一种制氢设备及其工艺和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种制氢设备及其工艺和应用。所述制氢设备包括：外壳，外壳形成有腔体，进料管、雾化器、反应室；雾化器接收物料；进料管接收经过雾化的物料；反应室在腔体内，包括甲醇重整反应室、CO变换反应室以及筛板，筛板设置在甲醇重整反应室和CO变换反应室之间；甲醇重整反应室使物料发生重整反应以生成第一混合气；CO变换反应室使第一混合气进行CO氧化反应生成第二混合气；第二混合气能够流入腔体内。本发明专利技术所提供的制氢设备设置了雾化器，可在进料前对液态物料进行雾化操作，使得分散均匀的物料雾滴有更大的换热面积，一方面提升物料的气化速率，另一方面也提升了热能利用效率，降低了设备的热负荷，有助于延长设备的使用寿命。

A hydrogen production equipment and its process and Application

【技术实现步骤摘要】
一种制氢设备及其工艺和应用
本专利技术涉及制氢
，特别是涉及一种制氢设备及其工艺和应用。
技术介绍
目前使用传统的甲醇重整制氢工艺是将H20与CH30H摩尔比为1.0-5.0的甲醇水溶液直接通过进料泵打入预热气化室内，通过外部热源使得甲醇水溶液在200℃以上的温度过热气化，混合气进入重整制氢设备内，重整制氢设备温度控制在250-300℃之间，生成的混合气通过后段干燥除水装置后，制备出氢气含量约占75％的重整气，最后利用变压吸附等提纯方式制备出99.99％的纯氢。而现有的方法具有如下缺陷：1.甲醇水溶液进料预热阶段，因受液体受热面积的较小的缘故，使其换热效率较低，尤其当提升进料速度后，甲醇水溶液不能及时气化，有可能导致重整催化剂被淹，使得催化剂容易破碎，并影响产气效率。2.重整干燥后的气体，因CO含量一般在3％VOL左右，无法直接对接燃料电池，必须增加一套变压吸附装置或者钯膜氢气提纯装置，制备出低CO含量的氢气。但变压吸附装置或者钯膜氢气提纯装置成本较高，耗能较大，且设备小型化难度较大。
技术实现思路
本专利技术提供一种制氢设备及其工艺和应用，以克服现有技术的缺陷。具体技术方案如下：一种制氢设备，包括：外壳，所述外壳形成有腔体；所述制氢设备还包括：进料管、雾化器、反应室；其中：雾化器设有第一进料口和第一出料口，所述第一进料口用于接收物料，所述第一出料口用于排出经过雾化的物料；进料管，所述进料管延伸至所述腔体中；所述进料管设有和第二进料口和第二出料口；所述第二进料口与所述第一出料口相连接，用于接收经过雾化的物料；所述腔体设有第一出气口；所述第二进料口和所述第一出气口设置在所述腔体的第一端；所述反应室设置在所述腔体内，所述反应室包括甲醇重整反应室、CO变换反应室以及筛板，所述筛板设置在所述甲醇重整反应室和所述CO变换反应室之间，以使所述甲醇重整反应室和所述CO变换反应室相连接并连通；所述甲醇重整反应室设有第三进料口，所述第三进料口与所述第二出料口相连接；所述甲醇重整反应室用于使所述物料发生重整反应以生成第一混合气；所述CO变换反应室用于接收所述第一混合气并进行CO氧化反应以生成第二混合气；所述CO变换反应室设有第二出气口，所述第二出气口与所述腔体相连接以使所述第二混合气能够流入所述腔体内。优选地，所述甲醇重整反应室内能够容纳有甲醇重整催化剂，所述甲醇重整反应室能够以甲醇水溶液为原料发生重整制氢反应以得到第一混合气(富氢混合气)。在甲醇重整催化剂存在的条件下，发生甲醇重整制氢的反应。反应方程式如下：CH3OH→CO+2H2H2O+CO→CO2+H2CH3OH+H2O→CO2+3H2甲醇重整制氢的反应会生成氢气，同时会产生一定的CO和CO2。所述CO变换反应室内能够容纳CO变换反应催化剂，以使所述第一混合气中的CO发生反应以生成CO2。所述的CO变换反应室，可以在CO变换反应催化剂的存在下通过一氧化碳低温催化反应来实现一氧化碳的氧化，该反应方程式如下：CO+H2O→CO2+H2本专利技术所述的制氢设备，优选地，所述雾化器选自超声波雾化器、网式雾化器和压缩雾化器等中的一种。本专利技术所述的制氢设备，优选地，还包括：加热装置；与所述反应室对应设置，用于对所述反应室加热。本专利技术所述的制氢设备，优选地，所述甲醇重整反应室距离所述第一端的距离大于所述CO变换反应室与所述第一端的距离。