[发明专利]一种甲醇水燃料重整制氢系统

说明书

本发明公开了一种甲醇水燃料重整制氢系统，其包括依次连接的甲醇水燃料进料管、蒸发器、改质器、CO氧化去除装置和富氢混合气体输送管；所述CO氧化去除装置包括LTS催化氧化器和PROX催化氧化器，所述LTS催化氧化器的内部设有铜锌基催化剂，所述PROX催化氧化器的内部设有钌基催化剂。本发明通过LTS催化氧化器和PROX催化氧化器对富氢混合气体进行分阶段氧化处理，逐步降低气体中的CO浓度，保证CO得以被完全去除。本发明系统对甲醇的转化率可达100％，并能完全去除重整混合气体中的CO，系统的启动耗时短，能快速达到重整制氢条件，能耗低，制氢速度快，制氢成本低，具有高效的能量转换效率，环保节能，与燃料电池电堆对接后，发电效率较高。

技术领域

本发明属于甲醇重整制氢技术领域，具体涉及一种甲醇水燃料重整制氢系统。

背景技术

能源和环境已成为目前世界各国发展所面临的首要问题。以氢气作为能源的混合动力汽车以及燃料电池汽车的问世为缓解能源危机以及保护环境提供了切实有效的解决方案，进一步提高车载制氢效率为燃料电池提供高纯氢源逐渐成为人们关注的重点。甲醇具有含氢量高、不含硫，重整产物中CO含量低以及反应温度低等优点，一直是重整制氢的重要原料。甲醇水蒸气重整制氢制取的混合气中氢气含量高，是目前最常用的一种重整制氢方式。甲醇水蒸气重整制氢的机理为利用甲醇与水蒸气在催化剂的作用下，发生甲醇重整反应，制备富氢混合气体。

现有的甲醇重整制氢系统中，其CO分离装置的温度一般在400℃以上，采用的是钯膜、钯合金膜或钯复合膜。其中，虽然钯膜对氢具有较好的选择性，但钯膜的价格昂贵，且氢脆现象严重，使用寿命短，氢的渗透速率低，导致提纯效率低，提纯效率仅达到75％左右。钯合金膜(主要为钯银、钯钇合金)的氢渗透率也不高，且机械性能差，＞500℃时易发生晶粒长大现象，膜使用寿命短，仍不能满足实际所需的高纯氢纯化和分离的要求。并且，用钯及其合金膜提纯对动力设备的要求高，要求在10bar以上的压力下运行，扩容难度大，扩容后设备整体的紧凑性降低。钯复合膜(支撑钯膜)是将钯金属膜负载于多孔材料(陶瓷、石英、不锈钢等)的表面而制成的。然而，虽然钯复合膜的成本较低，提纯效率较高，产量大，但钯复合膜分离的氢气纯度较低，制得的氢气纯度一般只有99％左右，很难达到99.999％以上。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种甲醇水燃料重整制氢系统。本发明系统摒弃了现有的钯膜分离技术，而是采用了分阶段催化氧化提纯技术逐步降低重整富氢混合气体中的CO浓度，最终使混合气体中的CO得以被完全去除，提高了氢气的纯化效率，降低了纯化成本。

为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：

首先，本发明提供了一种CO氧化去除装置，其包括LTS催化氧化器和PROX催化氧化器，所述LTS催化氧化器的内部设有铜锌基催化剂，所述PROX催化氧化器的内部设有钌基催化剂。该CO氧化去除装置可用于去除重整富氢混合气体中的CO，通过LTS技术(水煤气变换反应)和PROX技术(CO选择性氧化)将混合气体中的CO完全氧化去除，这一过程是多组分、多反应的气固相反应。

优选地，本发明先使用所述LTS催化氧化器对富氢混合气体进行一次处理，使CO与H₂O反应生成CO₂和H₂，从而去除混合气体中的大部分CO，具体反应原理见式(1)；然后，本发明使用所述PROX催化氧化器对富氢混合气体进行二次处理，同时在所述PROX催化氧化器中通入空气，将混合气体中残余的CO完全去除，具体反应原理见式(2)和(3)。

CO+H₂O→CO₂+H₂ 式(1)，

优选地，所述LTS催化氧化器包括设有进气口和排气口的第一壳体、以及填充于所述第一壳体内的铜锌基催化剂。所述铜锌基催化剂可通过商业渠道获得。