CN110386590B - 一种小型甲醇制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型甲醇制氢装置，包括混合液储存罐、计量泵、综合反应罐、汽化管、裂解管、导热油循环***、储氢管和余热回收***，汽化管位于综合反应罐的内部，裂解管设于综合反应罐内部，汽化管汽化后的气体进入裂解管内，裂解管与汽化管互不连通，裂解管内部装填有用于促进反应的催化剂；导热油循环***包括加热组件、导热油管、热泵，导热油管的两端与综合反应罐连通，以此构成导热油循环，且余热回收***可给出氢口的氢气降温，余热把混合液升温到40～60℃。本发明将汽化装置和裂解反应装置合并到一起，统一由电导热油循环***加热到指定稳定，汽化并转化制氢，从而实现加热和裂解制氢；省却了一套加热汽化装置，节约50％钢材及导热油消耗量。
Description
技术领域
本发明涉及制氢设备技术领域，尤其涉及一种小型甲醇制氢装置。
背景技术
甲醇制氢是指将甲醇与水蒸气混合后在一定温度和压力条件下经过催化剂的作用，使得甲醇发生裂解反应并最终获得氢气和二氧化碳的过程。甲醇与水蒸气重整主要化学反应式如下：
CH3OH→CO+2H2 (1)；
H2O+CO→CO2+H2 (2)；
CH3OH+H2O→CO2+3H2 (3)；
工业中甲醇制氢的具体做法是将甲醇和脱盐水按一定比例混合后送入汽化塔进行汽化，汽化后的水甲醇蒸汽经过过热器过热后进入转化器，转化器内具有催化剂，水甲醇蒸汽在转化器内经催化剂作用发生裂解反应而产生氢气和二氧化碳。现有技术中甲醇制氢设备的主要缺陷在于：1.设备整体庞大、复杂，造价高；2.离不开一机一台撬装设计的弊病；3.用于对过热器和转化器提供热源的导热油是使用不锈钢电热偶加热的，导热油受热面积不均匀，耗电量大,结圬，使用寿命短。
发明内容
本发明为解决现有技术处理的缺陷和不足，提供一种小型甲醇制氢装置，该装置缩小甲醇制氢设备的体积，降低设备制造成本(减少钢材消耗量)，提高安全可靠性，同时改变导热油的加热方式，降低耗能。
11、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种小型甲醇制氢装置，包括内部填充有导热油的综合反应罐、汽化管、裂解管、导热油循环***，所述汽化管、裂解管位于综合反应罐的内部，所述汽化管汽化后的气体进入裂解管内，所述导热油循环***包括加热组件、导热油管、热泵，所述加热组件、热泵分别与导热油管连通，导热油管的两端与综合反应罐连通，以此构成导热油循环。
本发明将汽化装置和裂解反应装置合并到一起，统一由电导热油循环***加热到指定稳定，汽化并转化制氢，从而实现加热和裂解制氢；省却了一套加热汽化装置，可节约了50％钢材及其导热油消耗量。
优选地，制氢装置还包括储氢管，所述综合反应罐的底部出氢口连接储氢管，所述储氢管为S型储氢管。将现有的储氢罐用储氢管代替，可减少占用面积，储氢罐改为大口径的管子来代替，从而使得制氢容器设计更加紧凑、操作方便、体积更小、节约了各种金属材料。
优选地，制氢装置还包括缓冲管，所述储氢管设置在缓冲管内部并延伸出缓冲管外，所述缓冲管为S型缓冲管。缓冲管为中空的S型管，因此，储氢管为S型结构，选用S型储氢管，相对于直线型结构，气体进入至S型管体，能够将竖直向下的冲击力进行分散，缓冲气体压力，减小气体的冲击力，S型结构可以起到缓冲作用；且选用S型储氢管，相对于直线储氢管，气体进入至S型管体，能够将竖直向下的冲击力进行分散，缓冲气体压力，减小气体的冲击力，S型结构可以起到缓冲作用。
优选地，制氢装置还包括余热回收***，所述余热回收***包括第一套管、第二套管，所述第一套管一端连接缓冲管的套管进口处并与缓冲管内部连通，另一端与混合液储存罐的混合液出口管路连通，所述第二套管一端连接缓冲管的套管出口并与缓冲管内部连通，另一端与混合液储存罐的出口管路连通。
