一種甲醇水重整制氫機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氫氣制備設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種甲醇水重整制氫機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]氫，是一種21世紀(jì)最理想的能源之一，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(méi)有灰渣和廢氣，不會(huì)污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的主要是0)2和SO2，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。氫的分布很廣泛，水就是氫的大“倉(cāng)庫(kù)”，其中含有11%的氫。泥土里約有1.5%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(shuō)，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從制取氫，那么氫也將是一種價(jià)格相當(dāng)便宜的能源。
[0003]目前，世界上氫的年產(chǎn)量約為3600萬(wàn)噸，制氫方法主要有兩種:其一、絕大部分氫是從石油、煤炭和天然氣中制取，這種方法需要消耗本來(lái)就很緊缺的礦物燃料；其二、約有4%的氫是用電解水的方法制取，這種方法消耗電能大，很不劃算。隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用甲醇和水重整制氫的技術(shù)漸漸得到發(fā)展，其能減少化工生產(chǎn)中的能耗和降低成本，并有望替代電能消耗特別大的電解水制氫工藝。利用先進(jìn)的甲醇水蒸氣重整技術(shù)制取比與0)2的混合氣體，再經(jīng)鈀膜分離器分離，可分別得到HjP CO 2。
[0004]參照中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)201310340475.0 (申請(qǐng)人:上海合既得動(dòng)氫機(jī)器有限公司)，該專利公開(kāi)了一種甲醇水制氫系統(tǒng)，甲醇與水蒸氣重整器的重整室內(nèi)，在350-409°C溫度下1-5M Pa的壓力條件下通過(guò)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)，生成氫氣和二氧化碳，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:(I) CH3OH — C0+2H2； (2) H 20+C0 — C02+H2； (3) CH 30H+H20 — C02+3H2，重整反應(yīng)生成的 H2和CO2,再經(jīng)過(guò)分離室的鈀膜分離器將HjP CO 2分離，得到高純氫氣。在重整器內(nèi)，還設(shè)置有氣化室及燃燒室，氣化室用于將甲醇與水進(jìn)入重整器前氣化成蒸汽，而燃燒室用于通過(guò)比燃燒放熱，為重整室提供350-409°C的重整反應(yīng)溫度，以及為氣化室提供熱量。
[0005]然而，上述甲醇水制氫系統(tǒng)還存在以下缺失:其一、由于重整器需要設(shè)置燃燒室，因此，重整器還需要設(shè)置用于扇入空氣中氧氣的進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇和進(jìn)風(fēng)通道，以及用于排出燃燒后產(chǎn)生的廢氣的煙窗，高溫廢氣從煙窗排出，不僅浪費(fèi)熱能，而且容易影響制氫系統(tǒng)各部分設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)；其二、燃燒室內(nèi)，氫氣燃燒溫度往往會(huì)短時(shí)間內(nèi)飚升至1000°C以上，容易燒壞重整器，并且，氫氣燃燒放熱的方式難以控制，燃燒室的溫度穩(wěn)定性差(燃燒室的溫度通常要求405-570°C之間)；其三、重整器設(shè)置氣化室、燃燒室等腔室、進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇、進(jìn)風(fēng)通道、及煙窗等部件，增大了重整器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和檢修難度。
[0006]有鑒于此，本申請(qǐng)人(廣東合即得能源科技有限公司)于2014年11月7日申請(qǐng)了一項(xiàng)名稱為一種甲醇水制氫機(jī)及其制氫方法，申請(qǐng)?zhí)枮?01410622141.7發(fā)明專利，該發(fā)明專利的重整器設(shè)有重整室及電加熱器，電加熱器為重整室提供熱能，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，甲醇和水在重整室內(nèi)發(fā)生甲醇和水的重整制氫反應(yīng)，制得以二氧化碳和氫氣為主的高溫混合氣體；具體地，該電加熱器包括電阻發(fā)熱體及金屬鑄件導(dǎo)熱體。由于該制氫機(jī)的重整器設(shè)置有為重整室加熱的電加熱器，因此重整器無(wú)需設(shè)置燃燒室、進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇、進(jìn)風(fēng)通道和煙窗，整體上為一封閉的重整器，不會(huì)排放高溫廢氣，避免了熱能浪費(fèi)，避免了因高溫廢氣影響制氫系統(tǒng)各部分設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了因燃燒對(duì)重整器的破壞問(wèn)題，并降低了重整器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和檢修難度，電加熱器的加熱溫度也較容易控制。
[0007]然而，該甲醇水制氫機(jī)采用的電加熱器是電阻發(fā)熱體及金屬鑄件導(dǎo)熱體，還存在如下缺陷:其一、使用壽命短、維修量大，電加熱器由于采用電阻發(fā)熱體發(fā)熱，金屬鑄件導(dǎo)熱體導(dǎo)熱，當(dāng)溫度達(dá)405-570Γ之間，電阻絲容易因高溫及老化而燒斷，常用電阻發(fā)熱體的壽命平均不到半年，因而維修工作量相對(duì)較大；其二、采用電阻發(fā)熱體發(fā)熱、金屬鑄件導(dǎo)熱體導(dǎo)熱的方式，其熱滯后較大，控制裝置不易精確控制重整室溫度；其三、采用電阻發(fā)熱體發(fā)熱、金屬鑄件導(dǎo)熱體導(dǎo)熱的方式，重整器啟動(dòng)速度慢，啟動(dòng)時(shí)間通常在3分鐘以上；其四、電阻發(fā)熱體自身發(fā)熱的熱效率低，通常只能利用電能的50%，并且加熱不均勻。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種甲醇水重整制氫機(jī)，該制氫機(jī)的重整器不僅無(wú)需設(shè)置燃燒室、進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇、進(jìn)風(fēng)通道和煙窗、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，而且使用壽命長(zhǎng)、維修量小、熱滯后較小、控制精準(zhǔn)，重整器啟動(dòng)速度快，熱效率高、加熱均勻。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種甲醇水重整制氫機(jī)，包括甲醇水儲(chǔ)存容器、輸送栗、換熱器及重整器，其中:
