[发明专利]一种甲醇水制氢机及其制氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢气制备设备技术领域，特别涉及一种甲醇水制氢机及其制氢方法。

背景技术

氢，是一种21世纪最理想的能源之一，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的主要是CO₂和SO₂，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。氢的分布很广泛，水就是氢的大“仓库”，其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70%为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。

目前，世界上氢的年产量约为3600万吨，制氢方法主要有两种：其一、绝大部分氢是从石油、煤炭和天然气中制取，这种方法需要消耗本来就很紧缺的矿物燃料；其二、约有4%的氢是用电解水的方法制取，这种方法消耗电能大，很不划算。随着技术的进步，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别大的电解水制氢工艺。利用先进的甲醇水蒸气重整技术制取H₂与CO₂的混合气体，再经钯膜分离器分离，可分别得到H₂和CO₂。

参照中国发明申请201310340475.0（申请人：上海合既得动氢机器有限公司），该专利公开了一甲醇水制氢系统，甲醇与水蒸气重整器的重整室内，在350-409℃温度下1-5M Pa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下：(1)CH₃OH→CO+2H₂；(2)H₂O+CO→CO₂+H₂；(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂，重整反应生成的H₂和CO₂，再经过分离室的钯膜分离器将H₂和CO₂分离，得到高纯氢气。在重整器内，还设置有气化室及燃烧室，气化室用于将甲醇与水进入重整器前气化成蒸气，而燃烧室用于通过H₂燃烧放热，为重整室提供350-409℃的重整反应温度，以及为气化室提供热量。

然而，上述甲醇水制氢系统还存在以下缺失：其一、由于重整器需要设置燃烧室，因此，重整器还需要设置用于扇入空气中氧气的进风风扇和进风通道，以及用于排出燃烧后产生的废气的烟窗，高温废气从烟窗排出，不仅浪费热能，而且容易影响制氢系统各部分设备运转；其二、燃烧室内，氢气燃烧温度往往会短时间内飚升至1000℃以上，容易烧坏重整器，并且，氢气燃烧放热的方式难以控制，燃烧室的温度稳定性差（燃烧室的温度通常要求405-570℃之间）；其三、重整器设置气化室、燃烧室等腔室、进风风扇、进风通道、及烟窗等部件，增大了重整器的结构复杂性和检修难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种甲醇水制氢机，该制氢机的重整器无需设置燃烧室、进风风扇、进风通道和烟窗，重整器内的加热温度容易控制、稳定，重整器结构较为简单、工作稳定，检修难度较小；为此本发明还要提供一种该甲醇水制氢机的制氢方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种甲醇水制氢机，包括甲醇水储存容器、输送泵、换热器、重整器、分离装置及燃料电池，其中：

甲醇水储存容器，其内储存有液态的甲醇和水；

输送泵，用于将甲醇水储存容器中的甲醇和水输送至重整器的重整室；

换热器，安装于输送泵与重整器之间的输送管道上，低温的甲醇和水在换热器中，与重整室输出的高温混合气体进行换热，甲醇和水温度升高、汽化；

重整器，设有重整室及电加热器，电加热器为重整室提供热能，重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体，该高温混合气体经换热器后，进入分离装置，该高温混合气体在换热器中，与低温的甲醇和水进行换热，混合气体温度降低；