CN110817793A - 氢分离与水煤气重整一体式装置 - Google Patents

氢分离与水煤气重整一体式装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氢分离与水煤气重整一体式装置，包括反应腔，反应腔内设置氢分离腔和水煤气重整腔，所述氢分离腔内***吸氢管，适于分离出纯氢气；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；吸氢管对氢分离腔内的混合气体进行吸氢分离，分离的纯氢气由吸氢管的纯氢气出口输出，分离的二氧化碳混合余气从二氧化碳混合余气出口输出。将氢分离腔和水煤气重整腔集成在同一个反应腔内，使氢分离和水煤气重整作业温度控制在同一个区间，实现水煤气重整与氢分离一体，优化整个制氢***的布局结构。

Description

氢分离与水煤气重整一体式装置
技术领域
本发明涉及一种氢分离与水煤气重整一体式装置。
背景技术
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***。
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。。
目前的制氢***是一个比较庞大的***工程，如在中国在先申请专利-专利号为：201420661615.4，专利名称为：甲醇水制氢机，在该专利中介绍的制氢***为，先将甲醇水汽化为甲醇水蒸气，然后将甲醇水蒸气送入重整器生成氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体(氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分为65～75％氢气、20～26％二氧化碳、0.3-3％一氧化碳；)，再将氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体送入氢分离装置，通过氢分离装置将氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体中的氢气分离出来，并被采集收集。分离出来的二氧化碳混合气体的气相组分包括氢气25～45％、二氧化碳55～75％、0.3-3％一氧化碳以及水0～3％，对于二氧化碳混合气体仍然含有一定量的氢气、二氧化碳，因此只要对二氧化碳混合气体进行重整，这部分混合气仍然可以再次进入氢分离装置内进行氢分离，实现对二氧化碳混合气体的循环利用；
目前具体操作是，控制二氧化碳混合气体的压力和温度，液化出一部分二氧化碳，然后剩余的就是氢气混合余气，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％，控制氢气混合余气孔二氧化碳组分含量在20～26％，与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体中二氧化碳含量先对应，然后再将氢气混合余气进行水煤气配水重整，生成重整混合气，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％；降低氢气混合余气中一氧化碳的含量，增加氢气组分含量至62～77％，从而使重整混合气气相组分与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分相对应，由于组分对应，因此，重整混合气可以再次进入氢分离装置循环进行氢气分离。
以上是对于目前制氢***介绍，目前的制氢***中，氢分离装置和水煤气重整装置是两个独立的设备，两个设备之间需要通过管路进行连接，造成整个制氢***庞杂，也造成制氢***的制氢效率低。
发明内容
本发明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装置，解决以往氢分离装置和水煤气重整装置之间为分体式结构造成的***庞杂的问题。
本发明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***吸氢管，适于分离出纯氢气；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；
甲醇水蒸气生成的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体从混合气进口送入氢分离腔内，氢气混合余气送入水煤气重整腔内进行重整变为重整混合气，所述重整混合气的气相组分与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体气相组分相对应，所述重整混合气进入氢分离腔内之后与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体混合，所述吸氢管对氢分离腔内的混合气体进行吸氢分离，分离的纯氢气由吸氢管的纯氢气出口输出，分离的二氧化碳混合余气从二氧化碳混合余气出口输出。
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，所述氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分为65～75％氢气、20～26％二氧化碳、0.3-3％一氧化碳；
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％、0.3-3％一氧化碳以及水0～3％；
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％；
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％。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种氢分离与水煤气重整一体式装置，将氢分离腔和水煤气重整腔集成在同一个反应腔内，使氢分离和水煤气重整作业温度控制在同一个区间，实现水煤气重整与氢分离一体，优化整个制氢***的布局结构。
一方面，制氢是无害的，零态排放；另一方面，把二氧化碳减排做成甲醇，温室气体变成有用的甲醇液态燃料，拿甲醇液态燃料来做加氢站，太阳燃料的来源非常丰富，光、风、水、核能都可以，二氧化碳加氢制甲醇，甲醇可以运输，储存与运输都不是问题。整体来看就解决了制、储、运、装等问题，
第一，液态阳光加氢站解决了高压加氢站的安全问题；第二，解决了氢的储存、运输、安全问题；第三，氢可以作为再生能源，实现全流程清洁的目标；第四，液态阳光加氢站可以回收二氧化碳，实现二氧化碳减排，不再进一步产生二氧化碳，二氧化碳就一直在那里边循环；第五，液态阳光加氢站技术还可以扩展到其他的化学合成领域，也可以用在化学加氢上；第六，可以与加油站、加甲醇站多元共站。特别适合社区分布式热电联用的能源供给和现行的加油站。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明氢分离与水煤气重整一体式装置示意图；
