一种甲醇水重整制氢系统技术方案

本申请提供了一种甲醇水重整制氢系统，包括搅拌混合甲醇水的混合器、预热甲醇水的换热器、集成的重整器和燃烧器、提纯氢气的钯膜分离器、加热钯膜分离器的第一加热器、加热钯膜分离器入口气体的第二加热器、去除CO杂质的甲烷化装置。燃烧器设置有供应甲醇的第一燃烧器入口、供应钯膜分离器含氢尾气的第二燃烧器入口，用于加热重整器，其燃烧尾气通过换热器对甲醇水进行预热。系统运行时燃烧器将重整器和换热器维持在工作温度范围。第一加热器与钯膜分离器集成，系统启动时对其进行预热并将其控制在最佳工作温度，第二加热器用于微调钯膜分离器入口气体的温度。本申请通过系统的合理设置，可以准确、高效地将各个工艺步骤控制在最佳工作温度。佳工作温度。佳工作温度。

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇水重整制氢系统


[0001]本申请涉及甲醇水重整制氢
，尤其涉及一种甲醇水重整制氢系统。

技术介绍

[0002]随着化石能源危机和环境污染日益加剧，迫切需要开发利用清洁、无污染的高效能源。氢气来源广泛、燃烧热值高、反应产物生成水，具有高效、清洁和可持续发展等优势，是未来公认的最具潜力的能源载体之一。
[0003]目前，氢气制备的传统方式包括电解水制氢和化石燃料制氢如煤、天然气和甲醇等。其中，电解水制氢需消耗大量电能且成本较高。化石燃料制氢工艺较为成熟，价格成本较低。其中甲醇重整制氢原料来源广泛且价格低廉，甲醇含氢比例高，制氢产率高，同时制氢装置可制作成撬装式或移动式甲醇水重整制氢模块，特别适用于氢燃料电池。
[0004]甲醇制氢包括三种方式，甲醇水重整制氢相比甲醇裂解制氢和甲醇部分氧化制氢，具有产氢比例高、反应温度低、应用广泛等优点。传统的甲醇重整制氢反应温度在200℃～300℃，常连接变压吸附提纯氢气，但变压吸附存在占地面积较大、投资较多、且回收率低等缺点，不太适用于燃料电池及体积受限的应用场合。
[0005]钯膜提纯利用钯对氢气选择性透过的机理，理论上能隔绝氢气以外的任何气体，氢气纯度高、占地小、集成度较高、提纯效率高，有利于高纯氢气的提纯。钯膜工作温度在350℃～430℃，对温度要求较高。
[0006]传统的甲醇重整制氢供热常使用中间换热载体如导热油为反应提供热量，但导热油长期使用易裂解变质，存在安全隐患；导热油系统需要配泵高温油泵、膨胀槽、导热油炉等设备，系统复杂且占体积较大，不利于集成。并且导热油本身温度低于350℃，重整器制取富氢气体温度低于300℃，达不到钯膜工作温度，需进行加热后才能进入钯膜提纯。
[0007]公布号为CN111825057A的专利技术专利申请提供了一种用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统及其控温方法，采用高温烟气对钯膜进行加热。公布号为CN112209341A的专利技术专利申请提供了一种甲醇重整制氢系统和工艺，设置有独立的燃烧器和重整器，通过中间换热介质向重整器进行供热。
[0008]但是上述技术方案还存在以下不足：
[0009]1.需单独配套燃烧器和缓冲室或者换热器，系统结构复杂，同时换热效果不稳定、换热效率低且热响应滞后；
[0010]2.钯膜提纯装置在启动中缺少升温装置，使装置在启动后无法立即进入最佳工作温度；同时独立设置的加热器也存在换热效率低、热响应滞后的问题，使系统控制难度增加；
[0011]3.燃烧器和/或重整器及钯膜分离器缺少压力控制，无法将系统较准确地控制在最佳工作状态。