[0010]甲醇水儲(chǔ)存容器，其內(nèi)儲(chǔ)存有液態(tài)的甲醇和水；
[0011]輸送栗，用于將甲醇水儲(chǔ)存容器中的甲醇和水輸送至重整器的重整室；
[0012]換熱器，安裝于輸送栗與重整器之間的輸送管道上，低溫的甲醇和水在換熱器中，與重整器輸出的高溫氫氣進(jìn)行換熱，甲醇和水溫度升高，氫氣溫度降低；
[0013]重整器，設(shè)有重整室、電磁加熱器及氫氣純化裝置，所述電磁加熱器包括電磁線圈及金屬受磁體，電磁線圈通電后能產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，使金屬受磁體受磁場(chǎng)感應(yīng)而發(fā)熱，為重整室提供熱能；所述重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，甲醇和水在重整室內(nèi)發(fā)生甲醇和水的重整制氫反應(yīng)，制得以二氧化碳和氫氣為主的高溫混合氣體；所述重整室與氫氣純化裝置通過(guò)連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室內(nèi)，能通過(guò)重整室內(nèi)的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的高溫混合氣體；所述連接管路作為重整室與氫氣純化裝置之間的緩沖，使得從重整室輸出的高溫混合氣體的溫度與氫氣純化裝置的溫度相同或接近；從氫氣純化裝置的產(chǎn)氣端得到氫氣，該氫氣經(jīng)換熱器后輸出。
[0014]作為對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步闡述:
[0015]所述甲醇水重整制氫機(jī)還包括氣體分流器、燃料電池及交直流電力轉(zhuǎn)換裝置，所述氣體分流器用于分流從換熱器輸出的氫氣，經(jīng)氣體分流器分流后，部分氫氣進(jìn)入燃料電池；所述燃料電池用于氫氣及空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能；產(chǎn)生的電能經(jīng)交直流電力轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后，為所述輸送栗及重整器的電磁加熱器供電。進(jìn)一步，所述交直流電力轉(zhuǎn)換裝置輸送給電磁加熱器的電為20-40KHZ的高頻高壓電。所述甲醇水重整制氫機(jī)還設(shè)有貯氫瓶，該貯氫瓶可在重整器啟動(dòng)過(guò)程中，為燃料電池輸入氫氣，使燃料電池工作，產(chǎn)生電能，為輸送栗及重整器的電磁加熱器供電。
[0016]所述重整器從外至內(nèi)依次包括保溫殼體、重整室及氫氣純化裝置，所述電磁加熱器的電磁線圈設(shè)置于保溫殼體與重整室之間，所述金屬受磁體設(shè)置于重整室內(nèi)。進(jìn)一步，所述金屬受磁體設(shè)置有單層或多層，金屬受磁體呈筒狀結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所述重整室的外側(cè)和內(nèi)側(cè)還設(shè)有汽化盤(pán)管，甲醇和水在進(jìn)入重整室之前先通過(guò)汽化盤(pán)管，以便甲醇和水汽化。
[0017]所述氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%-78%，銀占22%-25%。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:其一、由于本實(shí)用新型的重整器設(shè)置有為重整室加熱的電磁加熱器，因此重整器無(wú)需設(shè)置燃燒室、進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇、進(jìn)風(fēng)通道和煙窗，整體上為一封閉的重整器，不會(huì)排放高溫廢氣，避免了熱能浪費(fèi)，避免了因高溫廢氣影響制氫系統(tǒng)各部分設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了因燃燒對(duì)重整器的破壞問(wèn)題；其二、本實(shí)用新型采用電磁加熱器給重整室，因電磁線圈本身基本不會(huì)產(chǎn)生熱量，因而壽命長(zhǎng)，無(wú)需檢修，無(wú)維護(hù)更換成本，使用壽命高達(dá)10年以上，后期基本無(wú)維護(hù)費(fèi)用；其三、電磁線圈通電后能產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，使金屬受磁體受磁場(chǎng)感應(yīng)而迅速發(fā)熱，為重整室提供熱能，這種加熱方式的熱滯后較小，控制裝置很容易精準(zhǔn)控制重整器溫度；其四、采用金屬受磁體受磁場(chǎng)感應(yīng)而迅速發(fā)熱的方式，重整器啟動(dòng)速度非?？焖?，效率非常高，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，重整器的啟動(dòng)時(shí)間可以降低至10秒；其五、電磁加熱器的熱效率非常高，能利用電能的95%以上，并且加熱均勻。此外，在本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案中，電磁加熱器及輸送栗的電能由燃料電池提供，而燃料電池所需要的氫氣又來(lái)自于本實(shí)用新型制得的氫氣，因此，本實(shí)用新型無(wú)需外接市電，即可實(shí)現(xiàn)電磁加熱器及輸送栗的工作，因而使本實(shí)用新型適應(yīng)性極強(qiáng)，不受地域條件和市電的限制。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)方框圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型的重整器及換熱器外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例的重整器橫剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為金屬受磁體的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為金屬受磁體的另一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1.甲醇水儲(chǔ)存容器；2.輸送栗；3.換熱器；4.重整器；41.重整室；42.電磁加熱器；43.氫氣純化裝置；44.保溫殼體；45.汽化盤(pán)管；5.氣體分流器；6.燃料電池；7.交直流電力轉(zhuǎn)換裝