本發(fā)明屬于新能源制氫，具體涉及一種甲醇制氫系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、這里的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

2、氫氣是一種來源廣泛的可再生能源，水、天然氣、甲醇、乙醇、生物質(zhì)等都是其來源。由于化石燃料造成的能源枯竭和環(huán)境污染，人們對(duì)清潔能源的渴求日趨明顯。氫能的燃燒熱值高，產(chǎn)物無污染，是一種清潔可持續(xù)的能源。目前的制氫方式主要有蒸氣和制氫催化劑反應(yīng)制氫、化石燃料重整制氫、電解水制氫、光水解制氫、生物制氫以及等離子制氫等。

3、目前，廣泛采用甲醇制取氫氣，甲醇制氫是指在一定溫度及壓力條件下，以甲醇溶液作為原料，甲醇溶液受熱后產(chǎn)生甲醇蒸氣，進(jìn)而甲醇蒸氣在制氫催化劑的作用下，進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)制取氫氣的目的。

4、現(xiàn)有技術(shù)中，甲醇蒸氣的制備方法主要是采用電加熱管對(duì)甲醇溶液進(jìn)行加熱，最終得到甲醇蒸氣；但是在甲醇往往混合有氣體以及液體兩種狀態(tài)的甲醇，因此通過燃燒催化的方式對(duì)甲醇進(jìn)加熱時(shí)，甲醇會(huì)受熱不均勻，導(dǎo)致汽化的甲醇蒸氣會(huì)減少；同時(shí)裂解反應(yīng)中甲醇蒸氣路程短，催化劑受熱不均勻，裂解反應(yīng)不完全；此外，在加熱過程中，燃燒后尾氣中的熱量不能被充分利用，最終降低了制備混合氫氣的效率，增加了能源消耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種甲醇制氫系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種甲醇制氫系統(tǒng)，包括依次連接的蒸氣汽化罐、裂解反應(yīng)罐和冷卻器，其中，

4、所述蒸氣汽化罐包括外膽和套合設(shè)置于外膽中部的內(nèi)膽，內(nèi)膽中用于盛放加熱介質(zhì)，且內(nèi)膽內(nèi)部設(shè)置有加熱管；內(nèi)膽與外膽之間圍成甲醇的盛放腔室；外膽側(cè)壁底部設(shè)置有甲醇進(jìn)管，頂部設(shè)置有蒸氣出管。

5、本發(fā)明中的蒸氣汽化罐設(shè)置內(nèi)膽和外膽，內(nèi)膽設(shè)置于外膽的中部，內(nèi)膽中盛放加熱介質(zhì)，并設(shè)置有加熱管，利用加熱管對(duì)加熱介質(zhì)進(jìn)行均勻加熱，進(jìn)而可以對(duì)內(nèi)膽和外膽之間的甲醇進(jìn)行加熱。

6、由于內(nèi)膽設(shè)置于外膽的中部，即環(huán)繞內(nèi)膽盛放的甲醇液層厚度是均勻的，進(jìn)而可以提高甲醇的加熱均勻程度。

7、在一些實(shí)施例中，所述內(nèi)膽和外膽均為圓筒狀結(jié)構(gòu)，且內(nèi)膽覆蓋外膽的有效高度方向設(shè)置。

8、此處外膽的有效高度是指外膽可以盛放甲醇的最大高度，即甲醇始終存在于內(nèi)膽和外膽之間，且內(nèi)膽和外膽均為圓筒狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而保證了甲醇的液層厚度是均勻的，可以較好地保證甲醇的加熱均勻性。

9、在一些實(shí)施例中，所述外膽的頂部設(shè)置有第一安全閥，第一安全閥與外膽內(nèi)部連通，所述第一安全閥為單向閥。當(dāng)外膽與內(nèi)膽之間的甲醇蒸氣的壓強(qiáng)超過預(yù)設(shè)壓強(qiáng)時(shí)，第一安全閥打開，將部分氣體外排，保證蒸氣汽化罐的安全運(yùn)行。

10、優(yōu)選的，所述外膽的頂部設(shè)置有第一高溫傳感器，第一高溫傳感器的測(cè)溫段伸入外膽和內(nèi)膽之間的內(nèi)部。用于測(cè)量制備的甲醇蒸氣的內(nèi)部溫度，以保證蒸氣汽化罐的安全運(yùn)行。

