一种集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置及方法，涉及一种制氢设备及方法。本发明专利技术采用双夹套式膜反应器来实现放热反应与吸热反应的耦合以及催化反应与产物分离过程的耦合。双套管的中心管为钯银合金透氢膜，用于原位分离反应体系的产物Ｈ↓［２］；双套管夹套内装填二重整催化剂，在管程夹套内进行二甲醚水蒸气重整催化制氢反应；双套管外的壳程内装填助燃催化剂为二甲醚水蒸气重整反应供热。本发明专利技术大幅度提高了二甲醚制氢过程的反应速率、热能利用率和产品纯度。在较低的反应温度和压力下得到高纯度的氢气，二甲醚的转化率可达８０％，氢回收率８５％，产氢规模０．０５～０．６ｍ↑［３］／ｈ、氢气纯度９９．５％、系统热效率８０％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以二甲醚为原料制取氢气的装置及方法，特别涉及一种集成式二甲醚水 蒸气重整制氢装置及方法。
技术介绍
氢能以其清洁、高效、可再生被视为本世纪最具发展潜力的能源，目前它还是一种理想 的低污染或零污染的车用能源。目前基于化学过程的液体烃(如甲醇)移动制氢过程的研究 开发，己成为当前燃料电池领域的热点课题之一。以甲醇为燃料能解决储存和运输等问题， 但甲醇比能量密度仍不理想，而且毒性较大， 一旦泄漏对人体和环境的危害都很大，另外， 加注所用的基础设施也需重新建立。近年来对二甲醚水蒸气重整制氢(DMESR)过程的研究已引起研究者的关注，二甲醚 是一种清洁的高能量密度氢载体，极易压縮成液体(0.5MPa)，物理性质类似于液化石油气(LPG)，具有含氢量高、热值高、易于储存、运输等优点，其燃烧后的排放物对环境的污染 远远小于现有各种燃料。与其它制氢方法相比，二甲醚具有原料易得、氢含量高、储运方便、 制氢条件温和等优点，适用于移动制氢。二甲醚和水蒸汽在催化剂作用下重整制氢，其反应式如下CH3OCH3 + H20 = 2CH3OH A H298 = +37 kJ / mol ( 1 )CH3OH+H20 = 3 H2 + C02 △ H298= +49 kJ / mol ( 2 )总反应为CH3OCH3 + 3H20 = 6 H2+2C02 A H298= +135 kJ / mol( 3 )二甲醚水蒸气重整制氢反应得到的氢气含量高，且反应条件温和，不足之处是二甲醚水 蒸气重整反应是一个强吸热反应，反应本身和原料水的汽化均需吸热，制氢时需燃烧部分燃 料供热。日本专利(昭63-295402)提出了用多孔玻璃-Pd-Cu复合膜反应器来制取氢的方法，该 方法采用膜反应器，使反应一分离同步进行，打破了化学平衡限制，使转化率得到提高，但 该方法为获得高的氢产率，采用较高的操作温度，能耗高，且该方法产气量低，直接产品是 氢和氩的混合气，而不是纯氢，很难分离。关于二甲醚蒸汽重整的方法与系统有相关的专利， 如CN1126709C， CN1044896C和CN1123530C等。专利CN1126709C、 CN1044896C提出在 有蒸汽情况下二甲醚催化制氢的方法，该专利使二甲醚首先水解产生含碳氧化合物和氢气混 合物后，还要对反应产物进行水气变化反应使大量一氧化碳转化成二氧化碳，并且产物中富 含一氧化碳，从而使二甲醚制氢流程复杂，能耗较高；专利CN1123530C虽然提出用蒸汽重整二甲醚产生富含氢气的方法及用部分氢气氧化供热，但该专利优选用流化床反应器，反应 操作压力较高，反应产物中气体组分复杂，很难得到较高纯度的氢气，上述专利都不适合移 动制氢或小型氢源制氢。因此，有必要设计一种更加合理的结构，充分发挥二甲醚能源的特 点及二甲醚制氢的优势，来实现二甲醚水蒸气重整制氢适用于移动制氢或小型氢源制氢。
技术实现思路
针对现有技术的不足和缺陷，本专利技术提出， 使该专利技术将燃料供热、水蒸气重整反应和富氢气体分离净化等单元设计成一体化，实现放热 反应与吸热反应的耦合以及催化反应与产物分离过程的耦合，在较低的反应温度和压力下得 到高纯度的氢气，以适用于移动制氢或小型氢源制氢。本专利技术的技术方案如下一种集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置，其特征在于该装置含有反应器本体，在反应 器本体内均匀设置多组双套管透氢组件，每组双套管透氢组件由中心管和外套管组成，所述的中心管采用钯合金膜或复合钯膜，双套管夹套内装填重整催化剂，双套管外的壳程内装填 助燃催化剂，在外套管的底部设有使重整反应尾气透过的多孔端帽；在反应器上部依次设有 施放气出口和原料气入口，在反应器顶部设有氢气出口；在反应器的下部设有点火装置，反 应器的底部分别设有空气入口和催化剂的装卸口。