[发明专利]甲醇水蒸气重整制氢装置及其启动方法

说明书

本发明涉及一种甲醇水蒸气重整制氢装置及其启动方法，所述甲醇水蒸气重整制氢装置，包括甲醇水蒸气重整反应部，其包括甲醇水蒸气重整催化剂充填床；甲醇水蒸气重整催化剂充填床一侧设有第一甲醇或者甲醇水溶液导入口及第一甲醇或甲醇水溶液导入管道，第一甲醇或者甲醇水溶液导入管道设有第一甲醇或者甲醇水溶液泵，甲醇水蒸气重整催化剂充填床另一侧连接甲醇水蒸气重整反应产物导出通道，甲醇水蒸气重整催化剂充填床内设有第一温度传感器，甲醇水蒸气重整催化剂充填床一侧还设有第一空气导入口及第一空气导入管道，第一空气导入管道设有第一空气阀门和/或第一空气泵。本发明实现了在几乎不使用电力条件下甲醇水蒸气重整制氢装置的快速冷启动。

技术领域

本发明涉及氢能与燃料电池技术领域，特别涉及一种甲醇水蒸气重整制氢装置及其启动方法。

背景技术

氢能与燃料电池由于具有清洁高效的特点，在全球气候变暖、异常气候频发的背景下正在得到大力的发展。以甲醇为原料的甲醇燃料电池汽车不仅清洁高效，还因为具有燃料加注简单快速、不存在续航里程焦虑等优点而备受关注。在开始甲醇水蒸气重整制氢装置的运行之时，首先需要对该装置进行冷启动或者热启动，即将处于环境温度(冷启动)或者高于环境温度(热启动)的各个催化剂充填床加热到所设定的工作温度。现有的甲醇燃料电池汽车的车载甲醇水蒸气重整制氢装置通常采用电加热或者基于燃料燃烧的间接加热的启动方法。可是，电加热法需要配套较大的蓄电池而基于燃料燃烧的间接加热法需要配套燃烧装置，且二者的启动时间都较长，难以满足甲醇燃料电池汽车对于车载甲醇水蒸气重整制氢装置快速冷启动的要求。因此，简单快速的车载甲醇水蒸气重整制氢装置冷启动方法的研发对于甲醇燃料电池汽车非常重要。

此外，以甲醇为原料的燃料电池系统作为备用电源或者热电联供的固定电站对于甲醇水蒸气重整制氢装置的冷启动时间也有很高的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于化学链燃烧原理的甲醇水蒸气重整制氢装置及其启动方法，使用含有铜的催化剂，在进行启动时将各个催化剂作为载氧体，导入空气使空气中的氧气与作为铜基载氧体的催化剂中的铜的还原态即金属铜进行氧化反应，利用该氧化反应的放热对催化剂的充填床进行直接加热，在催化剂充填床升温到一定的温度之后再导入甲醇或者甲醇水溶液使甲醇以及甲醇分解产生的H₂和CO与所述氧化反应中生成的铜的氧化态即氧化铜进行还原反应，将氧化铜还原为原来的金属铜的同时，利用该还原反应的放热继续对催化剂充填床进行直接加热。本发明利用铜基载氧体具有的、铜的还原态与氧气的氧化反应和铜的氧化态与甲醇的还原反应皆为强放热反应的特性，实现了在几乎不使用电力加热的条件下的甲醇水蒸气重整制氢装置的快速冷启动。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种甲醇水蒸气重整制氢装置，包括甲醇水蒸气重整反应部，所述甲醇水蒸气重整反应部包括甲醇水蒸气重整催化剂充填床，所述甲醇水蒸气重整催化剂充填床的一侧设有第一甲醇或者甲醇水溶液导入口，所述第一甲醇或者甲醇水溶液导入口连接有第一甲醇或者甲醇水溶液导入管道，所述第一甲醇或者甲醇水溶液导入管道上设有第一甲醇或者甲醇水溶液阀门和/或第一甲醇或者甲醇水溶液泵，所述甲醇水蒸气重整催化剂充填床的另一侧连接有甲醇水蒸气重整反应产物导出通道，所述甲醇水蒸气重整催化剂充填床内设有第一温度传感器，所述甲醇水蒸气重整催化剂充填床的第一甲醇或者甲醇水溶液导入口侧还设有第一空气导入口，所述第一空气导入口连接有第一空气导入管道，所述第一空气导入管道上设有第一空气阀门和/或者第一空气泵。

优选地，前述的甲醇水蒸气重整制氢装置，其中所述甲醇水蒸气重整催化剂含有质量分数25％以上的铜。采用本发明的启动方法进行甲醇水蒸气重整制氢装置的冷启动时，所述的第一升温阶段需要甲醇水蒸气重整催化剂中含有足够的金属铜与空气进行氧化反应，以产生足够的反应放热使甲醇水蒸气重整催化剂充填床升温至140～200℃，从而使第二升温阶段甲醇与甲醇水蒸气重整催化剂中的氧化铜的还原反应能够以充分的反应速率进行。由于常用的铜基甲醇水蒸气重整催化剂含有质量分数32～50％的铜，可采用铜基水蒸气重整催化剂作为本发明的甲醇水蒸气重整催化剂。