11、在一些實(shí)施例中，所述加熱管為電加熱管，電加熱管豎向設(shè)置于內(nèi)膽的底部。

12、電加熱管設(shè)置于內(nèi)膽的底部，實(shí)際工作時(shí)，內(nèi)膽底部的導(dǎo)熱油的溫度最高，而在外膽的底部設(shè)置甲醇進(jìn)管，也就是外膽底部的甲醇溫度最低，溫度最高的導(dǎo)熱油對(duì)溫度最低的甲醇進(jìn)行加熱，可以有效提高甲醇的加熱效率。

13、在一些實(shí)施例中，外膽的頂部設(shè)置有油水分離器，油水分離器與內(nèi)膽內(nèi)部連通。

14、在一些實(shí)施例中，所述外膽的側(cè)壁上設(shè)置有液位計(jì)。

15、在一些實(shí)施例中，所述裂解反應(yīng)罐為立式結(jié)構(gòu)，包括筒狀殼體、上封蓋和下封蓋，下封蓋通過支撐腿組件進(jìn)行支撐；

16、下封蓋與筒狀殼體之間夾設(shè)有催化劑托板，上封蓋和筒狀殼體之間設(shè)置有孔板，催化劑托板上均布通孔，且催化劑托板與孔板之間通過通孔固定設(shè)置有鋼管組件，鋼管內(nèi)填充有催化劑；

17、每個(gè)鋼管的兩端均與上封蓋和下封蓋內(nèi)部連通；

18、下封蓋內(nèi)部設(shè)置有擋板，將下封蓋的空腔分隔為第一部分和第二部分，第一部分的下封蓋上設(shè)置有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口與蒸氣汽化罐的蒸氣出管連接；第二部分的下封蓋上設(shè)置有出氣口。

19、采用本發(fā)明的裂解反應(yīng)罐，甲醇蒸氣在催化裂解時(shí)的流通路徑為自下而上流經(jīng)鋼管，然后折流，自上而下流經(jīng)鋼管，可以有效延長(zhǎng)甲醇蒸氣的流通路徑長(zhǎng)度，進(jìn)而提高甲醇的催化裂解反應(yīng)的停留時(shí)間，以有效提高甲醇的轉(zhuǎn)化率和效率。

20、將催化劑填充在鋼管中，并將鋼管通過催化劑托板和孔板進(jìn)行組裝固定，并與上封蓋和下封蓋連通，使得所有的甲醇蒸氣均流經(jīng)鋼管，并與催化劑充分接觸，可以有效提高甲醇蒸氣與催化劑的接觸面積，進(jìn)而提高甲醇的催化裂解效率。

21、優(yōu)選的，所述裂解反應(yīng)罐的下部設(shè)置有進(jìn)油口，上部設(shè)置有出油口。向裂解反應(yīng)罐內(nèi)通入高溫導(dǎo)熱油，對(duì)裂解反應(yīng)罐內(nèi)部進(jìn)行加熱，提供甲醇催化裂解反應(yīng)所需的熱量，由于導(dǎo)熱油均勻流經(jīng)每個(gè)鋼管，可以對(duì)鋼管中的催化劑以及反應(yīng)氣體均勻加熱，保證反應(yīng)的進(jìn)度。

22、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述筒狀殼體的頂部設(shè)置有導(dǎo)熱油回流罐，導(dǎo)熱油回流罐與筒狀殼體頂部?jī)?nèi)部連通。導(dǎo)熱回流罐的作用是當(dāng)導(dǎo)熱油在過熱狀態(tài)時(shí)，溢流進(jìn)入導(dǎo)熱回流罐中進(jìn)行收集，避免體積膨脹發(fā)生危險(xiǎn)。

23、優(yōu)選的，所述上封蓋的頂部設(shè)置有第二高溫傳感器和第二安全閥。

24、在一些實(shí)施例中，所述冷卻器包括串聯(lián)設(shè)置的第一冷卻器和第二冷卻器，第一冷卻器的氫氣進(jìn)口與裂解反應(yīng)罐的出氣口連接，第一冷卻器的冷卻介質(zhì)為甲醇，第二冷卻器的冷卻介質(zhì)為水。

25、將甲醇催化裂解得到的高溫氫氣先與甲醇換熱，一方面可以將氫氣進(jìn)行初步降溫，另一方面可以將甲醇初步加熱，經(jīng)過加熱后的甲醇被回收至蒸氣汽化罐，可以有效節(jié)省甲醇汽化的能量。

