專利名稱：一種氫氣制備方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氫氣制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氫氣制備方法，尤其涉及一種利用甲醇及水制備氫氣的方法；同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種利用甲醇及水制備氫氣的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在眾多的新能源中，氫能將會(huì)成為21世紀(jì)最理想的能源。這是因?yàn)?，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會(huì)污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)和酸雨。煤和石油的儲(chǔ)量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠(yuǎn)不會(huì)用完。氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦?fàn)柕臒崃?，是汽油發(fā)熱量的3倍。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運(yùn)送方便，是航天、航空等高速飛行交通工具最合適的燃料。氫在氧氣里能夠燃燒，氫氣火焰的溫度可高達(dá)2500°C，因而人們常用氫氣切割或者焊接鋼鐵材料。在大自然中，氫的分布很廣泛。水就是氫的大“倉庫”，其中含有11%的氫。泥土里約有I. 5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動(dòng)植物體內(nèi)等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70%為水所覆蓋，儲(chǔ)水量很大，因此可以說，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從水中制取氫，那么氫也將是一種價(jià)格相當(dāng)便宜的能源。氫的用途很廣，適用性強(qiáng)。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學(xué)能、熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的功能。例如，儲(chǔ)氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領(lǐng)，可將熱量?jī)?chǔ)存起來，作為房間內(nèi)取暖和空調(diào)使用。氫作為氣體燃料，首先被應(yīng)用在汽車上。1976年5月，美國(guó)研制出一種以氫作燃料的汽車；后來，日本也研制成功一種以液態(tài)氫為燃料的汽車；70年代末期，前聯(lián)邦德國(guó)的奔馳汽車公司已對(duì)氫氣進(jìn)行了試驗(yàn)，他們僅用了五千克氫，就使汽車行駛了 110公里。用氫作為汽車燃料，不僅干凈，在低溫下容易發(fā)動(dòng)，而且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕作用小，可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。由于氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡(jiǎn)化現(xiàn)有汽車的構(gòu)造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4%的氫氣。用它作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，就可節(jié)油40 %，而且無需對(duì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作多大的改進(jìn)。氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運(yùn)輸都很方便。液態(tài)的氫既可用作汽車、飛機(jī)的燃料，也可用作火箭、導(dǎo)彈的燃料。美國(guó)飛往月球的“阿波羅”號(hào)宇宙飛船和我國(guó)發(fā)射人造衛(wèi)星的長(zhǎng)征運(yùn)載火箭，都是用液態(tài)氫作燃料的。
另外，使用氫一氫燃料電池還可以把氫能直接轉(zhuǎn)化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在宇宙飛船和潛水艇上得到使用，效果不錯(cuò)。當(dāng)然，由于成本較高，一時(shí)還難以普遍使用。現(xiàn)在世界上氫的年產(chǎn)量約為3600萬噸，其中絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中制取的，這就得消耗本來就很緊缺的礦物燃料；另有4%的氫是用電解水的方法制取的，但消耗的電能太多，很不劃算，因此，人們正在積極探索研究制氫新方法。而用甲醇、水重整制氫可減少化工生產(chǎn)中的能耗和降低成本，有望替代被稱為“電老虎”的“電解水制氫”的工藝，利用先進(jìn)的甲醇蒸氣重整——變壓吸附技術(shù)制取純氫和富含CO2的混合氣體，經(jīng)過進(jìn)一步的后處理，可同時(shí)得到氫氣和二氧化碳?xì)?。甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫和二氧化碳，這是一個(gè)多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)方程如下
CH3OH — C0+2H2(I)
H2CHCO — C02+H2(2)
CH30H+H20 — C02+3H2 (3) 重整反應(yīng)生成的H2和CO2，再經(jīng)過變壓吸附法(PSA)或鈀膜分離將H2和CO2分離，得到高純氫氣。變壓吸附法的耗能高、設(shè)備大，且不適合小規(guī)模的氫氣制備。鈀膜分離方法中，甲醇蒸汽重整過程通常使用等溫反應(yīng)系統(tǒng)，采用管式反應(yīng)器，管殼中充滿熱載體進(jìn)行換熱，保持恒溫反應(yīng)。然而，通常重整的最佳溫度與鈀膜分離的最佳溫度有較大差別，通常催化劑在較低溫度時(shí)效果較佳，而分離室內(nèi)的鈀膜分離需要較高溫度，從而導(dǎo)致上述方法制備效率較低，現(xiàn)有方法沒有很好解決該問題。如中國(guó)專利CN201010130340. 8揭示了一種甲醇水重整制氫的方法，以銅為主要組分的固體催化劑存在下，通過選自甲醇水比例為I : I 3的反應(yīng)物，進(jìn)行重整脫氫反應(yīng)制備氫氣的方法。其方法為在200 280°C，空速O. 2 2h-l，壓力O. I 2MPa，甲醇水比例為I : I 3的反應(yīng)物為氣相或液相，通過固體催化劑，生成氫氣，副產(chǎn)C02和CO，甲醇轉(zhuǎn)化率98%以上，CO量在2%以下。該方法僅僅保證了催化劑的低溫要求，但本方案不能滿足分離室的高溫要求。再如中國(guó)專利CN201010108358. 8揭示了一種甲醇水蒸汽重整制氫的方法，即以甲醇和水為原料，反應(yīng)溫度為410-460°C，反應(yīng)空速為3000-23000h-l (以氣態(tài)甲醇計(jì))，原料甲醇和水以摩爾比I : (O. 8-2. O)的條件下混合汽化后，在固定床反應(yīng)器中與ZnO/ZnAl2O4催化劑接觸，生成富含氫氣的重整氣，重整氣再經(jīng)鈀膜分離器分離制取純氫氣體。所述ZnCVZnAl2O4催化劑中，鋅鋁原子比介于>0.5 I至2. 5 I的范圍。該方法僅僅保證了分離室的高溫要求，但本方案不能滿足催化劑的低溫要求。此外，還有用單獨(dú)原料的甲醇裂解方法制氫，但單獨(dú)原料的甲醇裂解制氫與甲醇水蒸氣重整制氫是兩個(gè)不同原理、不同轉(zhuǎn)氫效率的方案。甲醇裂解方法中，I摩爾的甲醇生成2摩爾氫氣，而甲醇水蒸氣重整方法中，I摩爾的甲醇生成3摩爾氫氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種氫氣制備方法，可提高氫氣的制備效率。此外，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種氧氣制備設(shè)備，可提聞氧氣的制備效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種氫氣制備方法，所述方法包括如下步驟
