CN220827237U - 一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，涉及氢气制备技术领域，包括原料储存容器、原料传输装置、换热装置、气化装置、重整室、燃烧室、冷凝装置、分离装置、提纯装置和产品收集装置等；本实用新型提出的一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，减少氢气损失的同时消耗更少的原料甲醇，同时，得到的氢气纯度更高，另外，一级脱碳解吸气可以用于制备食品级CO2，二级提氢解吸气热值高，可以用作燃料气通入燃料室燃烧放热，能够实现资源综合利用，最大化装置效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢气制备技术领域，特别涉及一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统。
背景技术
在我国现代化发展的进程中，由于人们仍然采用以化石能源为主的能源形式，导致环境污染和能源安全已成为两大现实难题。从长远、健康发展的角度来看，应该积极开展新能源的开发。氢气是一种环境友好、高效的二次能源，在燃烧相同质量的煤、石油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，且煤和石油燃烧产生的是二氧化碳的二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨，而氢气燃烧的产物是水，不会对环境造成污染，因此，它已经成为一种最有潜力的替代品。
制氢技术的发展是开展氢能系统的基础和前提。目前制氢技术主要有电解水制氢、天然气制氢、煤制氢和甲醇制氢等。甲醇能量密度高、廉价易得、便于运输和储存，相关人员可以从化石能源中制取甲醇，还可以从生物质能等新能源中制取甲醇，由于其独特的优势，甲醇已经成为了制氢的首选材料。相对于煤制氢和天然气制氢来说，甲醇制氢不仅成本低，而且其流程简单。
中国专利CN108249396A公开了一种甲醇水重整制氢设备，包括储存容器、原料输送装置、甲醇水输送管路、重整装置、分离装置、氢气输送管路和控制电路板，所述控制电路板分别连接原料输送装置、重整装置、分离装置，控制各个装置工作，但是其甲醇水重整制氢设备制得的氢气不稳定，转化率低，且加热气化管路不能得到很好的保护，缩短了设备的使用寿命。
现有的甲醇制氢系统，中国专利CN103569964A通常采用一段变压吸附工艺提氢，由于杂质二氧化碳的含量多，需要较多的纯净氢气对吸附剂床层进行冲洗再生，因此会损失较多的氢气。此外，提氢后的杂质气难以处理。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的制氢设备，以便克服现有制氢设备的上述缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决现有的甲醇制氢系统提氢工艺中，会损失较多的氢气，且变压吸附提氢后的杂质气难以处理的问题，提供了一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种技术方案：一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，包括原料储存容器、原料传输装置、换热装置、气化装置、重整室、燃烧室、冷凝装置、分离装置、提纯装置和产品收集装置；所述原料传输装置通过输送管路分别连接原料储存容器与换热装置，所述原料输送装置通过泵加压的方式将料储存容器中的甲醇水溶液输送至换热装置换热；所述换热装置通过管道与气化装置和冷凝装置并行连通，所述换热装置用于对甲醇水溶液的预热和重整反应后得到的混合气体换热，当混合气体通过换热装置时，放出热量以预热甲醇水溶液；所述气化装置通过管道与重整室相连通，所述重整室又通过管道与换热装置相连通，所述气化装置用于将换热后的甲醇水溶液气化过热至转化温度；所述冷凝装置通过管道依次与冷凝装置、分离装置、提纯装置和产品收集装置相连通；所述分离装置还通过管道与原料储存容器相连通；所述燃烧室通过管道与重整室和提纯装置相连通，所述燃烧室6对重整室和提纯装置加热；所述重整室内置有反应所需的催化剂，甲醇水溶液在重整室内发生反应得到富含氢气的混合气体；所述冷凝装置用于对换热后的混合气体进行冷却；所述分离装置用于对冷却后的混合气体进行气液分离；所述产品收集装置用于对提纯装置脱碳解吸气和产品氢气的收集。
作为优选，所述提纯装置为提纯室，所述产品收集装置为产品收集室，所述提纯室通过管道与燃烧室、分离装置和产品收集室相连通。
作为优选，所述提纯装置包括一级提纯室和二级提纯室，所述产品收集装置包括第一产品收集室和第二产品收集室；所述一级提纯室与第一产品收集室之间通过管道相连通，所述二级提纯室与第二产品收集室之间通过管道相连通；所述分离装置通过管道依次与一级提纯室和二级提纯室相连通；所述燃烧室通过管道与一级提纯室和二级提纯室并行连通在一起；所述提纯装置采用两段法变压吸附提纯，一级提纯室利用变压吸附通过抽真空的方式对混合气体进行脱碳，二级提纯室对脱碳后的气体利用变压吸附继续提氢。
作为优选，所述原料传输装置向原料甲醇水溶液提供压强为1～5MPa。
作为优选，所述重整室反应后得到的混合气体包括H2、CO和CO2。
