甲醇水蒸气与氢混合气一体式高压制氢系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种甲醇水蒸气与氢混合气一体式高压制氢系统，包括三相换热装置、重整装置、氢分离装置、疏水器、水冷换热器、制冷机以及二氧化碳液化装置；所述液态泵的泵压为18～50MPa。提升制氢系统的制氢效率，也使整个制氢系统结构得到优化精简，从而依靠该制氢系统可以做成小型的制氢设备。

【技术实现步骤摘要】
甲醇水蒸气与氢混合气一体式高压制氢系统
本技术涉及一种甲醇水蒸气与氢混合气一体式高压制氢系统。
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
本技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种甲醇水蒸气与氢混合气一体式高压制氢系统，解决以往甲醇水蒸气的重整器和水煤气重整是两个独立的设备，致使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：一种甲醇水蒸气与氢混合气一体式高压制氢系统，包括三相换热装置、重整装置、氢分离装置、疏水器、水冷换热器、制冷机以及二氧化碳液化装置；所述重整装置包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔；所述反应腔包括适于对甲醇水蒸气进行重整反应的上反应腔以及适于对氢气混合余气进行重整的下反应腔，所述上反应腔与下反应腔连通；所述上反应腔内填有铜基填料或者锆基填料，所述下反应腔内填有铜基填料或者锆基填料；所述上反应腔开设第一进口和第一出口，所述下反应腔开设第二进口；所述第一进口连接甲醇水蒸气进管，第一出口与氢分离装置进口连接，所述氢分离装置连接纯氢气出管和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，所述二氧化碳液化装置连接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第二进口连接，所述氢气混合余气出管上设置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、纯氢气出管均连接三相换热装置；所述甲醇水蒸气进管连接液态泵，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18～30.8℃。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，一种高压制氢方法，采用上述的高压制氢系统，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18～50MPa，甲醇水受热汽化成为甲醇水蒸气进入重整装置上反应腔内，甲醇水蒸气在重整装置上反应腔内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氢分离装置内；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、氢分离装置内的吸氢管对氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体进行分离，分离到的纯氢气从纯氢气出管输出被采集；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18～50MPa，水冷换热器控制的温度为18～30.8℃；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，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上反应腔内混合之后一起送入氢分离装置内再次进行氢分离作业。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。本技术的有益效果是：本技术的高压制氢系统，将传统制氢系统中的甲醇水蒸气重整的设备与针对氢气混合余气重整的设备做成一个设备，使甲醇水蒸气重整和氢气混合余气的重整可以集中在同一温度的反应腔进行，提升制氢系统的制氢效率，也使整个制氢系统结构得到优化精简，从而依靠该制氢系统可以做成小型的制氢设备。本技术高压制氢系统中，通过液态泵提供高压(18～50MPa)的制氢环境，使整个制氢系统在针对处理二氧化碳混合余气的时候，只需配置一个水冷换热器来控制二氧化碳混合余气在二氧化碳液化装置内的温度，二氧化碳混合余气在二氧化碳液化装置内的压力直接由液态泵从源头进行控制，使高压制氢系统相比低压制氢，可以省去一个空压机(低压制氢需要单独配置一个空压机来为二氧化碳混合余气提供液化工作的压力)，相比中压制氢系统，可以由传统制冷机改为现在的水冷换热器来进行温度控制，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，温度控制在18～30.8℃，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，适合将该制氢系统安装在常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲醇水蒸气与氢混合气一体式高压制氢系统，其特征是，包括三相换热装置、重整装置、氢分离装置、疏水器、水冷换热器、制冷机以及二氧化碳液化装置；/n所述重整装置包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔；所述反应腔包括适于对甲醇水蒸气进行重整反应的上反应腔以及适于对氢气混合余气进行重整的下反应腔，所述上反应腔与下反应腔连通；/n所述上反应腔内填有铜基填料或者锆基填料，所述下反应腔内填有铜基填料或者锆基填料；所述上反应腔开设第一进口和第一出口，所述下反应腔开设第二进口；/n所述第一进口连接甲醇水蒸气进管，第一出口与氢分离装置进口连接，所述氢分离装置连接纯氢气出管和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，所述二氧化碳液化装置连接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第二进口连接，所述氢气混合余气出管上设置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、纯氢气出管均连接三相换热装置；/n所述甲醇水蒸气进管连接液态泵，所述液态泵的泵压为18～50MPa；/n所述水冷换热器连接水冷塔，所述水冷换热器作业温度在18～30.8℃。/n...

【技术特征摘要】
1.一种甲醇水蒸气与氢混合气一体式高压制氢系统，其特征是，包括三相换热装置、重整装置、氢分离装置、疏水器、水冷换热器、制冷机以及二氧化碳液化装置；
所述重整装置包括反应腔，所述反应腔外设置加热腔；所述反应腔包括适于对甲醇水蒸气进行重整反应的上反应腔以及适于对氢气混合余气进行重整的下反应腔，所述上反应腔与下反应腔连通；
所述上反应腔内填有铜基填料或者锆基填料，所述下反应腔内填有铜基填料或者锆基填料；所述上反应腔开设第一进口和第一出口，所述下反应腔开设第二进口；
所述第一进口连接甲醇水蒸气进管，第一出口与氢分离装置进口连接，所述氢分离装置连接纯氢气出管和二氧化碳混合余气出管，所述二氧化碳混合余气出管依...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳锌，李佳毅，吕双江，韩涤非，赵纪军，岳野，陈芳，
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