其中，31、水煤气重整腔，32、氢分离腔，33、吸氢管，34、加热腔。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步的说明。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，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例一
如图1所示，一种氢分离与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34，适于为反应腔提供反应温度；所述反应腔内设置氢分离腔32和水煤气重整腔31，所述氢分离腔32位于水煤气重整腔31上方，所述氢分离腔32与水煤气重整腔31连通；氢分离腔32与水煤气重整腔31在同一个反应温度下进行作业。
所述氢分离腔32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32内***吸氢管，适于分离出纯氢气；所述水煤气重整腔31设置催化剂填料，所述水煤气重整腔31开设氢气混合余气进口。
本实施例中，所述吸氢管33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℃。
或者，吸氢管33选用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℃。
铜基填料或者锆基填料对应两种不同的催化温度，铜基填料对应的催化温度低于锆基填料，铜基填料催化反应温度在200-350℃，锆基填料催化反应温度在350-550℃。
甲醇水蒸气生成的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体，氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分为65～75％氢气、20～26％二氧化碳、0.3-3％一氧化碳；氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体从混合气进口进入氢分离腔32内；氢气混合余气从氢气混合余气进口进入水煤气重整腔31内，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％；氢气混合余气在水煤气重整腔31内进行配水重整反应，根据一氧化碳的含量进行配水，配水比(一氧化碳：水)为1:0.9～1，水煤气重整反应公式为：CO+H2O→CO2+H2；氢气混合余气送入水煤气重整腔31内进行重整变为重整混合气，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％；重整混合气进入氢分离腔32内之后与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体混合，所述吸氢管33对氢分离腔32内的混合气体进行吸氢分离，分离的纯氢气由吸氢管33的纯氢气出口输出，分离的二氧化碳混合余气从二氧化碳混合余气出口输出，二氧化碳混合余气的气相组分为氢气25～45％、二氧化碳55～75％、0.3-3％一氧化碳以及水0～3％。
实施例二
本实施例基于实施例一，不同之处，在于将吸氢管33为钯膜管或钯合金膜管，此时的催化剂填料为锆基填料，所述反应腔的作业温度为250-550℃。钯膜管或钯合金膜管与锆基填料搭配，温度控制在250-550℃；
按照上述的温度要求，氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体在氢分离腔32内经吸氢管33进行分离，分离的纯氢气由吸氢管33的纯氢气出口输出，分离的二氧化碳混合余气从二氧化碳混合余气出口输出，二氧化碳混合余气的气相组分可以控制在为氢气25～45％、二氧化碳55～75％、0.3-3％一氧化碳以及水0～3％。
按照上述的温度要求，氢气混合余气在水煤气重整腔31内进行反应，生成的重整混合气的气相组分可以控制在氢气62～77％、二氧化碳22～27％、一氧化碳0.5～1.5％；该气相组分与分离腔内的的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体气相组分相对应，实现对氢气混合余气的循环使用。
综上所述，本发明的氢分离与水煤气重整一体式装置，将氢分离腔32和水煤气重整腔31集成在同一个反应腔内，使氢分离和水煤气重整作业温度控制在同一个区间，实现水煤气重整与氢分离一体，优化整个制氢***的布局结构。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.氢分离与水煤气重整一体式装置，其特征是，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***吸氢管，适于分离出纯氢气；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；
甲醇水蒸气生成的氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体从混合气进口送入氢分离腔内，氢气混合余气送入水煤气重整腔内进行重整变为重整混合气，所述重整混合气的气相组分与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体气相组分相对应，所述重整混合气进入氢分离腔内之后与氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体混合，所述吸氢管对氢分离腔内的混合气体进行吸氢分离，分离的纯氢气由吸氢管的纯氢气出口输出，分离的二氧化碳混合余气从二氧化碳混合余气出口输出。
2.根据权利要求1所述的氢分离与水煤气重整一体式装置，其特征是，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℃。
3.根据权利要求1所述的氢分离与水煤气重整一体式装置，其特征是，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℃。
4.根据权利要求1所述的氢分离与水煤气重整一体式装置，其特征是，
所述氢气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体的气相组分为65～75％氢气、20～26％二氧化碳、0.3-3％一氧化碳；
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％、0.3-3％一氧化碳以及水0～3％；
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％；
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％。
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