本发明的余热回收***，当综合反应罐内甲醇-脱盐水通过裂解反应转化氢气，并输送至储氢管，并进入缓冲管内部的储氢管，缓冲管内的氢气气温达到146℃，同时，混合液储存罐内部的混合液沿着第一套管进入套管进口，从而进入缓冲管内部，混合液在缓冲管内部的储氢管外部流动，一方面可以给出氢口的氢气降温，另一方面，利用储氢管内部温度，吸收这146℃余热量，通过收集的余热把混合液升温到40～60℃，再由套管出口进入计量泵进口，这样就合理有效的一举二得的获得了输入综合反应罐所需要的预热温度，同时有效的为出氢口的氢气降温，以便达到压力表等运行所适合的温度。
优选地，所述混合液储存罐的混合液出口处高于缓冲管处的套管进口处，优选地，混合液储存罐的出口处高于缓冲管处的套管进口处3～5米。由于混合液储存罐的出口处高于缓冲管处的套管进口处3～5米，存在压力差，以及计量泵的作用下，混合液储存罐内部的混合液沿着第一套管进入套管进口，从而进入缓冲管内部，混合液在缓冲管内部的储氢管外部流动，
优选地，所述储氢管设有安全阀，所述缓冲管设有排污口。污水可经过排污口排出。
优选地，所述汽化管呈盘旋状盘旋于裂解管外壁。这样可以增加汽化管的延伸长度以及增大被导热油加热的面积，因而获得较好的加热效果，从而获得较好的汽化效果。
优选地，所述裂解管的底端安装不锈钢过滤网。
优选地，制氢装置还包括混合液储存罐和电磁计量泵，所述混合液储存罐与综合反应罐之间连接计量泵。
优选地，计量泵与综合反应罐连接的管路上连接有用于通入保护气的保护气管路。计量泵与综合反应罐连接的管路上连接有用于通入保护气的保护气管路，以便该制氢装置在停机期间可以充入保护气保护催化剂。
本发明的有益效果：
1、一种小型甲醇制氢装置使得甲醇制氢设备真正摆脱了制氢设备必须摆放在化工区使用的规定和化工撬装繁复的制作工艺，真正实现了民用化，并得以批量生产，应用于各行各业的需要制氢加氢的行业、以及锅炉及炉窑燃烧；
2、更加集成化、并可远程操控实时掌握工作状态；
3、储氢罐用储氢管代替，而安全阀装在大口径管线上；该机电柜使得汽化器与反应釜合二为一变为综合反应装置、结构更加紧凑、体积更加小、占地面积有效收缩，节约了大量钢材料及50％的导热油。
4、本发明的余热回收***，一方面可以给出氢口的氢气降温，另一方面，利用储氢管内部温度，吸收这146℃余热量，通过收集的余热把混合液升温到40～60℃，再由套管出口进入计量泵进口，这样就合理有效的一举二得的获得了输入综合反应罐所需要的预热温度，同时有效的为出氢口的氢气降温，以便达到压力表等运行所适合的温度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，本具体实施的方向以图1方向为标准。
本发明的一种小型甲醇制氢装置，主要包括混合液储存罐1、计量泵2、综合反应罐3、汽化管4、裂解管5、导热油循环***6、缓冲管7、余热回收***；
混合液储存罐1用于存储制氢用的甲醇和脱盐水溶液，混合液储存罐1顶端设有空气排放孔11，侧面设有混合液进口阀门12，底端设有混合液出口阀门13；混合液出口阀门13通过管路与计量泵2连接，计量泵2再与综合反应罐3连接，计量泵2与综合反应罐3连接的管路上连接有用于通入保护气的保护气管路20，保护气管路上设有保护气阀门201，以便该制氢装置在停机期间可以充入保护气保护催化剂。同时计量泵2和保护气阀门201之间设置压力表21，计量泵2与压力表21之间还设有阀门10。
综合反应罐3从上至下依次包括汽化区31、填充有导热油的反应区32，氢气区33；汽化管4的底端连接计量泵2，汽化管4呈盘旋状位于综合反应罐4的内部反应区32，并延伸出综合反应罐3的顶端，再进入至综合反应罐3内部的汽化区31内，所述汽化管4位于综合反应罐3的外侧设有汽化进口阀门41、汽化出口阀门42；
