重整、分离一体式超高压制氢系统及其制氢方法技术方案

本发明专利技术涉及一种重整、分离一体式超高压制氢系统，包括重整分离装置、三相换热装置、疏水器、水冷换热器以及二氧化碳液化装置；所述液态泵的泵压为18～50Mpa，所述水冷换热器连接水冷塔，所述水冷换热器作业温度在≤30.8℃，纯氢气在液态泵的泵压下送入氢气储罐。一种超高压制氢方法，甲醇水蒸气在上反应腔进行重整反应，然后吸氢管对混合气体进行氢气分离；重整混合气的比例，与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的比例相接近；吸氢管对重整混合气与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体进行氢分离作业。实现对系统内的气体进行循环纯化，理论收率可达到100％，实现氢气收率≥95％。

Reforming and separation integrated ultra-high pressure hydrogen production system and its hydrogen production method

【技术实现步骤摘要】
重整、分离一体式超高压制氢系统及其制氢方法
本专利技术涉及一种重整、分离一体式超高压制氢系统及其制氢方法。
技术介绍
氢能源作为21世纪最理想的能源，作为汽车燃料，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机做多大的改进。氢燃料电池作为发电系统。无污染，燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式－－最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等)，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。无噪声，燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合范围更广，包括室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。高效率，燃料电池的发电效率可以达到50％以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换，因为多一次能源转化，效率就减少一次。目前氢能源加氢站的氢气的主要来源是用储能罐由外地运回，整个加氢站需要存储大量的氢气；研究发现，氢能源产业中的氢气包括四个环节，氢气制备、氢气储存、氢气运输、氢气添加(往氢能源车中加氢气)，其中，氢气制备和氢气添加这两个环节目前比较安全，而氢气储存环节比较容易发生事故，氢气运输环节成本较高，这跟氢气的特性有关；目前新闻中经常会出现加氢站发生爆炸的问题和加氢费用高的原因。因此，为降低现在加氢站大量储存氢气的问题，缩短或者精简掉氢气运输环节的高成本，需要去重新设计一种加氢站系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种重整、分离一体式超高压制氢系统，解决以往甲醇水蒸气的重整器、氢气分离、水煤气重整是三个独立的设备，致使制氢系统庞杂的问题。同时又提供一种超高压制氢方法，解决目前制氢过程复杂、不能实现循环制氢的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种重整、分离一体式超高压制氢系统，包括重整分离装置、三相换热装置、疏水器、水冷换热器以及二氧化碳液化装置；所述重整分离装置包括上反应腔和下反应腔，所述上反应腔和下反应腔连通，所述上反应腔填充第一催化填料，所述下反应腔内填充第二催化填料；所述上反应腔开设用于输入甲醇水蒸气的第一进口以及用于输出二氧化碳混合余气的第一出口，所述上反应腔内插入吸氢管，所述吸氢管对于上反应腔内的混合气体进行吸氢分离，并将吸附的氢气从吸氢管输出；所述下反应腔开设有用于输入氢气混合余气的第二进口；所述第一进口连接甲醇水蒸气进管，所述吸氢管出口连接纯氢气出管，第一出口连接二氧化碳混合余气出管，所述甲醇水蒸气进管、纯氢气出管以及二氧化碳混合余气出管均连接三相换热装置，所述二氧化碳混合余气出管依次连接疏水器、水冷换热器以及二氧化碳液化装置，所述二氧化碳液化装置连接氢气混合余气出管，所述氢气混合余气出管连接重整分离装置的第二进口，所述氢气混合余气出管上设置有用于提升管内氢气混合余气输送压力的气泵；；所述甲醇水蒸气进管连接液态泵，所述液态泵的泵压为40～100Mpa，所述水冷换热器连接水冷塔，所述水冷换热器作业温度在≤30.8℃，所述氢气出管内的纯氢气在液态泵的泵压下送入氢气储罐。进一步的，所述吸氢管为铌管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔作业的温度为200～500℃。进一步的，所述吸氢管为钯膜管或钯合金膜管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔作业的温度为250～550℃。进一步的，所述纯氢气出管连接储氢罐，纯氢气在液态泵的泵压下送入储氢罐内，所述储氢罐连接加氢机，所述储氢罐连接加氢机。又一方面，一种超高压制氢方法，采用上述的重整、分离一体式超高压制氢系统，包括以下步骤：S1、液态泵将甲醇水送入甲醇水蒸气管进管，泵压为40～100Mpa，甲醇水受热汽化成为甲醇水蒸气进入重整分离装置的上反应腔内，甲醇水蒸气在上反应腔进行重整反应生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体，然后吸氢管对生成的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体行氢气分离；所述氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分为氢气65～75％、二氧化碳20～26％、0.3～3％一氧化碳；S2、吸氢管对氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体进行分离，分离到的纯氢气从吸氢管输出被采集，纯氢气在液态泵的泵压下送入氢气储罐；剩余的二氧化碳混合余气从二氧化碳混合余气出管输出，二氧化碳混合余气经液态泵控制压力，水冷换热器控制二氧化碳混合余气的温度，然后将二氧化碳混合余气送入二氧化碳分离装置内进行二氧化碳液化分离；所述二氧化碳混合余气的气相组分为氢气25～45％、二氧化碳55～75％、水0～3％、0.3～3％一氧化碳；所述液态泵控制的压力为40～100Mpa，水冷换热器控制的温度为≤30.8℃；S3、所述二氧化碳混合余气在二氧化碳分离器内制成液态二氧化碳和氢气混合余气，液态二氧化碳输出收集；所述氢气混合余气的组分为氢气65～75％、二氧化碳20～26％、一氧化碳3～9％；S4、将氢气混合余气送入重整分离装置的下反应腔内，配水制成重整混合气，根据一氧化碳的含量进行配水，配水比(一氧化碳：水)为1:1～20；将送入的氢气混合余气在下反应腔内配水重整成重整混合气，所述重整混合气的气相组分为氢气62～77％、二氧化碳22～27％、一氧化碳0.5～1.5％；以使所述重整混合气中氢气、二氧化碳、一氧化碳的比例，与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体中氢气、二氧化碳、一氧化碳的比例相接近；S5、重整混合气进入上反应腔内，与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体相混合，吸氢管对重整混合气与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体进行氢分离作业。进一步的，输出的纯氢气和二氧化碳混合余气均经过三相换热装置换热降温之后输出，所述甲醇水经过三相换热装置换热汽化为甲醇水蒸气。进一步的，所述甲醇水由天然气替换。本专利技术的有益效果是：本专利技术的超高压制氢系统，采用甲醇水作为原料，制氢系统的作业压力由液态泵来进行控制，控制在超高压(40～100MPa)环境下制氢，并且，通过水冷换热器和水冷塔来控制二氧化碳混合余气在进入二氧化碳分离器的作业温度，温度控制≤30.8℃，水冷换热器和水冷塔控温的优点在于成本低、运行稳定可靠。本专利技术的制氢效率高，实现对系统内的气体进行循环纯化，理论收率可达到100％，实现氢气收率≥95％。本专利技术的甲醇水超高压制氢系统的工作方法最大的特点在于，通过在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重整、分离一体式超高压制氢系统，其特征是，包括重整分离装置、三相换热装置、疏水器、水冷换热器以及二氧化碳液化装置；/n所述重整分离装置包括上反应腔和下反应腔，所述上反应腔和下反应腔连通，所述上反应腔填充第一催化填料，所述下反应腔内填充第二催化填料；/n所述上反应腔开设用于输入甲醇水蒸气的第一进口以及用于输出二氧化碳混合余气的第一出口，所述上反应腔内插入吸氢管，所述吸氢管对于上反应腔内的混合气体进行吸氢分离，并将吸附的氢气从吸氢管输出；所述下反应腔开设有用于输入氢气混合余气的第二进口；/n所述第一进口连接甲醇水蒸气进管，所述吸氢管出口连接纯氢气出管，第一出口连接二氧化碳混合余气出管，所述甲醇水蒸气进管、纯氢气出管以及二氧化碳混合余气出管均连接三相换热装置，所述二氧化碳混合余气出管依次连接疏水器、水冷换热器以及二氧化碳液化装置，所述二氧化碳液化装置连接氢气混合余气出管，所述氢气混合余气出管连接重整分离装置的第二进口，所述氢气混合余气出管上设置有用于提升管内氢气混合余气输送压力的气泵；；/n所述甲醇水蒸气进管连接液态泵，所述液态泵的泵压为40～100Mpa，所述水冷换热器连接水冷塔，所述水冷换热器作业温度在≤30.8℃，所述氢气出管内的纯氢气在液态泵的泵压下送入氢气储罐。/n...

