载有干燥剂，可以脱去反应产物中的多余水分，反应产物经过预处理后进入氢气纯化装置6，氢气纯化装置6将反应产物分为高纯氢气和其他气体，其他气体包括CO和少量H2，其中其他气体进入燃烧器7中发生燃烧反应，燃烧器7中燃烧反应释放的热量通过第一热交换器8和第二热交换器9分别传递给汽化器3和流化床甲醇重整器4，氢气纯化装置6分离出来的高纯氢气进入压缩机10中进行压缩，压缩机10压缩高纯氢气产生的热量通过管路与燃烧器7的入口连通，压缩机10产生的热量用来供给燃烧器7中燃烧反应的进行，经过压缩机10压缩后的高纯氢气进入储氢罐12中，储氢罐12与加氢机13连通，可用于现场或移动制氢加氢。
以上公开的本实用新型实施例只是用于帮助阐述本实用新型。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。
Claims (10)
1.一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：它包括甲醇水储罐(1)、汽化器(3)、流化床甲醇重整器(4)、干燥器(5)、氢气纯化装置(6)、燃烧器(7)、压缩机(10)、储氢罐(12)和加氢机(13)，所述甲醇水储罐(1)的出口端与汽化器(3)底部的入口端连接，所述汽化器(3)顶部的出口端与流化床甲醇重整器(4)底部的入口端相连，所述流化床甲醇重整器(4)顶部的出口端与干燥器(5)入口端相连，所述流化床甲醇重整器(4)内设置有颗粒状催化剂(17)，所述干燥器(5)的出口端与氢气纯化装置(6)的入口端相连，所述氢气纯化装置(6)设置有两个出口端，两个出口端分别连接燃烧器(7)和压缩机(10)的入口端，所述燃烧器(7)的两个换热出口分别与汽化器(3)和流化床甲醇重整器(4)的入口端相连，所述压缩机(10)的出口端与储氢罐(12)的入口端相连，所述储氢罐(12)的出口端与加氢机(13)的入口端相连。
2.根据权利要求1所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述流化床甲醇重整器(4)包括床层壳体(14)、气体分布器(15)、催化剂(17)和均流构件(18)，所述气体分布器(15)设置在床层壳体(14)腔体下部，所述均流构件(18)设置在气体分布器(15)上部，所述均流构件(18)包括多个挡板状结构，多个挡板状结构交错布置在床层壳体(14)腔体内壁上，所述床层壳体(14)上部为扩张段(19)结构，所述流化床甲醇重整器(4)顶部设置有颗粒回收装置(20)。
3.根据权利要求2所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述催化剂(17)为Cu或ZnO或Al2O3，所述催化剂(17)的粒径小于5mm。
4.根据权利要求2所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述气体分布器(15)为锥型侧孔分布板结构。
5.根据权利要求2所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述颗粒回收装置(20)为旋风分离器结构。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述流化床甲醇重整器(4)外侧设置有加热管(16)，所述汽化器(3)上设置有电加热器。
7.根据权利要求1所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述燃烧器(7)的两个出口端分别与第一热交换器(8)的冷端入口和第二热交换器(9)的冷端入口相连，所述第一热交换器(8)的热端出口与汽化器(3)的入口端相连，所述第二热交换器(9)的热端出口与流化床甲醇重整器(4)的入口端相连。
8.根据权利要求1所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述压缩机(10)与第三热交换器(11)的冷端入口相连，所述第三热交换器(11)的热端出口与燃烧器(7)的入口端相连。
9.根据权利要求1所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述甲醇水储罐(1)的出口端与泵(2)的入口端相连，所述泵(2)的出口端与汽化器(3)底部的入口端相连。
10.根据权利要求1所述的一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置，其特征在于：所述干燥器(5)中负载有干燥剂，所述氢气纯化装置(6)中负载有吸附剂。
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| CN202322658423.XU CN220811864U (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置 |
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| CN202322658423.XU CN220811864U (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 一种流化床甲醇重整制氢加氢一体化装置 |
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2023
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| GR01 | Patent grant | ||
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