本专利技术所述的制氢设备，优选地，所述进料管包括主管和至少两个支管；所述第二进料口设置在所述主管的第一端，所述主管的第二端分别与各所述支管的第一端相连接，各所述支管的第二端为所述第二出料口；更优选地，所述支管包括1-50个。本专利技术所述的制氢设备，优选地，所述制氢设备的第一横截面中，包括所述支管的横截面和腔体的横截面，在所述第一横截面中，各所述支管横截面中的中空部分面积和空腔横截面的面积的比例为1：(1-50)。本专利技术所述的制氢设备，优选地，所述腔体形成有热交换区，所述热交换区位于所述第一出气口与所述反应室之间，所述热交换区和所述反应室沿所述第一出气口的轴向延伸并沿所述第一出气口的轴向排列设置，所述进料管在所述热交换区内沿所述第一出气口的轴向延伸以使所述进料管内的物料能够与所述热交换区内的第二混合气进行热交换；所述热交换区和所述反应室在所述第一出气口的轴向上的长度比为(1-100)：(3-250)。所述反应室的在所述第一出气口的轴向上的长度为30-2500个单位长度，所述反应室的长径比在2-60之间；所述热交换区在所述第一出气口的轴向上的长度为10-1000个单位长度。本专利技术所提供的制氢设备设置了雾化器，可在进料前对液态物料进行雾化操作，使得分散均匀的物料雾滴有更大的换热面积，一方面提升物料的气化速率，另一方面也提升了热能利用效率，降低了设备的热负荷，有助于延长设备的使用寿命。通过整合了重整制氢反应室和CO变换反应室，本专利技术的制氢设备可以获得CO含量更低(CO含量0.01-1％)的重整气，可满足对于气体的纯度要求更高的生产需求。本专利技术同时提供一种制氢工艺，使用上述任意一项技术方案所述的制氢设备；采用的原料为甲醇水溶液；所述制氢工艺包括如下步骤：(1)对所述原料进行雾化后，加热维持温度在200-700℃、并在甲醇重整反应催化剂存在下发生制氢反应以得到富氢混合气；(2)将所述富氢混合气在CO变换反应催化剂存在下发生CO氧化反应，即得；其中，所述甲醇重整反应催化剂包括铜、锌、铝、钯等金属或铜、锌、铝、钯等金属氧化物中的至少一种；所述CO变换反应催化剂包括铜、锌、铝、铁、钯等金属氧化物中的至少一种。本专利技术所述的制氢工艺，优选地，步骤(1)中，加热维持温度在210-300℃。本专利技术所述的制氢工艺，优选地，所述甲醇重整反应催化剂的耐受温度150-600℃，抗压碎强度100-500N/cm；更优选地，液时空速为500-5000h-1，操作压力0.1-10MPa。本专利技术所述的制氢工艺，优选地，所述CO变换反应催化剂的耐受温度200-700℃，抗压碎强度100-500N/cm；更优选地，操作空速为500-5000h-1，操作压力0.1-10MPa。作为解释和说明，补充如下：液时空速是指反应物为液相，催化剂的处理能力；具体地，是指单位反应体积每小时处理液相反应物的体积。在本专利技术的方案中，所述的甲醇重整反应催化剂的液时空速是指单位反应体积每小时处理甲醇水溶液的体积。本专利技术所述的制氢工艺，优选地，所述甲醇重整催化剂包括Cu-Zn-Al2O3；更优选为SCST-401型催化剂；和/或，所述CO变换反应催化剂包括CuO-ZnO-Al2O3；更优选SCST-231型催化剂。本专利技术所述的制氢工艺，优选地，步骤(1)中，所述雾化器为单元雾化量在2-10L/h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制氢设备，其特征在于，包括：/n外壳，所述外壳形成有腔体；所述制氢设备还包括：进料管、雾化器、反应室；其中：/n雾化器设有第一进料口和第一出料口，所述第一进料口用于接收物料，所述第一出料口用于排出经过雾化的物料；/n进料管，所述进料管延伸至所述腔体中；所述进料管设有和第二进料口和第二出料口；所述第二进料口与所述第一出料口相连接，用于接收经过雾化的物料；/n所述腔体设有第一出气口；所述第二进料口和所述第一出气口设置在所述腔体的第一端；/n所述反应室设置在所述腔体内，所述反应室包括甲醇重整反应室、CO变换反应室以及筛板，所述筛板设置在所述甲醇重整反应室和所述CO变换反应室之间，以使所述甲醇重整反应室和所述CO变换反应室相连接并连通；/n所述甲醇重整反应室设有第三进料口，所述第三进料口与所述第二出料口相连接；所述甲醇重整反应室用于使所述物料发生重整反应以生成第一混合气；所述CO变换反应室用于接收所述第一混合气并进行CO氧化反应以生成第二混合气；所述CO变换反应室设有第二出气口，所述第二出气口与所述腔体相连接以使所述第二混合气能够流入所述腔体内。/n

