[发明专利]一种甲醇水重整制氢系统及控制方法

说明书

本申请提供了一种甲醇水重整制氢系统及控制方法。所述系统包括混合器、预热甲醇水的换热器、集成的重整器和燃烧器、提纯氢气的钯膜分离器、加热钯膜分离器的第一加热器、加热钯膜分离器入口气体的第二加热器、去除CO杂质的甲烷化装置。燃烧器设置有供应甲醇的第一燃烧器入口、供应钯膜分离器含氢尾气的第二燃烧器入口，用于加热重整器，其燃烧尾气通过换热器对甲醇水进行预热。所述控制方法控制燃烧器对重整器和换热器进行预热，并将其控制在各自的工作温度范围；控制第一加热器和第二加热器对钯膜分离器及气体进行加热，并将其控制在最佳工作温度。本申请通过系统的合理设置，准确、高效地将各个工艺步骤控制在最佳工作温度。

技术领域

本申请涉及甲醇水重整制氢技术领域，尤其涉及一种甲醇水重整制氢系统及控制方法。

背景技术

随着化石能源危机和环境污染日益加剧，迫切需要开发利用清洁、无污染的高效能源。氢气来源广泛、燃烧热值高、反应产物生成水，具有高效、清洁和可持续发展等优势，是未来公认的最具潜力的能源载体之一。

目前，氢气制备的传统方式包括电解水制氢和化石燃料制氢如煤、天然气和甲醇等。其中，电解水制氢需消耗大量电能且成本较高。化石燃料制氢工艺较为成熟，价格成本较低。其中甲醇重整制氢原料来源广泛且价格低廉，甲醇含氢比例高，制氢产率高，同时制氢装置可制作成撬装式或移动式甲醇水重整制氢模块，特别适用于氢燃料电池。

甲醇制氢包括三种方式，甲醇水重整制氢相比甲醇裂解制氢和甲醇部分氧化制氢，具有产氢比例高、反应温度低、应用广泛等优点。传统的甲醇重整制氢反应温度在200℃～300℃，常连接变压吸附提纯氢气，但变压吸附存在占地面积较大、投资较多、且回收率低等缺点，不太适用于燃料电池及体积受限的应用场合。

钯膜提纯利用钯对氢气选择性透过的机理，理论上能隔绝氢气以外的任何气体，氢气纯度高、占地小、集成度较高、提纯效率高，有利于高纯氢气的提纯。钯膜工作温度在350℃～430℃，对温度要求较高。

传统的甲醇重整制氢供热常使用中间换热载体如导热油为反应提供热量，但导热油长期使用易裂解变质，存在安全隐患；导热油系统需要配泵高温油泵、膨胀槽、导热油炉等设备，系统复杂且占体积较大，不利于集成。并且导热油本身温度低于350℃，重整器制取富氢气体温度低于300℃，达不到钯膜工作温度，需进行加热后才能进入钯膜提纯。

公布号为CN111825057A的发明专利申请提供了一种用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统及其控温方法，采用高温烟气对钯膜进行加热。公布号为CN112209341A的发明专利申请提供了一种甲醇重整制氢系统和工艺，设置有独立的燃烧器和重整器，通过中间换热介质向重整器进行供热。

但是上述技术方案还存在以下不足：

1.需单独配套燃烧器和缓冲室或者换热器，系统结构复杂，同时换热效果不稳定、换热效率低且热响应滞后；

2.钯膜提纯装置在启动中缺少升温装置，使装置在启动后无法立即进入最佳工作温度；同时独立设置的加热器也存在换热效率低、热响应滞后的问题，使系统控制难度增加；

3.燃烧器和/或重整器及钯膜分离器缺少压力控制，无法将系统较准确地控制在最佳工作状态。

发明内容

针对现有技术存在的以上缺陷，本申请提供了一种高效换热、能准确控制工艺流程各个节点温度的甲醇水重整制氢系统及控制方法。

本申请提供的甲醇水重整制氢系统包括重整器、燃烧器和换热器，所述燃烧器为高压催化燃烧反应器，包括第一燃烧器入口、燃烧尾气出口；所述重整器包括第一甲醇水入口、富氢混合气出口；所述换热器包括第二甲醇水入口、甲醇水出口、燃烧尾气入口、排气口；所述甲醇水出口与所述第一甲醇水入口连接、所述燃烧尾气出口与所述燃烧尾气入口连接；所述重整器和所述燃烧器集成为一体。