电解水制氢与CO制造技术

本实用新型专利技术提供了一种电解水制氢与CO

【技术实现步骤摘要】
电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置
本技术属于合成天然气
，涉及一种电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置。
技术介绍
随着全球二氧化碳排放量问题日益严重，开发CO2作为潜在的含碳资源的技术日益受到重视，其中，利用CO2甲烷化合成天然气(SyntheticNaturalGas，SNG)的技术是目前重要的研究领域。CO2甲烷化即利用H2和CO2/CO反应制备甲烷的技术，然而CO2甲烷化是一个强放热反应，H2参与CO2/CO甲烷化的过程中，损失至少约64％的能量。如何利用甲烷化反应产生的废热，以及如何保证甲烷化反应相对稳定的反应是目前的重要课题。与此同时，电解水制氢是一种常用的制氢方法，由于电解过程中电解阻力的存在，也会损失大量的能量。整体来看，由于能量转换效率低、成本较高，限制了CO2甲烷化合成天然气技术的应用。现有专利如中国专利[CN201210380047.6]公开了一种生产合成天然气的方法及装置，将原料气分为四股后通过四段甲烷化反应，同时配套独立蒸汽体系，工艺流程复杂且成本较高。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述问题，提供一种电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置。为达到上述目的，本技术采用了下列技术方案：一种电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置，包括水箱、换热器、气体混合器和气液分离反应器，还包括电解水制氢单元和甲烷化单元，所述水箱的出水口经管道通过换热器与电解水制氢单元连接，所述的电解水制氢单元与气体混合器相连，所述的气体混合器的混合气出口经管道与甲烷化单元相连，所述的甲烷化单元与换热器和气液分离反应器依次相连，所述的气液分离反应器的液体出口经管道与水箱相连。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，所述的电解水制氢单元包括经管道依次相连的电解水制氢装置和氢气净化装置。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，所述的电解水制氢装置包括水蒸气处理装置和电解水制氢设备，所述的水蒸气处理装置入口与换热器水蒸气出口相连，所述的电解水制氢设备与水蒸气处理装置出口相连。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，所述的电解水制氢设备分别与氢气收集装置、氧气收集装置和废气收集装置相连，所述的氢气收集装置与氢气净化装置入口相连。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，所述的电解水制氢设备为高温电解水制氢设备、碱性电解水制氢设备或聚合物薄膜电解水制氢设备中的一种。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，其特征在于，所述的甲烷化单元由若干个串联的催化反应套组组成。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，所述的催化反应套组由依次相连的甲烷化反应器和分离器组成。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，还包括与所述的气体混合器相连的二氧化碳发生单元。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，二氧化碳发生单元由碳源装置和二氧化碳纯化装置组成，所述的碳源装置气体出口和二氧化碳纯化装置气体入口相连，所述的二氧化碳纯化装置气体出口和气体混合器相连。在上述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置中，所述的二氧化碳发生单元还包括二氧化碳分离装置，所述的碳源装置和二氧化碳分离装置气体入口相连，所述的二氧化碳分离装置的气体出口和二氧化碳纯化装置气体入口相连。与现有的技术相比，本技术的优点在于：1、本技术通过热交换将甲烷化释放的热量回收电解水单元利用，减少电解水制氢过程中能量的损耗，同时将反应过程中产生的水重复利用。降低CO2甲烷化制合成天然气的制备成本且无污染。2、本技术利用沼气或高炉煤气中丰富的CO2作为碳源，既减少了污染，同时也避免了传统CO2甲烷化合成天然气工艺中利用CO2/CO混体系造成的反应不稳定的问题。3、本技术将甲烷化反应过程中的热量和水直接利用，而不是现有技术中将热量进行移转，装置流程合理，具备大规模应用的可能。附图说明图1是本技术的具体实施方式之一的装置图。图2是本技术的具体实施方式之二的装置图。图3是本技术的具体实施方式之三的装置图。图中，水箱1、换热器2、气体混合器4、气液分离反应器7、电解水制氢单元3、甲烷化单元6、电解水制氢装置31、氢气净化装置32、水蒸气处理装置311、电解水制氢设备312、氢气收集装置313、氧气收集装置314、废气收集装置315、催化反应套组61、甲烷化反应器611、分离器612、二氧化碳发生单元5、碳源装置51、二氧化碳纯化装置52。具体实施方式如图1-3所示，一种电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置，包括电解水制氢单元3、二氧化碳发生单元5和甲烷化单元6。水箱1的出水口经管道通过换热器2与电解水制氢单元3连接，电解水制氢单元3和二氧化碳发生单元5分别与气体混合器4相连，气体混合器4的混合气出口经管道与甲烷化单元6相连，甲烷化单元6与换热器2和气液分离反应器7依次相连，气液分离反应器7的液体出口经管道与水箱相连。电解水制氢单元3包括经管道依次相连的电解水制氢装置31和氢气净化装置32。二氧化碳发生单元5由碳源装置51和二氧化碳纯化装置52组成。碳源装置51气体出口和二氧化碳纯化装置52气体入口相连，二氧化碳纯化装置52气体出口和气体混合器4相连。甲烷化单元6由若干个串联的催化反应套组61组成。在本实施例中，电解水制氢装置31包括水蒸气处理装置311和电解水制氢设备312，水蒸气处理装置311入口与换热器2水蒸气出口相连，电解水制氢设备312与水蒸气处理装置311出口相连。上述的水箱1、换热器2、气体混合器4、气液分离反应器7、氢气净化装置32、水蒸气处理装置311、电解水制氢设备312、碳源装置51、二氧化碳纯化装置52，均可以采用市售产品。其中水箱1可采用不锈钢过滤水箱。换热器2和水蒸气处理装置311可选用如中国专利[CN101023300A]的热交换装置和配套的过热水蒸气发生装置。气体混合器4可采用管式静态混合器。气液分离反应器7可采用旋风式或精密芯式气水分离器。氢气净化装置32即高纯氢气的制取装置，优选方案为使氢气先通过氢气纯化器进行预纯化处理将氢气纯度由99.8％提高到99.99％，再利用钯管提纯氢气设备将99.99％氢气提纯到99.9999％。电解水制氢设备312为高温电解水制氢设备、碱性电解水制氢设备或聚合物薄膜电解水制氢设备中的一种。碳源装置51为沼气储存罐或高炉煤气储存罐。二氧化碳纯化装置52可采用市售的二氧化碳脱硫提纯装置。本领域技术人员应当理解，电解水制氢设备312在电解水制氢的过程中会产生氢气、氧气和废气，需要分别进行收集处理，因此本实施例中电解水制氢设备312分别与氢气收集装置313、氧气收集装置314和废气收集装置315相连，所述的氢气收集装置313与氢气净化装置3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解水制氢与CO