作为优选，所述分离装置中设有气液分离缓冲罐，气体从分离罐上部去提纯工段，未反应的甲醇水溶液从底部排放至原料罐循环使用。
本实用新型的有益效果：本实用新型提出的一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，减少氢气损失的同时消耗更少的原料甲醇，同时，得到的氢气纯度更高，另外，一级脱碳解吸气可以用于制备食品级CO2，二级提氢解吸气热值高，可以用作燃料气通入燃料室燃烧放热，能够实现资源综合利用，最大化装置效益。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
图2为本实用新型实施例2的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，包括原料储存容器1、原料传输装置2、换热装置3、气化装置4、重整室5、燃烧室6、冷凝装置7、分离装置8、提纯装置和产品收集装置；所述原料传输装置2通过输送管路分别连接原料储存容器1与换热装置3，所述原料输送装置2通过泵加压的方式将料储存容器1中的甲醇水溶液输送至换热装置3换热；所述换热装置3通过管道与气化装置4和冷凝装置7并行连通，所述换热装置3用于对甲醇水溶液的预热和重整反应后得到的混合气体换热，当混合气体通过换热装置3时，放出热量以预热甲醇水溶液；所述气化装置4通过管道与重整室5相连通，所述重整室5又通过管道与换热装置3相连通，所述气化装置4用于将换热后的甲醇水溶液气化过热至转化温度；所述冷凝装置7通过管道依次与冷凝装置7、分离装置8、提纯装置和产品收集装置相连通；所述分离装置8还通过管道与原料储存容器1相连通；所述燃烧室6通过管道与重整室5和提纯装置相连通，所述燃烧室6对重整室5和提纯装置加热；所述重整室5内置有反应所需的催化剂，甲醇水溶液在重整室5内发生反应得到富含氢气的混合气体；所述冷凝装置7用于对换热后的混合气体进行冷却；所述分离装置8用于对冷却后的混合气体进行气液分离；所述产品收集装置用于对提纯装置脱碳解吸气和产品氢气的收集。
如图1所示，所述提纯装置为提纯室9，所述产品收集装置为产品收集室10，所述提纯室9通过管道与燃烧室6、分离装置8和产品收集室10相连通。
其中，所述原料传输装置2向原料甲醇水溶液提供压强为1～5MPa；所述重整室5反应后得到的混合气体包括H2、CO和CO2；所述分离装置8中设有气液分离缓冲罐，气体从分离罐上部去提纯工段，未反应的甲醇水溶液从底部排放至原料罐循环使用。
将原料甲醇和脱盐水按水醇比为1.7混合，并通过加压泵提供4MPa的压强输送至换热、气化装置以达到转化温度，为转化反应提供了规定的原料配比和转化温度等条件。在规定条件下，原料混合蒸汽在重整装置内发生转化反应得到混合气体（主要含有氢气和二氧化碳）；
重整反应得到的高温混合气体经过换热、冷却装置降到常温，并通过气液分离装置将气体从分离器的上部送去提纯工段，未反应的甲醇水溶液从底部排放至原料储存装置循环使用；
提纯装置内的气体采用变压吸附工艺提纯氢气，其余杂质气进入燃烧室进行燃烧供热。
经提纯工段得到的氢气纯度为99.99%，回收率达到73.5%。
实施例2
如图2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，包括原料储存容器1、原料传输装置2、换热装置3、气化装置4、重整室5、燃烧室6、冷凝装置7、分离装置8、提纯装置和产品收集装置；所述原料传输装置2通过输送管路分别连接原料储存容器1与换热装置3，所述原料输送装置2通过泵加压的方式将料储存容器1中的甲醇水溶液输送至换热装置3换热；所述换热装置3通过管道与气化装置4和冷凝装置7并行连通，所述换热装置3用于对甲醇水溶液的预热和重整反应后得到的混合气体换热，当混合气体通过换热装置3时，放出热量以预热甲醇水溶液；所述气化装置4通过管道与重整室5相连通，所述重整室5又通过管道与换热装置3相连通，所述气化装置4用于将换热后的甲醇水溶液气化过热至转化温度；所述冷凝装置7通过管道依次与冷凝装置7、分离装置8、提纯装置和产品收集装置相连通；所述分离装置8还通过管道与原料储存容器1相连通；所述燃烧室6通过管道与重整室5和提纯装置相连通，所述燃烧室6对重整室5和提纯装置加热；所述重整室5内置有反应所需的催化剂，甲醇水溶液在重整室5内发生反应得到富含氢气的混合气体；所述冷凝装置7用于对换热后的混合气体进行冷却；所述分离装置8用于对冷却后的混合气体进行气液分离；所述产品收集装置用于对提纯装置脱碳解吸气和产品氢气的收集。
如图2所示，所述提纯装置包括一级提纯室11和二级提纯室12，所述产品收集装置包括第一产品收集室13和第二产品收集室14；所述一级提纯室11与第一产品收集室13之间通过管道相连通，所述二级提纯室12与第二产品收集室14之间通过管道相连通；所述分离装置8通过管道依次与一级提纯室11和二级提纯室12相连通；所述燃烧室6通过管道与一级提纯室11和二级提纯室12并行连通在一起；所述提纯装置采用两段法变压吸附提纯，一级提纯室11利用变压吸附通过抽真空的方式对混合气体进行脱碳，二级提纯室12对脱碳后的气体利用变压吸附继续提氢。
其中，所述原料传输装置2向原料甲醇水溶液提供压强为1～5MPa；所述重整室5反应后得到的混合气体包括H2、CO和CO2；所述分离装置8中设有气液分离缓冲罐，气体从分离罐上部去提纯工段，未反应的甲醇水溶液从底部排放至原料罐循环使用。
