[发明专利]一种甲醇重整制氢系统和工艺

说明书

本发明公开了一种甲醇重整制氢系统，包括：重整反应单元，包括用于混合脱盐水和甲醇的原料罐、与原料罐出口连通的重整反应器；所述原料罐与所述重整反应器之间还设置调温单元；氢气提纯单元，包括设于重整反应器下游的钯膜提纯装置，用于对重整反应后的富氢气体进行提纯，所述钯膜提纯装置具有提纯氢气出口及余气出口；燃烧单元，所述燃烧单元具有进料口及尾气出口，进料口与所述钯膜提纯装置的余气出口连接，尾气出口与调温单元连通；其中，控制重整反应器中的反应温度不超过钯膜提纯装置的提纯温度区间。根据上述系统还可以提供一种甲醇重整制氢工艺。本发明的制氢系统和工艺不仅结构紧凑、工艺简单，而且能源利用率高，提纯的氢气纯度高。

技术领域

本发明属于甲醇重整制氢技术领域，涉及一种甲醇重整制氢系统和工艺。

背景技术

燃料电池是一种高效、绿色、安静发电装置。由于其能量密度高、主要排放物为水、活动部件少、组装灵活等优点，特别适用于车用动力、船用动力、分布式电站、航空航天等。

氢气作为燃料电池的燃料，由于密度小、易燃易爆等原因，导致储氢密度低、安全性差，严重影响了燃料电池的技术应用和推广。甲醇重整制氢主要采用甲醇和水在一定的温度下发生重整反应，生成富氢气体，经提纯后制成高纯度氢气，其尾气可以通过燃烧给重整反应提供热量。由于甲醇重整制氢提取了甲醇和水中的氢原子，储氢密度较高，同时甲醇水为液态储存，提高了便携性和安全性，因此是储氢技术的主要发展方向之一。

工业上甲醇重整制氢主要是甲醇和水在200～300℃下进行反应，然后通过变压吸附进行提纯，由于吸附塔占地面积较大，该技术在燃料电池的应用中受限，无法满足应用需求。而膜分离技术主要采用钯合金膜技术来提纯富氢气体，大大减少氢气提纯装置的空间尺寸，因此特别适用于燃料电池应用。

中国专利文献CN102874754B公开了一种利用甲醇水制备氢气的系统及方法，其中由于重整反应器的温度低于分离室的温度，在重整反应器和分离室之间增加了预热控温机构，该设计不仅增加了系统的复杂性，同时提高了对系统热管理的要求。

中国专利文献CN105720285A公开了一种封闭式燃料电池氢源系统，采用CO选择性氧化方式来去除重整反应后的CO，将CO的浓度降至10ppm以下，然后将富氢气体通入汽水分离器，去除微量甲醇以及水蒸气，之后将富氢气体通入燃料电池，此时富氢气体主要为氢气和CO₂，其中CO₂占比约25％，导致大大降低了燃料的热值，从而降低了燃料电池的能量密度。

中国专利文献CN104276542B公开了一种甲醇水制氢系统的重整器，其中提供了重整反应器的启动装置，具体采用明火燃烧气化甲醇和氢气的方式提供热量给重整反应器，但甲醇和氢气均为易燃易爆化学品，当遇到明火时存在一定爆炸风险。

发明内容

本发明的目的是上述现有技术中的不足，提供一种甲醇重整制氢系统及工艺，其结构紧凑、工艺简单，能源利用率高且提纯氢气的纯度高。

本发明的目的之一提供一种甲醇重整制氢系统，所采用的技术方案如下：

一种甲醇重整制氢系统，包括：

重整反应单元，包括用于混合脱盐水和甲醇的原料罐、与原料罐出口连通的重整反应器；所述原料罐与所述重整反应器之间还设置调温单元；

氢气提纯单元，包括设于重整反应器下游的钯膜提纯装置，所述钯膜提纯装置具有提纯氢气出口及余气出口；

燃烧单元，所述燃烧单元具有进料口及尾气出口，且进料口与所述钯膜提纯装置的余气出口连接，尾气出口与所述调温单元连通；

其中，控制重整反应器中的反应温度不超过钯膜提纯装置的提纯温度区间。