【技术特征摘要】
1.一种制氢设备，其特征在于，包括：
外壳，所述外壳形成有腔体；所述制氢设备还包括：进料管、雾化器、反应室；其中：
雾化器设有第一进料口和第一出料口，所述第一进料口用于接收物料，所述第一出料口用于排出经过雾化的物料；
进料管，所述进料管延伸至所述腔体中；所述进料管设有和第二进料口和第二出料口；所述第二进料口与所述第一出料口相连接，用于接收经过雾化的物料；
所述腔体设有第一出气口；所述第二进料口和所述第一出气口设置在所述腔体的第一端；
所述反应室设置在所述腔体内，所述反应室包括甲醇重整反应室、CO变换反应室以及筛板，所述筛板设置在所述甲醇重整反应室和所述CO变换反应室之间，以使所述甲醇重整反应室和所述CO变换反应室相连接并连通；
所述甲醇重整反应室设有第三进料口，所述第三进料口与所述第二出料口相连接；所述甲醇重整反应室用于使所述物料发生重整反应以生成第一混合气；所述CO变换反应室用于接收所述第一混合气并进行CO氧化反应以生成第二混合气；所述CO变换反应室设有第二出气口，所述第二出气口与所述腔体相连接以使所述第二混合气能够流入所述腔体内。


2.根据权利要求1所述的制氢设备，其特征在于，所述雾化器选自超声波雾化器、网式雾化器和压缩雾化器等中的一种。


3.根据权利要求1或2所述的制氢设备，其特征在于，还包括：
加热装置；与所述反应室对应设置，用于对所述反应室加热。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制氢设备，其特征在于，所述进料管包括主管和至少两个支管；所述第二进料口设置在所述主管的第一端，所述主管的第二端分别与各所述支管的第一端相连接，各所述支管的第二端为所述第二出料口；
优选地，所述支管包括1-50个。


5.根据权利要求4所述的制氢设备，其特征在于，所述制氢设备的第一横截面中，包括所述支管的横截面和腔体的横截面，在所述第一横截面中，各所述支管横截面中的中空部分面积和空腔横截面的面积的比例为1：(1-50)。

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【专利技术属性】
技术研发人员：周传刚，汪宏刚，刘磊，
申请(专利权)人：北京蓝玖新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11