裂解管5纵向设于综合反应罐3内部反应区32，并设置有若干个，裂解管5的底端与汽化区连通，裂解管5的底端与氢气区33连通，汽化管4呈盘旋状盘旋于裂解管5外侧，且裂解管5与汽化管4互不连通，裂解管5内部装填有用于促进反应的催化剂，所述催化剂以及装填方式采用现有技术实现，为公知常识，在此不做详细描述，裂解管5的底端安装不锈钢过滤网；
导热油循环***6包括加热组件61、导热油管62、热泵63，加热组件61、热泵63分别与导热油管62连通，导热油管62的底端与综合反应罐3的反应区底端一侧连通，并在该处的导热油管62处设有导热油进口阀门64，导热油管62的另一端与综合反应罐反应区32的顶端一侧连通，并在该处的导热油管62处设有导热油出口阀门65，通过热泵将综合反应罐3内部的导热油输入至导热油管内，并用加热组件61进行加热，加热后再打开导热油进口阀门64进入综合反应罐内部，以此构成导热油循环，加热组件61为纳米稀土合金发热材料的加热管，此材料将导热油加热到指定温度，从而使导热油在容器中加热到指定温度，加热管按需求可设置为多个，本发明以3个为例，采用3个6000W的热管，能够将导热油在30～60min内加热到240～260℃，热泵63将综合反应罐3内部的导热油通过外部加热组件61加热到指定温度，通过导热油管路、热泵，进行内部循环，再稳定到指定250℃的工作温度，再通过汽化蒸气进入装有添加剂列管中裂解制氢。通过加热组件采用纳米稀土合金发热材料，使得汽化温度达到指定温度250℃，所采用稀土纳米合金发热材料，它受热面积大、稳定性好、节约电耗、使用寿命长。因它是稀土纳米合金发热材料，使用更加便携灵活，同时能够把导热油加热到转化裂解制氢所需要的指定温度，从而解决了加热问题。
综合反应罐3的底部氢气区33设有氢气出口34，氢气出口34连接一储氢管35，储氢管35设置在缓冲管7内部，并延伸出缓冲管7外部，连接锅炉、窑炉和氢能发电机等场合；储氢管35设有出氢阀门351，以及位于缓冲管7内部的储氢管35处设有安全阀352，缓冲管7为中空的S型管，因此，储氢管35为S型结构，将现有的储氢罐用储氢管代替，可减少占用面积，储氢罐改为大口径的管子来代替，从而使得制氢容器设计更加紧凑、操作方便、体积更小、节约了各种金属材料。且选用S型储氢管，相对于直线型结构，气体进入至S型管体，能够将竖直向下的冲击力进行分散，缓冲气体压力，减小气体的冲击力，S型结构可以起到缓冲作用；缓冲管7上设有排污口71、套管进口72、套管出口73，其中，套管进口72设置在缓冲管7的上端，位于储氢管35氢气出口处一侧，套管出口73设置在底端，位于储氢管35氢气进口处一侧，排污口7设置在缓冲管7的底部，上述的排污口7、套管进口72、套管出口73均与缓冲管7内部连通，且均设有阀门10。余热回收***包括第一套管81、第二套管82，其中，第一套管81一端连接缓冲管7的套管进口72，且与缓冲管7内部实现连通，第一套管81的另一端与混合液储存罐1的出口管路连通，第二套管82一端连接缓冲管7的套管出口72，且与缓冲管7内部实现连通，第一套管81的另一端与混合液储存罐1的出口管路连通，混合液储存罐1的出口管路通过一三通连接第一套管与第二套管，且混合液储存罐1的出口处高于缓冲管处的套管进口处，通过压力差和计量泵实现混合液体循环，优选地，混合液储存罐1的出口处高于缓冲管处的套管进口处3～5米。
本发明的余热回收***，当综合反应罐内甲醇-脱盐水通过裂解反应转化氢气，并输送至储氢管35，并进入缓冲管7内部的储氢管35，缓冲管7内的氢气气温达到146℃，同时，混合液储存罐1内部的混合液沿着第一套管81进入套管进口，从而进入缓冲管7内部，混合液在缓冲管7内部的储氢管外部流动，一方面可以给出氢口的氢气降温，另一方面，利用储氢管内部温度，吸收这146℃余热量，通过收集的余热把混合液升温到40～60℃，再由套管出口进入计量泵进口，这样就合理有效的一举二得的获得了输入综合反应罐所需要的预热温度，同时有效的为出氢口的氢气降温，以便达到压力表等运行所适合的温度。优选地，上述第一套管、第二套管采用镀锌管。