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置，包括水箱(1)、换热器(2)、气体混合器(4)和气液分离反应器(7)，其特征在于，还包括电解水制氢单元(3)和甲烷化单元(6)，所述水箱(1)的出水口经管道通过换热器(2)与电解水制氢单元(3)连接，所述的电解水制氢单元(3)与气体混合器(4)相连，所述的气体混合器(4)的混合气出口经管道与甲烷化单元(6)相连，所述的甲烷化单元(6)与换热器(2)和气液分离反应器(7)依次相连，所述的气液分离反应器(7)的液体出口经管道与水箱(1)相连。


2.根据权利要求1所述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置，其特征在于，所述的电解水制氢单元(3)包括经管道依次相连的电解水制氢装置(31)和氢气净化装置(32)。


3.根据权利要求2所述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置，其特征在于，所述的电解水制氢装置(31)包括水蒸气处理装置(311)和电解水制氢设备(312)，所述的水蒸气处理装置(311)入口与换热器(2)水蒸气出口相连，所述的电解水制氢设备(312)与水蒸气处理装置(311)出口相连。


4.根据权利要求3所述的电解水制氢与CO2甲烷化制合成天然气的装置，其特征在于，所述的电解水制氢设备(312)分别与氢气收集装置(313)、氧气收集装置(314)和废气收集装置(315)相连，所述的氢气收集装置(313)与氢气净化装置(32)入口相连。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆，胡强，吴剑，张桂敏，
申请(专利权)人：清华四川能源互联网研究院，
类型：新型
国别省市：四川;51