一种基于甲烷干重整的制氢系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于甲烷干重整的制氢系统，包括第一分流器、第一混合器、第一预热器、热化学反应器、绝热水汽变换反应器、恒温水汽变换反应器、变压吸附器、二氧化碳分离设备和第二混合器。本发明专利技术利用甲烷与阀气在热化学反应器的燃烧区域燃烧为甲烷干重整反应提供热源，且在二氧化碳分离设备中将二氧化碳与阀气进行分离，二氧化碳部分用于回注到热化学反应器中，多余二氧化碳通过加压进行碳封存，进而有效实现了甲烷干重整负碳排放制备氢气，与常规的制备氢气方法，有更好的制氢效率及减碳效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于甲烷干重整的制氢系统


[0001]本专利技术涉及制氢系统
，具体涉及一种基于甲烷干重整的制氢系统。

技术介绍

[0002]化石燃料的利用伴随着二氧化碳的排放，二氧化碳作为一种典型的温室气体，其导致的温室效受到全世界的关注。而氢能是一种理想的能源载体，氢的燃烧热值是除核燃料外所有传统化石燃料和生物质燃料中最高的，高位热值达143kJ/kg。但是，氢气作为一种二次能源，地球几乎不存在以氢气为形态的天然单质氢，氢气必须从其他燃料或能源转换获得。传统的化石燃料制氢如甲烷重整制氢存在着二氧化碳排放量大，制氢效率低，而可再生能源制氢如风能制氢二氧化碳排放量低、制氢效率高，但成本较高且难以满足高产量的需求。所有在今后的相当长的一段时间内，化石燃料重整依然是制备氢气的主要途径。因此探寻一种二氧化碳排放量少、制氢效率高、综合考虑系统经济性的化石燃料制备氢气的手段成为了当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于甲烷干重整的制氢系统，其主要解决的是现有技术的制氢系统的二氧化碳排放高、制氢效率低的技术问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于甲烷干重整的制氢系统，包括第一分流器、第一混合器、第一预热器、热化学反应器、绝热水汽变换反应器、恒温水汽变换反应器、变压吸附器、二氧化碳分离设备和第二混合器，其中，第一预热器具有冷流股入口、冷流股出口、热流股入口和热流股出口，甲烷从第一分流器的输入口输入，第一分流器的第一输出口通过管路与第一混合器的甲烷输入口连接，第一混合器的输出口通过管路与第一预热器的冷流股入口连接，第一预热器的冷流股出口通过管路与热化学反应器的反应物入口连接，热化学反应器的合成气出口通过管路与第一预热器的热流股入口连接，第一预热器的热流股出口通过管路与绝热水汽变换反应器的入口连接，水蒸汽从绝热水汽变换反应器的水蒸汽入口输入，绝热水汽变换反应器的出口通过管路与恒温水汽变换反应器的入口连接，恒温水汽变换反应器的出口通过管路与变压吸附器的入口连接，变压吸附器的氢气出口输出氢气，变压吸附器的二氧化碳混合气出口通过管路与二氧化碳分离设备的入口连接，二氧化碳分离设备排出的二氧化碳气体部分地通过回注管路从第一混合器的二氧化碳回注口处回注到第一混合器中与甲烷混合，二氧化碳分离设备的阀气出口通过管路与第二混合器的阀气入口连接，第一分流器第二输出口通过管路与第二混合器的甲烷入口连接，第二混合器的出口通过管路与热化学反应器的燃料入口连接，空气从热化学反应器的空气入口输入，热化学反应器的烟气出口排出高温烟气。
[0005]进一步，所述的基于甲烷干重整的制氢系统还包括第二预热器，第二预热器具有冷流股入口、冷流股出口、热流股入口和热流股出口，空气从第二预热器的冷流股入口输
入，第二预热器的冷流股出口通过管路与热化学反应器的空气入口连接，热化学反应器的烟气出口通过管路与第二预热器的热流股入口连接，低温烟气从第二预热器的热流股出口向外界排出。
[0006]进一步，所述的基于甲烷干重整的制氢系统还包括第三预热器，第三预热器具有冷流股入口、冷流股出口、热流股入口和热流股出口，水从第三预热器的冷流股入口输入，第三预热器的冷流股出口通过管路与绝热水汽变换反应器的水蒸汽入口连接，第三预热器的热流股入口通过管路与绝热水汽变换反应器的出口连接，第三预热器的热流股出口通过管路与恒温水汽变换反应器的入口连接。
[0007]进一步，所述的基于甲烷干重整的制氢系统还包括第四预热器，第四预热器具有冷流股入口、冷流股出口、热流股入口和热流股出口，第四预热器的冷流股入口外接水源，第四预热器的冷流股出口通过管路与第三预热器的冷流股入口连接，第四预热器的热流股入口通过管路与恒温水汽变换反应器的出口连接，第四预热器的热流股出口通过管路与变压吸附器的入口连接。
[0008]进一步，所述的基于甲烷干重整的制氢系统还包括第一压缩机和第二分流器，二氧化碳分离设备的二氧化碳出口通过管路与第一压缩机的入口连接，第一压缩机的出口通过管路与第二分流器的入口连接，第二分流器的第一输出口通过管路与第一混合器的二氧化碳回注口连接，第二分流器的第二输出口排出的剩余二氧化碳进行碳封存处理。