本发明的小型甲醇制氢装置还设有PLC控制器，PLC控制器与电磁阀门、压力表、计量泵、热泵进行连接，以实现自动化控制，此处的PLC控制器实现自动化控制采用现有技术实现。
本发明的工作原理：首先，要将甲醇混合液的汽化，通过导热油循环***加热导热油，并在综合反应罐内部进行循环，加热到甲醇混合液所需要的汽化温度，此时，甲醇混合液进入至汽化管内部，而甲醇混合液在汽化管道内吸收导热油热量并汽化，汽化后的混合液经过汽化管上端再进入至综合反应罐汽化区31并进入裂解管内部，裂解管内部装填有催化剂，此时的导热油温度在240～260℃的工作温度，并在催化剂的作用下发生裂解反应，产生氢气和二氧化碳混合气，再经缓冲储氢管出氢用于各行各业氢气用户，比如锅炉、炉窑燃烧等相关企业。当综合反应罐内甲醇-脱盐水通过裂解反应转化氢气，并输送至储氢管35，并进入缓冲管7内部的储氢管35，缓冲管7内的氢气气温达到146℃，同时，由于混合液储存罐1的出口处高于缓冲管处的套管进口处3～5米，存在压力差，以及计量泵的作用下，混合液储存罐1内部的混合液沿着第一套管81进入套管进口，从而进入缓冲管7内部，混合液在缓冲管7内部的储氢管外部流动，一方面可以给出氢口的氢气降温，另一方面，利用储氢管内部温度，吸收这146℃余热量，通过收集的余热把混合液升温到40～60℃，再由套管出口进入计量泵进口，这样就合理有效的一举二得的获得了输入综合反应罐所需要的预热温度，同时有效的为出氢口的氢气降温，以便达到压力表等运行所适合的温度。
本发明的未特别说明的阀门在图中均用10标注。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种小型甲醇制氢装置，其特征在于，包括混合液储存罐、内部填充有导热油的综合反应罐、汽化管、裂解管、导热油循环***、储氢管、缓冲管、余热回收***，所述汽化管、裂解管位于综合反应罐的内部，所述汽化管汽化后的气体进入裂解管内，所述导热油循环***包括加热组件、导热油管、热泵，所述加热组件、热泵分别与导热油管连通，导热油管的两端与综合反应罐连通，以此构成导热油循环，所述综合反应罐的底部出氢口连接储氢管，所述储氢管为S型储氢管，所述储氢管设置在缓冲管内部并延伸出缓冲管外；
所述缓冲管上设有排污口、套管进口、套管出口，所述套管进口设置在所述缓冲管的上端，位于所述储氢管氢气出口处一侧，所述套管出口设置在所述缓冲管的底端，位于所述储氢管氢气进口处一侧，所述排污口设置在所述缓冲管的底部，所述排污口、所述套管进口、所述套管出口均与所述缓冲管内部连通，且均设有阀门；
所述余热回收***包括第一套管、第二套管，所述第一套管一端连接所述套管进口处并与缓冲管内部连通，另一端与混合液出口管路连通，所述第二套管一端连接所述套管出口并与缓冲管内部连通，另一端与混合液储存罐的出口管路连通。
2.根据权利要求1所述的小型甲醇制氢装置，其特征在于，混合液储存罐的出口处高于缓冲管处的套管进口处3～5米。
3.根据权利要求1所述的小型甲醇制氢装置，其特征在于，所述储氢管设有安全阀。
4.根据权利要求1所述的小型甲醇制氢装置，其特征在于，所述汽化管呈盘旋状盘旋于裂解管外侧。
5.根据权利要求1所述的小型甲醇制氢装置，其特征在于，所述裂解管的底端安装不锈钢过滤网。
6.根据权利要求1所述的小型甲醇制氢装置，其特征在于，所述混合液储存罐与综合反应罐之间连接计量泵。
7.根据权利要求6所述的小型甲醇制氢装置，其特征在于，计量泵与综合反应罐连接的管路上连接有用于通入保护气的保护气管路。
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