氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统技术方案

本实用新型专利技术涉及氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统，包括重整器、三相换热装置、疏水器、水冷换热器、二氧化碳液化装置以及氢分离与水煤气重整一体式装置；液态泵的泵压为40～100Mpa，水冷换热器作业温度≤30.8℃，纯氢气在液态泵的泵压下送入氢气储罐。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％。

【技术实现步骤摘要】
氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统
本技术涉及一种氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统。
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，这根氢气的特性有关；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
本技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统，解决目前的制氢系统中水煤气重整与氢分离装置之间因分体式结构，造成制氢系统庞杂的问题。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统，包括重整器、三相换热装置、疏水器、水冷换热器、二氧化碳液化装置以及氢分离与水煤气重整一体式装置；所述重整器连接甲醇水蒸气进管以及混合气体出管；所述甲醇水蒸气进管连接三相换热装置，所述重整器适于将甲醇水蒸气制成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；所述水煤气重整一体式装置包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔，适于为反应腔提供反应温度；所述反应腔内设置氢分离腔和水煤气重整腔，所述氢分离腔位于水煤气重整腔上方，所述氢分离腔与水煤气重整腔连通；所述氢分离腔上开设混合气进口和二氧化碳混合余气出口，所述氢分离腔内插入吸氢管，适于分离出纯氢气，所述吸氢管连接纯氢气出管；所述水煤气重整腔设置催化剂填料，所述水煤气重整腔开设氢气混合余气进口；所述混合气体出管与混合气进口连接，所述二氧化碳混合余气出口连接二氧化碳混合余气出管，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液态二氧化碳出管和氢气混合余气出管，所述氢气混合余气出管与氢气混合余气进口连接；所述氢气混合余气出管上设置用于提供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，所述二氧化碳混合余气出管以及纯氢气出管均连接三相换热装置。进一步的，所述吸氢管为铌管，所述催化剂填料为铜基填料，所述反应腔的作业温度为200-350℃；或者，所述催化剂填料为锆基填料，所述反应腔的作业温度为350-550℃。进一步的，所述吸氢管为钯膜管或钯合金膜管，所述催化剂填料为锆基填料，所述反应腔的作业温度为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。又一方面，一种超高压制氢方法，采用上述超高压制氢系统，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器内，甲醇水蒸气在重整器进行重整反应生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体，然后氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体送入水煤气重整一体式装置的氢分离腔内；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、氢分离腔内吸氢管对氢气、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氢分离腔输出，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水煤气重整一体式装置的水煤气重整腔，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水煤气重整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、一氧化碳的比例相对应；S5、重整混合气进入氢分离腔内与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体相混合，所述重整混合气与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体在氢分离腔内进行氢分离作业。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。本技术的有益效果是：本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％。本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统，其特征是，包括重整器、三相换热装置、疏水器、水冷换热器、二氧化碳液化装置以及氢分离与水煤气重整一体式装置；/n所述重整器连接甲醇水蒸气进管以及混合气体出管；所述甲醇水蒸气进管连接三相换热装置，所述重整器适于将甲醇水蒸气制成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；/n所述水煤气重整一体式装置包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔，适于为反应腔提供反应温度；所述反应腔内设置氢分离腔和水煤气重整腔，所述氢分离腔位于水煤气重整腔上方，所述氢分离腔与水煤气重整腔连通；所述氢分离腔上开设混合气进口和二氧化碳混合余气出口，所述氢分离腔内插入吸氢管，适于分离出纯氢气，所述吸氢管连接纯氢气出管；所述水煤气重整腔设置催化剂填料，所述水煤气重整腔开设氢气混合余气进口；/n所述混合气体出管与混合气进口连接，所述二氧化碳混合余气出口连接二氧化碳混合余气出管，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液态二氧化碳出管和氢气混合余气出管，所述氢气混合余气出管与氢气混合余气进口连接；所述氢气混合余气出管上设置用于提供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】
1.一种氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统，其特征是，包括重整器、三相换热装置、疏水器、水冷换热器、二氧化碳液化装置以及氢分离与水煤气重整一体式装置；
所述重整器连接甲醇水蒸气进管以及混合气体出管；所述甲醇水蒸气进管连接三相换热装置，所述重整器适于将甲醇水蒸气制成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体；
所述水煤气重整一体式装置包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔，适于为反应腔提供反应温度；所述反应腔内设置氢分离腔和水煤气重整腔，所述氢分离腔位于水煤气重整腔上方，所述氢分离腔与水煤气重整腔连通；所述氢分离腔上开设混合气进口和二氧化碳混合余气出口，所述氢分离腔内插入吸氢管，适于分离出纯氢气，所述吸氢管连接纯氢气出管；所述水煤气重整腔设置催化剂填料，所述水煤气重整腔开设氢气混合余气进口；
所述混合气体出管与混合气进口连接，所述二氧化碳混合余气出口连接二氧化碳混合余气出管，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液态二氧化碳出管和氢气混合余气出管，所述氢气混合余气出管与氢气混合余气进口连接；所述氢气混合余气出管上设置用于提供氢气混...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳锌，韩涤非，矫文策，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：新型
国别省市：江苏;32