所述的中心管采用钯银合金膜，钯银合金膜中的钯与银的质量百分比为2.3~9: 1。优选 为3: 1。本专利技术还提供了一种采用所述集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置的方法，其特征在于该 方法按如下步骤进行1) 水和二甲醚混合后由原料气入口进入双套管夹套内，在双套管夹套内自上而下流动，在重整催化剂的作用下发生二甲醚水蒸气重整反应，重整反应温度为200 300'C，反应压力 为0.1 0.5MPa;重整催化剂采用固体酸和金属催化剂组成的复合双功能催化剂，固体酸与金属催化剂的重量比为l: 5 5 : 1;2) 二甲醚水蒸气重整反应得到的氢气经过双套管透氢组件分离后，由中心管进入反应 器上部，从反应器顶部的氢气出口排出；二甲醚水蒸气重整反应的尾气及未分离的氢气通过 多孔端帽进入反应器底部；所述中心管内的压力为常压；3) 进入反应器底部的反应尾气及未分离的氢气与空气混合，经点火装置加热后，在助燃 催化剂的作用下，在双套管外的壳程内逐步自下而上的燃烧，为二甲醚水蒸气重整反应供热; 燃烧反应尾气从施放气出口排出反应器；所述的助燃催化剂采用负载型贵金属催化剂。上述方法中，重整催化剂优选采用分子筛催化剂ZSM-5与铜基催化剂的混合物，分子 筛ZSM-5与铜基催化剂的重量比为l:2 2: 1。所述的助燃催化剂优选采用Pd/Al203贵金属 催化剂。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果该专利技术利用钯合金膜或复合钯膜 对氢气的选择透过性，及时将二甲醚水蒸气重整反应生成的氢气从产物中移出，从而提高反 应转化率，同时在较低的反应温度和压力下得到高纯度的氢气；利用双功能催化剂将二甲醚 水解反应和甲醇水蒸气重整反应耦合起来，提高二甲醚的转化率和氢气收率；利用电加热丝 将反应物预热到初始反应温度，二甲醚水蒸气重整反应开始后，将反应尾气中未反应的二甲 醚、未分离的氢气进行燃烧，为反应供热，充分利用能源；该装置将燃料供热、水蒸气重整反应和富氢气体分离净化等单元设计成一体化，实现放热反应与吸热反应的耦合以及催化反 应与产物分离过程的耦合。附图说明图1为二甲醚水蒸气重整制氢装置的典型结构示意图。 图2为二甲醚水蒸气重整制氢流程图。图屮1.空气入口； 2.封头；3.多孔端帽；4.筒体；5.助燃催化剂；6.重整催化 剂；7.施放气出口； 8.原料气入口； 9.氢气出口 ； 10.透氢管花板；11.多孔花板；12.外 套管花板；13.中心管；14.外套管；15.支撑花架；16.空气分布器；17.催化剂装卸口 ； 18.点火装置；19. 二甲醚气体钢瓶；20.泵；21.空气气体钢瓶；22.减压阀；23.质 量流量计；24.反应器；25.恒温箱；26.冷阱；27.集液罐；28.背压阀；29.湿式流 量计；30.气相色谱仪；31.主控系统。 具体实施例方式结合附图对本专利技术的结构、原理和工艺过程作进一歩地说明。图1为二甲醚水蒸气重整制氢装置的典型结构示意图。该装置含有反应器本体，在反应 器本体内均匀设置多组双套管透氢组件，每组双套管透氢组件由中心管13和外套管14组成， 在外套管14的底部设有使重整反应尾气透过的多孔端帽3;中心管采用钯合金膜或复合钯膜， 中心管内壁构成渗透腔，用于原位分离反应体系的产物H2。双套管夹套内装填二甲醚水蒸气 重整催化剂6，在双套管夹套内进行二甲醚重整催化制氢反应；双套管外的壳程内装填助燃 催化剂5，用于催化燃烧二甲本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置，其特征在于：该装置含有反应器本体，在反应器本体内均匀设置多组双套管透氢组件，每组双套管透氢组件由中心管（１３）和外套管（１４）组成，所述的中心管采用钯合金膜或复合钯膜，双套管夹套内装填重整催化剂（６），双套管外的壳程内装填助燃催化剂（５），在外套管（１４）的底部设有使重整反应尾气透过的多孔端帽（３）；在反应器上部依次设有施放气出口（７）和原料气入口（８），在反应器顶部设有氢气出口（９）；在反应器的下部设有点火装置（１８），反应器的底部分别设有空气入口（１）和催化剂的装卸口（１７）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王金福，冯冬梅，王铁峰，王德峥，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]
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