[0009]进一步，所述的基于甲烷干重整的制氢系统还包括第二压缩机，第二压缩机的入口通过管路与第二分流器的第二输出口连接，使通过第二压缩机对第二分流器的第二输出口排出的剩余二氧化碳进行加压以进行碳封存。
[0010]上述技术方案具有如下优点或有益效果：
[0011]本专利技术所述的基于甲烷干重整的制氢系统中，甲烷先在第一分流器中分成两股输出，其中一股甲烷通入到第一混合器中并与回注到第一混合器内的二氧化碳混合形成混合气，接着混合气通入到第一预热器中吸收由热化学反应器输出的高温合成气的余热，预热后的甲烷与二氧化碳后续进入到热化学反应器的反应区域并发生甲烷干重整反应，生产热值更高的合成气，并且，由于系统后段的二氧化碳分离设备分离出来的二氧化碳被部分地回注到第一混合器内并与甲烷混合，因此，后续通入到热化学反应器中的混合气中，二氧化碳的摩尔数可呈数倍高于甲烷的摩尔数，从而最大程度地提高甲烷的转化率以提高制氢效率。并且，由于在热化学反应器回注有过量的二氧化碳气体，过量的二氧化碳气体与甲烷气体良好混合，改善了甲烷发生高温裂解形成积炭的问题以及制氢系统中碳排放问题，且二氧化碳还可直接与已生成的积炭发生反应生成一氧化碳，从而延长了热化学反应器和内部催化剂的使用寿命。后续高温合成气和水蒸气先后通入到绝热水汽变换反应器和恒温水汽变换反应器中发生水汽变换反应，进而生产氢含量更高的合成气，而后合成气通入到变压吸附器中将氢气与二氧化碳等其他气体分离进而制得纯净氢气，并且被变压吸附器分离出来的二氧化碳等其他气体接着通入到二氧化碳分离设备中将二氧化碳与阀气进行分离，分离出的二氧化碳部分地回注到制氢系统与甲烷混合形成混合气并进入到热化学反应器的反应区域中进行甲烷干重整反应生成合成气，而由二氧化碳分离设备分离出的阀气又在第二混合器中与甲烷混合作为燃料通入到热化学反应器进行燃烧，从而为甲烷干重整反应提供热源。
附图说明
[0012]图1是本专利技术实施例的制氢系统流程示意图。
[0013]标号说明：
[0014]1、第一分流器，2、第一混合器，3、第一预热器，4、热化学反应器，5、绝热水汽变换反应器，6、恒温水汽变换反应器，7、变压吸附器，8、二氧化碳分离设备，9、第二混合器，10、第二预热器，11、第三预热器，12、第四预热器，13、第一压缩机，14、第二分流器，15、第二压缩机。
具体实施方式
[0015]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述。
[0016]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于甲烷干重整的制氢系统，其特征在于：包括第一分流器(1)、第一混合器(2)、第一预热器(3)、热化学反应器(4)、绝热水汽变换反应器(5)、恒温水汽变换反应器(6)、变压吸附器(7)、二氧化碳分离设备(8)和第二混合器(9)，其中，第一预热器(3)具有冷流股入口、冷流股出口、热流股入口和热流股出口，甲烷从第一分流器(1)的输入口输入，第一分流器(1)的第一输出口通过管路与第一混合器(2)的甲烷输入口连接，第一混合器(2)的输出口通过管路与第一预热器(3)的冷流股入口连接，第一预热器(3)的冷流股出口通过管路与热化学反应器(4)的反应物入口连接，热化学反应器(4)的合成气出口通过管路与第一预热器(3)的热流股入口连接，第一预热器(3)的热流股出口通过管路与绝热水汽变换反应器(6)的入口连接，水蒸汽从绝热水汽变换反应器(5)的水蒸汽入口输入，绝热水汽变换反应器(5)的出口通过管路与恒温水汽变换反应器(6)的入口连接，恒温水汽变换反应器(6)的出口通过管路与变压吸附器(7)的入口连接，变压吸附器(7)的氢气出口输出氢气，变压吸附器(7)的二氧化碳混合气出口通过管路与二氧化碳分离设备(8)的入口连接，二氧化碳分离设备(8)排出的二氧化碳气体部分地通过回注管路从第一混合器(2)的二氧化碳回注口处回注到第一混合器(2)中与甲烷混合，二氧化碳分离设备(8)的阀气出口通过管路与第二混合器(9)的阀气入口连接，第一分流器(1)第二输出口通过管路与第二混合器(9)的甲烷入口连接，第二混合器(9)的出口通过管路与热化学反应器(4)的燃料入口连接，空气从热化学反应器(4)的空气入口输入，热化学反应器(4)的烟气出口排出高温烟气。2.根据权利要求1所述的基于甲烷干重整的制氢系统，其特征在于：所述的基于甲烷干重整的制氢系统还包括第二预热器(10)，第二预热器(10)具有冷流股入口、冷流股出口、热流股入口和热流股出口，空气从第二预热器(10)的冷流股入口输入，第二预热器(10)的冷流股出口通过管路与热化学反应器(4)的空气入口连接，热化学反应器(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏博生，黄生华，林峰，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：