26、優(yōu)選的，第二冷卻器的第二混合氫氣出口與排水器連接?；旌蠚錃庵袝?huì)夾雜著沒來得及催化裂解反應(yīng)的甲醇蒸氣以及沒來得及汽化的甲醇，甲醇蒸氣通過冷凝后回收，甲醇通過排水器排出去，可重新回流到甲醇儲(chǔ)液罐中，再次利用，同時(shí)對(duì)氫氣進(jìn)行了提純。

27、上述本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例取得的有益效果如下：

28、1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)集多道工序于一體，甲醇溶液預(yù)熱、汽化、裂解、冷卻、過濾分流甲醇蒸氣，回流到甲醇儲(chǔ)液罐等多個(gè)步驟，自動(dòng)化程度高。

29、2、本發(fā)明的蒸氣汽化罐為雙層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱油在內(nèi)膽，過半裝，內(nèi)外膽中間甲醇?xì)怏w在上，液體在下，均勻汽化成甲醇蒸汽，上部氣體過熱進(jìn)入裂解反應(yīng)罐，裂解反應(yīng)罐有多支充滿催化劑的鋼管，甲醇蒸汽氣路路程長(zhǎng)，在催化劑作用下均勻裂解成混合氫氣。

30、3、導(dǎo)熱油鍋爐采用異形加熱管加熱，導(dǎo)熱油進(jìn)入裂解反應(yīng)罐循環(huán)，使催化劑受熱更加均勻，催化轉(zhuǎn)化效率更高。

31、雙冷卻器的使用，混合氫氣既能預(yù)熱甲醇溶液，又能被水冷卻至常溫氣體，氣體尾氣的能量充分利用。

技術(shù)特征：

1.一種甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：包括依次連接的蒸氣汽化罐、裂解反應(yīng)罐和冷卻器，其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述內(nèi)膽和外膽均為圓筒狀結(jié)構(gòu)，且內(nèi)膽覆蓋外膽的有效高度方向設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述外膽的頂部設(shè)置有第一安全閥，第一安全閥與外膽內(nèi)部連通，所述第一安全閥為單向閥；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述加熱管為電加熱管，電加熱管豎向設(shè)置于內(nèi)膽的底部。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：外膽的頂部設(shè)置有油水分離器，油水分離器與內(nèi)膽內(nèi)部連通。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述外膽的側(cè)壁上設(shè)置有液位計(jì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述裂解反應(yīng)罐為立式結(jié)構(gòu)，包括筒狀殼體、上封蓋和下封蓋，下封蓋通過支撐腿組件進(jìn)行支撐；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述上封蓋的頂部設(shè)置有第二高溫傳感器和第二安全閥。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述冷卻器包括串聯(lián)設(shè)置的第一冷卻器和第二冷卻器，第一冷卻器的氫氣進(jìn)口與裂解反應(yīng)罐的出氣口連接，第一冷卻器的冷卻介質(zhì)為甲醇，第二冷卻器的冷卻介質(zhì)為水。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇制氫系統(tǒng)，其特征在于：第二冷卻器的第二混合氫氣出口與排水器連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種甲醇制氫系統(tǒng)，包括依次連接的蒸氣汽化罐、裂解反應(yīng)罐和冷卻器，其中，所述蒸氣汽化罐包括外膽和套合設(shè)置于外膽中部的內(nèi)膽，內(nèi)膽中用于盛放加熱介質(zhì)，且內(nèi)膽內(nèi)部設(shè)置有加熱管；內(nèi)膽與外膽之間圍成甲醇的盛放腔室；外膽側(cè)壁底部設(shè)置有甲醇進(jìn)管，頂部設(shè)置有蒸氣出管。蒸氣汽化罐為雙層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱油在內(nèi)膽，過半裝，內(nèi)外膽中間甲醇?xì)怏w在上，液體在下，均勻汽化成甲醇蒸汽，上部氣體過熱進(jìn)入裂解反應(yīng)罐，裂解反應(yīng)罐有多支充滿催化劑的鋼管，甲醇蒸汽氣路路程長(zhǎng)，在催化劑作用下均勻裂解成混合氫氣。

技術(shù)研發(fā)人員：李廣君,馮顯英,李彬,孟祥寬,李鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東金博利達(dá)精密機(jī)械有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17