步驟SI :將甲醇和水通過泵輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；
步驟S2 :氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室內(nèi)的溫度為 370-409° ；
步驟S3 :重整室與分離室之間設(shè)有預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)作為重整室與分離室之間的緩沖，縮短重整室輸出氣體溫度與分離室溫度之間的溫度差，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
步驟S4:所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -450°，分離室的溫度高于重整室內(nèi)的溫度；分離室內(nèi)設(shè)有鈀膜分離器，從鈀膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。
一種氫氣制備方法，所述方法包括如下步驟
步驟SI :將甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；
步驟S2 :氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室內(nèi)的溫度為 280° -409° ；
步驟S3 :重整室與分離室之間的傳送通道經(jīng)過一預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，該預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
步驟S4 :所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -460° ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S2中，重整室內(nèi)的溫度為370° -400°。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S3中，預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用于縮短重整室輸出氣體溫度與分離室溫度之間的溫度差，預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)將從重整室輸出氣體的溫度控制為 400° -430° ;
所述步驟S4中，所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -430°。
一種氫氣制備設(shè)備，所述設(shè)備包括液體儲(chǔ)存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室； 所述液體儲(chǔ)存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室通過管路依次連接；
所述液體儲(chǔ)存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；
氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室內(nèi)的溫度為 280° -409° ；
重整室與分離室之間的傳送通道經(jīng)過一預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，該預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -460° ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述重整室內(nèi)的溫度為370° -400°。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用于縮短重整室輸出氣體溫度與分離室溫度之間的溫度差，預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)將從重整室輸出氣體的溫度控制為 400° -430° 。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -430°。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的氫氣制備方法及設(shè)備，在重整室與分離室之間的管路設(shè)有預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，可以對(duì)從重整室輸出的氣體進(jìn)行加熱，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；從而可以分別保證重整室內(nèi)催化劑的低溫要求，以及分離室的高溫要求，進(jìn)而提高氫氣制備效率。


圖I為本發(fā)明氫氣制備設(shè)備的組成示意圖。圖2為本發(fā)明氫氣制備方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種氫氣制備設(shè)備，所述設(shè)備包括液體儲(chǔ)存容器2、換熱器
4、氣化室5、重整室6、分離室7 ;所述液體儲(chǔ)存容器2、換熱器4、氣化室5、重整室6、分離室 7通過管路依次連接。所述液體儲(chǔ)存容器2中的甲醇和水通過輸送裝置3輸送至換熱器4換熱，換熱4 后進(jìn)入氣化室5氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室6，重整室6內(nèi)設(shè)有催化劑， 重整室6內(nèi)的溫度為280° -409°。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，所述重整室6內(nèi)的溫度為370° -400°，如重整室6內(nèi)的溫度可設(shè)定為380°。所述分離室7內(nèi)的溫度可設(shè)定為400° -460°，分離室7的溫度高于重整室6內(nèi)的溫度；分離室7內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。重整室6與分離室7之間的傳送通道經(jīng)過一預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)8，該預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)8用以加熱從重整室6輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)8作為重整室6與分離室7之間的緩沖， 使得從重整室6輸出的氣體的溫度與分離室7的溫度相同或接近。所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)8用于縮短重整室6輸出氣體溫度與分離室7溫度之間的溫度差，預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)8將從重整室6輸出氣體的溫度控制為400° -430° ;本實(shí)施例中，所述分離室7內(nèi)的溫度設(shè)定為425°，預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)8將從重整室6輸出氣體的溫度控制為425° 左右，如控制在420° -430°。此外,所述設(shè)備還設(shè)有主控制板I、燃燒器9、鼓風(fēng)機(jī)10、氫氣緩沖儲(chǔ)罐11、氫氣啟動(dòng)儲(chǔ)罐12，在殼體外還設(shè)置氫氣減壓閥13、排氣閥14、甲醇水原料入口、氫氣出口。重整室6、分離室7、氫氣緩沖儲(chǔ)罐 11還分別設(shè)有溫度傳感器，傳感到的數(shù)據(jù)發(fā)送至主控制板I。以上介紹了本發(fā)明氫氣制備設(shè)備的組成，本發(fā)明在揭示上述氫氣制備設(shè)備的同時(shí)還揭示一種氫氣制備方法，請(qǐng)參閱圖2，所述方法包括如下步驟
步驟SI將甲醇和水通過泵輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；