将原料甲醇和脱盐水按水醇比为1.7混合，并通过加压泵提供4MPa的压强输送至换热、气化装置以达到转化温度，为转化反应提供了规定的原料配比和转化温度等条件。在规定条件下，原料混合蒸汽在重整装置内发生转化反应得到混合气体（主要含有氢气和二氧化碳）；
重整反应得到的高温混合气体经过换热、冷却装置降到常温，并通过气液分离装置将气体从分离器的上部送去提纯工段，未反应的甲醇水溶液从底部排放至原料储存装置循环使用；
提纯装置内的气体，首先采用一级变压吸附装置进行脱碳处理，并通过抽真空的再生方式，即再生时，使用真空泵对吸附床层抽真空，抽出的二氧化碳杂质输送到产品收集装置，可以用于制备食品级二氧化碳；经过一级变压吸附脱碳分离后的气体再通过变压吸附工艺分离提纯得到高纯度的产品氢气，二级解析气中二氧化碳含量少，热值高，可作为燃料气进入燃烧室进行燃烧供热。
经提纯工段得到的氢气纯度为99.999%，回收率达到89%。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中， 除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，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。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
本实用新型的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制，动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识，并且本实用新型主要用来保护机械装置，所以本实用新型不再详细解释控制方式和接线布置。
Claims (6)
1.一种甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，其特征在于：包括原料储存容器（1）、原料传输装置（2）、换热装置（3）、气化装置（4）、重整室（5）、燃烧室（6）、冷凝装置（7）、分离装置（8）、提纯装置和产品收集装置；
所述原料传输装置（2）通过输送管路分别连接原料储存容器（1）与换热装置（3），所述原料传输装置（2）通过泵加压的方式将料储存容器（1）中的甲醇水溶液输送至换热装置（3）换热；
所述换热装置（3）通过管道与气化装置（4）和冷凝装置（7）并行连通，所述换热装置（3）用于对甲醇水溶液的预热和重整反应后得到的混合气体换热，当混合气体通过换热装置（3）时，放出热量以预热甲醇水溶液；
所述气化装置（4）通过管道与重整室（5）相连通，所述重整室（5）又通过管道与换热装置（3）相连通，所述气化装置（4）用于将换热后的甲醇水溶液气化过热至转化温度；
所述冷凝装置（7）通过管道依次与冷凝装置（7）、分离装置（8）、提纯装置和产品收集装置相连通；
所述分离装置（8）还通过管道与原料储存容器（1）相连通；
所述燃烧室（6）通过管道与重整室（5）和提纯装置相连通，所述燃烧室（6）对重整室（5）和提纯装置加热；
所述重整室（5）内置有反应所需的催化剂，甲醇水溶液在重整室（5）内发生反应得到富含氢气的混合气体；
所述冷凝装置（7）用于对换热后的混合气体进行冷却；
所述分离装置（8）用于对冷却后的混合气体进行气液分离；
所述产品收集装置用于对提纯装置脱碳解吸气和产品氢气的收集。
2.根据权利要求1所述的甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，其特征在于：所述提纯装置为提纯室（9），所述产品收集装置为产品收集室（10），所述提纯室（9）通过管道与燃烧室（6）、分离装置（8）和产品收集室（10）相连通。
3.根据权利要求1所述的甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，其特征在于：所述提纯装置包括一级提纯室（11）和二级提纯室（12），所述产品收集装置包括第一产品收集室（13）和第二产品收集室（14）；
所述一级提纯室（11）与第一产品收集室（13）之间通过管道相连通，所述二级提纯室（12）与第二产品收集室（14）之间通过管道相连通；
所述分离装置（8）通过管道依次与一级提纯室（11）和二级提纯室（12）相连通；
所述燃烧室（6）通过管道与一级提纯室（11）和二级提纯室（12）并行连通在一起；
所述提纯装置采用两段法变压吸附提纯，一级提纯室（11）利用变压吸附通过抽真空的方式对混合气体进行脱碳，二级提纯室（12）对脱碳后的气体利用变压吸附继续提氢。
4.根据权利要求1所述的甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，其特征在于：所述原料传输装置（2）向原料甲醇水溶液提供压强为1～5MPa。
5.根据权利要求1所述的甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，其特征在于：所述重整室（5）反应后得到的混合气体包括H2、CO和CO2。
6.根据权利要求1所述的甲醇水制氢利用两段法变压吸附提纯系统，其特征在于：所述分离装置（8）中设有气液分离缓冲罐，气体从分离罐上部去提纯工段，未反应的甲醇水溶液从底部排放至原料罐循环使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |