[发明专利]一种电解水耦合富甲烷气体制氢设备和制氢方法

权利要求书

1.一种电解水耦合富甲烷气体制氢设备，其特征在于：包括用于将水电解得到湿热氢气和湿热氧气的电解水制氢模块，用于将富甲烷气体和湿热氧气一起作为原料混合进行多重整反应生成合成气的多重整制氢模块，用于将湿热氢气和多重整制氢步骤的反应产物一同进入换热器的换热模块，用于将多重整制氢步骤得到的合成气与电解水制氢步骤得到的湿热氢气通过换热步骤换热处理后通过气液分离装置进行除水得到富氢混合气的分离模块，用于将富氢混合气进行净化提纯的氢气提纯模块。

2.根据权利要求1所述的电解水耦合富甲烷气体制氢设备，其特征在于：还包括将氢气提纯模块产生的驰放气通过发电设备进行发电，产生的电并回电解水制氢模块的电解槽的电源线路上的驰放气发电模块。

3.根据权利要求1所述的电解水耦合富甲烷气体制氢方法，其特征在于：所述多重整制氢模块包括重整反应器、脱硫反应器、中低温变换反应器、以及相应的催化剂和配套流量控制系统，所述重整反应器进料流量控制系统包括甲烷气流量控制器、空气流量控制器和进料水泵。

4.一种根据权利要求1-3中任一所述的电解水耦合富甲烷气体制氢设备的制氢方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：电解水制氢：水作为原料通入电解槽电解得到湿热氢气和湿热氧气；

步骤二：多重整制氢：富甲烷气体和步骤一得到的湿热氧气一起作为原料混合进入重整反应器中进行多重整反应，生成合成气；

步骤三：换热：将步骤一电解水制氢装置的湿热氢气和步骤二多重整制氢的反应产物一同进入换热器，与冷水进行换热，换热产生的热水循环利用于步骤二的重整反应；

步骤四：分离：步骤二得到的合成气与步骤一得到的湿热氢气通过步骤三换热处理后一同进入分离步骤，通过气液分离装置进行除水得到富氢混合气，同时将产生的水作为原料，循环回到步骤一中的电解槽中继续用于电解制氢；

步骤五：氢气提纯：将步骤四得到的富氢混合气进行净化提纯，得到高纯度的氢气。

步骤六：驰放气发电：将步骤五氢气提纯装置产生的驰放气通过发电设备进行发电，产生的电并回步骤一的电解槽的电源线路上，用于电解工作来调整绿电供电不稳情况。

5.根据权利要求4所述的电解水耦合富甲烷气体制氢方法，其特征在于：所述电解水制氢步骤采用碱性电解水或质子交换膜电解水。

6.根据权利要求4所述的电解水耦合富甲烷气体制氢方法，其特征在于：所述多重整制氢步骤主要包括重整反应、脱硫反应、中低温变换反应。

7.根据权利要求4所述的电解水耦合富甲烷气体制氢方法，其特征在于：所述富甲烷气体原料为天然气或沼气或煤层气或页岩气。

8.根据权利要求4所述的电解水耦合富甲烷气体制氢方法，其特征在于：所述多重整反应中的氧/甲烷比为0.1～2，反应温度为750-950℃，压力为0.05-3.0MPa，空速为500-8000h^-1，其中所述氧为氧气和水中的氧元素之和。

9.根据权利要求4所述的电解水耦合富甲烷气体制氢方法，其特征在于：所述氢气提纯步骤采用膜分离和变压吸附分离中的一种或两种方式的结合，将步骤四得到的富氢混合气中的甲烷、一氧化碳、二氧化碳及微量杂质脱除，得到高纯度的氢气。