步驟S2氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室內(nèi)的溫度為 370° -409° ；
步驟S3重整室與分離室之間設(shè)有預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)作為重整室與分離室之間的緩沖，縮短重整室輸出氣體溫度與分離室溫度之間的溫度差，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
步驟S4所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -450° ;分離室內(nèi)設(shè)有鈀膜分離器，從鈀膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。
本發(fā)明與現(xiàn)有方案的區(qū)別在于，本發(fā)明既保證了重整室內(nèi)催化劑的低溫要求，又保證了分離室的高溫要求。相比中國(guó)專利CN201010130340. 8及CN201010108358. 8等技術(shù)方案有突出的改進(jìn)及本質(zhì)改變，且取得了突出的效果。綜上所述，本發(fā)明提出的氫氣制備方法及設(shè)備，在重整室與分離室之間的管路設(shè)有預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，可以對(duì)從重整室輸出的氣體進(jìn)行加熱，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；從而可以分別保證重整室內(nèi)催化劑的低溫要求，以及分離室的聞溫要求，進(jìn)而提聞氧氣制備效率。
這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。 這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種氫氣制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 步驟SI :將甲醇和水通過泵輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化； 步驟S2 :氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室內(nèi)的溫度為 370° -409° ； 步驟S3 :重整室與分離室之間設(shè)有預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)作為重整室與分離室之間的緩沖，縮短重整室輸出氣體溫度與分離室溫度之間的溫度差，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 步驟S4:所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -450°，分離室的溫度高于重整室內(nèi)的溫度；分離室內(nèi)設(shè)有鈀膜分離器，從鈀膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。
2.一種氫氣制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 步驟SI :將甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化； 步驟S2:氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室內(nèi)的溫度為 280° -409° ； 步驟S3 :重整室與分離室之間的傳送通道經(jīng)過一預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，該預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 步驟S4:所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -460° ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫氣制備方法，其特征在于 所述步驟S2中，重整室內(nèi)的溫度為370° -400°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫氣制備方法，其特征在于 所述步驟S3中，預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用于縮短重整室輸出氣體溫度與分離室溫度之間的溫度差，預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)將從重整室輸出氣體的溫度控制為400° -430° ； 所述步驟S4中，所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -430°。
5.一種氫氣制備設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括液體儲(chǔ)存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室； 所述液體儲(chǔ)存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室通過管路依次連接； 所述液體儲(chǔ)存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化； 氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室內(nèi)的溫度為280° -409° ； 重整室與分離室之間的傳送通道經(jīng)過一預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，該預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -460° ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫氣制備設(shè)備,其特征在于 所述重整室內(nèi)的溫度為370° -400°。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫氣制備設(shè)備，其特征在于所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用于縮短重整室輸出氣體溫度與分離室溫度之間的溫度差，預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)將從重整室輸出氣體的溫度控制為400° -430°。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫氣制備設(shè)備，其特征在于 所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400° -430°。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種氫氣制備方法及設(shè)備，所述方法包括將甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室內(nèi)的溫度為280°-409°；重整室與分離室之間的傳送通道經(jīng)過一預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)，該預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預(yù)熱控溫機(jī)構(gòu)作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400°-460°；分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。本發(fā)明在重整室與分離室之間的管路設(shè)有預(yù)熱控溫裝置，可以分別保證重整室內(nèi)催化劑的低溫要求，以及分離室的高溫要求，進(jìn)而提高氫氣制備效率。
文檔編號(hào)C01B3/32GK102616741SQ201210088410
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者向華, 向德成, 龐娟娟 申請(qǐng)人:潔星環(huán)保科技投資(上海)有限公司