[发明专利]一种集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以二甲醚为原料制取氢气的装置及方法，特别涉及一种集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置及方法。

背景技术

氢能以其清洁、高效、可再生被视为本世纪最具发展潜力的能源，目前它还是一种理想的低污染或零污染的车用能源。目前基于化学过程的液体烃(如甲醇)移动制氢过程的研究开发，已成为当前燃料电池领域的热点课题之一。以甲醇为燃料能解决储存和运输等问题，但甲醇比能量密度仍不理想，而且毒性较大，一旦泄漏对人体和环境的危害都很大，另外，加注所用的基础设施也需重新建立。

近年来对二甲醚水蒸气重整制氢(DME SR)过程的研究已引起研究者的关注，二甲醚是一种清洁的高能量密度氢载体，极易压缩成液体(0.5MPa)，物理性质类似于液化石油气(LPG)，具有含氢量高、热值高、易于储存、运输等优点，其燃烧后的排放物对环境的污染远远小于现有各种燃料。与其它制氢方法相比，二甲醚具有原料易得、氢含量高、储运方便、制氢条件温和等优点，适用于移动制氢。

二甲醚和水蒸汽在催化剂作用下重整制氢，其反应式如下：

CH₃OCH₃+H₂O＝2CH₃OH    ΔH₂₉₈＝+37kJ/mol    (1)

CH₃OH+H₂O＝3H₂+CO₂    ΔH₂₉₈＝+49kJ/mol     (2)

总反应为：

CH₃OCH₃+3H₂O＝6H₂+2CO₂ΔH₂₉₈＝+135kJ/mol    (3)

二甲醚水蒸气重整制氢反应得到的氢气含量高，且反应条件温和，不足之处是二甲醚水蒸气重整反应是一个强吸热反应，反应本身和原料水的汽化均需吸热，制氢时需燃烧部分燃料供热。

日本专利(昭63-295402)提出了用多孔玻璃-Pd-Cu复合膜反应器来制取氢的方法，该方法采用膜反应器，使反应-分离同步进行，打破了化学平衡限制，使转化率得到提高，但该方法为获得高的氢产率，采用较高的操作温度，能耗高，且该方法产气量低，直接产品是氢和氩的混合气，而不是纯氢，很难分离。关于二甲醚蒸汽重整的方法与系统有相关的专利，如CN1126709C，CN1044896C和CN1123530C等。专利CN1126709C、CN1044896C提出在有蒸汽情况下二甲醚催化制氢的方法，该专利使二甲醚首先水解产生含碳氧化合物和氢气混合物后，还要对反应产物进行水气变化反应使大量一氧化碳转化成二氧化碳，并且产物中富含一氧化碳，从而使二甲醚制氢流程复杂，能耗较高；专利CN1123530C虽然提出用蒸汽重整二甲醚产生富含氢气的方法及用部分氢气氧化供热，但该专利优选用流化床反应器，反应操作压力较高，反应产物中气体组分复杂，很难得到较高纯度的氢气，上述专利都不适合移动制氢或小型氢源制氢。因此，有必要设计一种更加合理的结构，充分发挥二甲醚能源的特点及二甲醚制氢的优势，来实现二甲醚水蒸气重整制氢适用于移动制氢或小型氢源制氢。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明提出一种集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置及方法，使该发明将燃料供热、水蒸气重整反应和富氢气体分离净化等单元设计成一体化，实现放热反应与吸热反应的耦合以及催化反应与产物分离过程的耦合，在较低的反应温度和压力下得到高纯度的氢气，以适用于移动制氢或小型氢源制氢。

本发明的技术方案如下：

一种集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置，其特征在于：该装置含有反应器本体，在反应器本体内均匀设置多组双套管透氢组件，每组双套管透氢组件由中心管和外套管组成，所述的中心管采用钯合金膜或复合钯膜，双套管夹套内装填重整催化剂，双套管外的壳程内装填助燃催化剂，在外套管的底部设有使重整反应尾气透过的多孔端帽；在反应器上部依次设有施放气出口和原料气入口，在反应器顶部设有氢气出口；在反应器的下部设有点火装置，反应器的底部分别设有空气入口和催化剂的装卸口。

所述的中心管采用钯银合金膜，钯银合金膜中的钯与银的质量百分比为2.3～9∶1。优选为3∶1。

本发明还提供了一种采用所述集成式二甲醚水蒸气重整制氢装置的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：