【技术特征摘要】
1.一种重整、分离一体式超高压制氢系统，其特征是，包括重整分离装置、三相换热装置、疏水器、水冷换热器以及二氧化碳液化装置；
所述重整分离装置包括上反应腔和下反应腔，所述上反应腔和下反应腔连通，所述上反应腔填充第一催化填料，所述下反应腔内填充第二催化填料；
所述上反应腔开设用于输入甲醇水蒸气的第一进口以及用于输出二氧化碳混合余气的第一出口，所述上反应腔内插入吸氢管，所述吸氢管对于上反应腔内的混合气体进行吸氢分离，并将吸附的氢气从吸氢管输出；所述下反应腔开设有用于输入氢气混合余气的第二进口；
所述第一进口连接甲醇水蒸气进管，所述吸氢管出口连接纯氢气出管，第一出口连接二氧化碳混合余气出管，所述甲醇水蒸气进管、纯氢气出管以及二氧化碳混合余气出管均连接三相换热装置，所述二氧化碳混合余气出管依次连接疏水器、水冷换热器以及二氧化碳液化装置，所述二氧化碳液化装置连接氢气混合余气出管，所述氢气混合余气出管连接重整分离装置的第二进口，所述氢气混合余气出管上设置有用于提升管内氢气混合余气输送压力的气泵；；
所述甲醇水蒸气进管连接液态泵，所述液态泵的泵压为40～100Mpa，所述水冷换热器连接水冷塔，所述水冷换热器作业温度在≤30.8℃，所述氢气出管内的纯氢气在液态泵的泵压下送入氢气储罐。


2.根据权利要求1所述的重整、分离一体式超高压制氢系统，其特征是，所述吸氢管为铌管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔作业的温度为200～500℃。


3.根据权利要求1所述的重整、分离一体式超高压制氢系统，其特征是，所述吸氢管为钯膜管或钯合金膜管，第一催化填料为铜基填料或者锆基填料，第二催化填料为铜基填料或者锆基填料，所述加热腔作业的温度为250～550℃。


4.根据权利要求1所述的重整、分离一体式超高压制氢系统，其特征是，所述纯氢气出管连接储氢罐，纯氢气在液态泵的泵压下送入储氢罐内，所述储氢罐连接加氢机，所述储氢罐连接加氢机。


5.一种超高压制氢方法，其特征是，采用权利要求1-4中任意一项所述的重整、分离一体式超高压制氢系统，包括以下步骤：
S1、液态泵将甲醇水送入甲醇水蒸气管...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳锌，韩涤非，岳野，李佳毅，赵纪军，李军，周思，
申请(专利权)人：中科液态阳光苏州氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32