[发明专利]一种零碳排放的甲醇水重整制氢系统及其应用和制氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢气制备设备技术领域，特别涉及一种零碳排放的甲醇水重整制氢系统及其应用和制氢方法。

背景技术

氢，是一种21世纪最理想的能源之一，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的主要是CO₂和SO₂，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。氢的分布很广泛，水就是氢的大“仓库”，其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70%为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。

目前，世界上氢的年产量约为3600万吨，制氢方法主要有两种：其一、绝大部分氢是从石油、煤炭和天然气中制取，这种方法需要消耗本来就很紧缺的矿物燃料；其二、约有4%的氢是用电解水的方法制取，这种方法消耗电能大，很不划算。随着技术的进步，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别大的电解水制氢工艺。利用先进的甲醇水蒸气重整技术制取H₂与CO₂的混合气体，再经钯膜分离器分离，可分别得到H₂和CO₂。

参照中国发明申请201310340475.0（申请人：上海合既得动氢机器有限公司），该专利公开了一种甲醇水制氢系统，甲醇与水蒸气重整器的重整室内，在350-409℃温度下1-5M Pa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下：(1)CH₃OH→CO+2H₂；(2)H₂O+CO→CO₂+H₂；(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂，重整反应生成的H₂和CO₂，再经过分离室的钯膜分离器将H₂和CO₂分离，得到高纯氢气，而二氧化碳及未反应的水汽则直接排出外界。

然而，由于二氧化碳作为主要温室气体，其导致的温室效应影响着大气圈与生物圈原有的平衡，引发了一系列与人类生活环境紧密相关的问题，威胁着人类的生存，因此，上述甲醇水制氢系统直接排出CO₂不利于环境保护。并且，由于CO₂又可作为碳资源加以开发利用，在工业和国民经济各部门具有广泛的应用价值，而上述甲醇水制氢系统直接排出的CO₂通常是纯度较高的CO₂（主要杂质为水汽），因此，这样直接排出实属资源浪费。此外，从甲醇水制氢系统直接排出的二氧化碳具有较高温度（405-570℃之间），容易影响制氢系统各部分设备运转，特别是当甲醇水制氢系统运用于燃料电池汽车等新能源领域时，燃料电池汽车还需要专门设置排放二氧化碳的烟囱，这样极不利于燃料电池汽车的推广和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种零碳排放的甲醇水重整制氢系统，该制氢系统能够回收CO₂，不影响环境，对制氢系统自身无伤害，有利于燃料电池汽车等新能源领域的推广和应用。为此，本发明还要提供该零碳排放的甲醇水重整制氢系统的应用，以及该零碳排放的甲醇水重整制氢系统的制氢方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种零碳排放的甲醇水重整制氢系统，包括甲醇水储存容器、输送泵、第一换热器、重整器及二氧化碳回收装置，其中：

甲醇水储存容器，其内储存有液态的甲醇和水；

输送泵，用于将甲醇水储存容器中的甲醇和水输送至重整器的重整室；

第一换热器，安装于输送泵与重整器之间的输送管道上，低温的甲醇和水在第一换热器中，与重整器输出的高温二氧化碳及水汽混合气体进行换热，甲醇和水温度升高，二氧化碳及水汽混合气体温度降低；