技术实现思路

[0012]针对现有技术存在的以上缺陷，本申请提供了一种高效换热、能准确控制工艺流程各个节点温度的甲醇水重整制氢系统。
[0013]本申请提供的甲醇水重整制氢系统包括重整器、燃烧器和换热器，所述燃烧器为高压催化燃烧反应器，包括第一燃烧器入口、燃烧尾气出口；所述重整器包括第一甲醇水入口、富氢混合气出口；所述换热器包括第二甲醇水入口、甲醇水出口、燃烧尾气入口、排气口；所述甲醇水出口与所述第一甲醇水入口连接、所述燃烧尾气出口与所述燃烧尾气入口连接；所述重整器和所述燃烧器集成为一体。
[0014]采用高压催化燃烧反应器不仅便于和重整器集成，又可以利用甲醇而不需另外提供燃料，使系统易于集成和模块化。集成为一体的燃烧器和重整器可以实现高效换热、快速响应，便于系统准确控制反应温度。燃烧尾气通过换热器对甲醇水进行预热气化，进一步保证重整器处于最佳工作温度。
[0015]优选地，所述重整器为套筒式重整器，包括匹配设置的外筒和内筒，所述外筒和所述内筒的截面呈多边形或圆形或腰圆形，所述外筒和所述内筒之间设置有重整催化剂；所述内筒同时构成所述燃烧器的外壳，所述外壳内设置有燃烧催化剂。
[0016]套筒式重整器和燃烧器能够耐受高压，可在套筒两端设置拱顶状的端部，构成高压罐状容器，以承受高压催化燃烧和高压重整的工作压力。同时将燃烧器设置在内部有利于高效换热。
[0017]优选地，所述重整器为板式重整器，内部设置有重整催化剂；所述燃烧器为板式燃烧器，内部设置有燃烧催化剂；所述板式重整器和所述板式燃烧器交替堆叠布置，所述板式重整器之间并联或者串联设置，所述板式燃烧器之间并联或者串联设置。
[0018]板式重整器和板式燃烧器为模块化的子系统，易于集成至上一级系统。同时可以根据系统需要灵活增减模块的数量。
[0019]优选地，所述甲醇水重整制氢系统还包括带搅拌功能的混合器，用于将甲醇和水搅拌混合；还包括脱盐水储罐和水泵，用于向所述混合器提供最高压力3.0MPa以上的脱盐水；还包括甲醇储罐和甲醇泵、用于向所述混合器和所述第一燃烧器入口提供最高压力3.0Mpa以上的甲醇；还包括气源和气泵、用于向所述第一燃烧器入口提供最高压力3.0MPa以上的空气；所述混合器、所述换热器、所述重整器的额定压力均不小于3.0MPa。
[0020]甲醇水重整所用的脱盐水要求不含或较少含有硫、氯及重金属离子等杂质，在混合器中与甲醇按比例搅拌混合。同时水泵、甲醇泵和气泵为高压重整器和高压催化燃烧器提供合适压力的介质。
[0021]优选地，所述水泵为离心泵或涡轮泵或活塞泵；所述甲醇泵为计量泵；所述气泵为离心泵或涡轮泵或活塞泵；所述换热器为套管式或管壳式或微通道式换热器。
[0022]优选地，所述重整催化剂为高温型重整催化剂、工作温度范围为300℃至600℃；所述燃烧催化剂的最高工作温度不小于600℃，所述换热器的最高工作温度不小于600℃。
[0023]重整器的额定压力为最高允许压力，实际工作压力不高于该额定压力，用于高压重整反应的重整器的额定压力在3.0MPa或更高。采用高温重整催化剂一方面可以提高甲醇转化率，另一方面使转化产物的富氢混合气的温度较高，使之与后续的钯膜提纯工艺匹配。高压燃烧催化剂的工作温度高于重整催化剂的工作温度设置，例如可以采用Pt/Al2O3，使燃
烧器和换热器热侧的温度高于重整器的工作温度，保证温度梯度和传热效率。
[0024]优选地，所述甲醇储罐和所述第一燃烧器入口之间设置有第一流量控制阀，所述甲醇储罐和所述混合器之间设置有第二流量控制阀；所述排气口设置有第一压力控制阀。第一压力控制阀用于控制燃烧尾气和高压催化燃烧反应的压力，使其处于最佳工作状态。
[0025]优选地，所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀为针形阀；所述第一压力控制阀为背压阀、或匹配设置压力传感器的电磁阀。背压阀既可以控制压力，又起到安全阀的作用。也可采用压力传感器和电磁阀的组合进行压力控制，以实现更加准确灵活的控制。
[0026]优选地，所述甲醇水重整制氢系统还包括钯膜分离器，所述钯膜分离器包括富氢混合气入口、提纯氢气出口和分离器尾气出口；所述燃烧器还包括第二燃烧器入口；所述富氢混合气入口与所述富氢混合气出口连接，所述分离器尾气出口与所述第二燃烧器入口连接。钯膜分离器的尾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲醇水重整制氢系统，包括重整器、燃烧器和换热器，其特征在于：所述燃烧器为高压催化燃烧反应器，包括第一燃烧器入口、燃烧尾气出口；所述重整器包括第一甲醇水入口、富氢混合气出口；所述换热器包括第二甲醇水入口、甲醇水出口、燃烧尾气入口、排气口；所述甲醇水出口与所述第一甲醇水入口连接、所述燃烧尾气出口与所述燃烧尾气入口连接；所述重整器和所述燃烧器集成为一体。2.根据权利要求1所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述重整器为套筒式重整器，包括匹配设置的外筒和内筒，所述外筒和所述内筒的截面呈多边形或圆形或腰圆形，所述外筒和所述内筒之间设置有重整催化剂；所述内筒同时构成所述燃烧器的外壳，所述外壳内设置有燃烧催化剂。3.根据权利要求1所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述重整器为板式重整器，内部设置有重整催化剂；所述燃烧器为板式燃烧器，内部设置有燃烧催化剂；所述板式重整器和所述板式燃烧器交替堆叠布置，所述板式重整器之间并联或者串联设置，所述板式燃烧器之间并联或者串联设置。4.根据权利要求2或3所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：还包括带搅拌功能的混合器，用于将甲醇和水搅拌混合；还包括脱盐水储罐和水泵，用于向所述混合器提供最高压力3.0MPa以上的脱盐水；还包括甲醇储罐和甲醇泵、用于向所述混合器和所述第一燃烧器入口提供最高压力3.0Mpa以上的甲醇；还包括气源和气泵、用于向所述第一燃烧器入口提供最高压力3.0MPa以上的空气；所述混合器、所述换热器、所述重整器的额定压力均不小于3.0MPa。5.根据权利要求4所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述水泵为离心泵或涡轮泵或活塞泵；所述甲醇泵为计量泵；所述气泵为离心泵或涡轮泵或活塞泵；所述换热器为套管式或管壳式或微通道式换热器。6.根据权利要求4所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述重整催化剂为高温型重整催化剂、工作温度范围为300℃至600℃；所述燃烧催化剂的最高工作温...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓笔财，石汪权，杨振威，方骁远，张林，杜忠选，
申请(专利权)人：上海齐耀动力技术有限公司，
类型：新型
国别省市：