[发明专利]一种无水制氢工艺

说明书

本发明属于氢能源的技术领域，具体涉及一种无水制氢工艺。本发明工艺集成了燃烧、换热、重整制氢、水汽变换、一氧化碳净化、气液分离、液体收集等多个工序过程。综合考虑系统内燃烧反应的产物和能量，并将其与制氢反应所需物料和能量进行耦合匹配，不仅考虑了水的收集，还通过多个换热器的设计与匹配，通过原料物流与反应物流之间的热交换，保证了整个过程的能量效率；在外界不提供水的情况下，实现了无水制氢工艺。而且在燃烧尾气排放前，通过利用催化反应与物理吸附相结合的综合处理方法，很好地保证了工艺技术的环保性。最终产品气中主要包含氢气、氮气、二氧化碳、一氧化碳，其中一氧化碳的浓度可以控制在10ppm以下。

技术领域

本发明属于氢能源的技术领域，具体涉及一种无水制氢工艺，可在外界不提供水的条件下，将含氢原料(醇、烷烃等)转化为富氢气体。

背景技术

社会经济的飞速发展、人们生活水平的不断提高不仅对能源需求量日渐增加，而且对现有的能源体系的可持续发展提出了更高要求，化石能源的日益枯竭更迫使广大研究人员去寻找可替代化石能源的环境友好型可再生清洁能源，这对于我国的能源和环保战略也具有现实意义。

氢能是一种清洁的可再生的二次能源，在传统的化工合成中扮演着重要角色，并且随着燃料电池技术的发展，氢能在能源的利用平台上已经得到广泛关注。氢的来源广泛，制备方法多样，可以通过醇醚类(甲醇、乙醇、二甲醚等)及烃类(柴油、汽油、天然气等)重整或部分氧化、氨分解、金属或金属氢化物水解、电解水、光解水、生物制氢等多种方法制得。其中，通过醇类、烃类重整仍是主要的制氢方法。

在化工生产过程中，通常采用水蒸汽重整制氢的方法，其反应过程如下列方程所示。

燃料(C_nH_mO_p)+水蒸汽(H₂O)

→小分子含碳化合物(CO，CO₂，CH₄等)+3H₂ΔH＞0

但因煤、石油重整制氢中原料储量有限，制氢效率低且对环境造成一定污染，尤其是类似与其它的煤化工、石油化工技术，蒸汽重整技术是一个高水耗和高能耗的过程。

为此，如何改进上述反应方程中的反应工艺，达到少耗水，甚至不耗水的目标，将极大地拓展此类制氢工艺的应用领域。传统的解决方法是发展一种抗积碳性能好的催化剂，同时让催化剂具有较好的储放氧性能，这样就可以实现在化学计量比的条件下进行蒸汽重整制氢反应，较大程度地节省工艺的耗水量。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种集成燃烧、换热、重整制氢、水汽变换、一氧化碳净化、气液分离、液体收集等多个工序过程的无水制氢工艺。该制氢工艺可以解决：一、传统蒸汽重整制氢工艺的耗水问题；二、充分利用含氢原料和空气的化学反应，在提供系统反应能量的同时，生成制氢所需的水。三、可实现产物中一氧化碳的转化与净化，以满足质子交换膜燃料电池用氢的需要。

本发明的发明构思是这样的：发明人从制氢全系统的物流出发，考虑到重整制氢原料中含有H元素，而实际的工业生产过程中，总是以燃烧的方式来提供制氢反应所需的能量。通过燃烧空气中的O元素，再结合原料中的H元素，适当匹配相关的化学反应，就可以产生传统蒸汽重整制氢所必须的水，利用含氢原料与空气的燃烧反应为工艺提供所需能量，从而提供一种不依赖水资源的重整制氢工艺。

本发明第一个目的是请求保护一种无水制氢工艺，该工艺包括如下步骤：

S1.由风机输入空气，由原料储罐提供含氢原料，含氢原料与空气混合，进入燃烧气体预混器再进行预热和混合；