一种甲醇和水蒸气制氢的系统的制作方法

1.本技术涉及氢气制备的技术领域，尤其是涉及一种甲醇和水蒸气制氢的系统。


背景技术：

2.目前，氢气由于具有较高的质量能量密度和满足环保要求，已经成为21世纪理想的清洁能源之一，因此氢气在燃料电池中具有越来越广泛的应用。
3.甲醇是一种含有氢元素的常见的化工原料，现有生产中通常将甲醇加热汽化后，与水蒸气重整以得到氢气和二氧化碳混合气体，随后将混合气体中的二氧化碳去除，以得到纯净的氢气。甲醇和水蒸气制氢的工艺相比于传统的电解水制氢，其具有产氢效率高，能耗消耗少等优点，因此逐渐成为重要的制氢工艺。
4.现有公开号为cn102897712a的专利申请文件公开了一种高效的甲醇水制氢系统，包括液体储存容器、换热器、气化室、重整室和分离室，液体储存器中的甲醇和水加热后气化并进入到重整室中，重整室中有催化剂，在重整室中甲醇和水蒸气反应，产生氢气、二氧化碳等气体，随即混合气体进入到分离室中，经过分离器将氢气提纯，余气则排出。
5.由于甲醇和水蒸气反应后生成的混合气体中混杂有未完全反应的碳氧化物，比如一氧化碳，因此该系统并不能很好的去除碳氧化物，容易影响氢气的纯度，并且一氧化碳还容易对环境造成污染。


技术实现要素：

6.为了提高制备得到的氢气的纯度，并且减少对环境的污染，本技术提供一种甲醇和水蒸气制氢的系统。
7.本技术采用如下的技术方案：一种甲醇和水蒸气制氢的系统，包括；供料区间，所述供料区间包括用于储存甲醇的容器以及和容器相连接的加热装置，所述加热装置用于气化甲醇；第一区间，所述第一区间包括和所述加热装置连通的反应室、设置于反应室侧壁且用于向反应室提供水蒸气的第一加料位、以及设置于反应室相侧壁且用于向反应室提供催化剂的第二加料位；第二区间，包括依次连通的过滤室、吸附室、膜分离室和冷却分离室，所述冷却分离室上设置有出气孔；所述过滤室和所述反应室相连通，使得反应室合成的气体能够进入过滤室，且合成的气体自过滤室依次经过吸附室、膜分离室和冷却分离室；所述过滤室内设置有用于吸附二氧化碳的填料，所述吸附室连通有吸附件，所述吸附件用于处理混合气体中的一氧化碳；所述膜分离室设置有用于分离气体中的氢气的膜分离装置，所述冷却分离室的温度低于二氧化碳的沸点。
8.通过采用上述技术方案，甲醇经过加热装置后气化，然后进入到第一区间的反应室中，然后再通入水蒸气和催化剂，从而甲醇气体和水蒸气能够在反应室中反应生成氢气；
在反应室中得到的合成气体则依次进入到过滤室中，通过填料去除大部分的二氧化碳，进入到吸附室中去除一氧化碳，进入到膜分离室中进一步提纯，最后进入到冷却分离室中，二氧化碳气体能够在冷却分离室中液化，氢气则从出气孔排出，因此合成气体经过多重的吸附和分离，制备得到的氢气纯度较高，并且一氧化碳能够通过吸附件进行处理，减少了排放到环境中对环境造成污染。
9.可选的，所述吸附件包括和吸附室连通的连通管道以及设置于连通管道上的吸附盒，所述吸附盒内设置有一氧化碳氧化剂，所述吸附盒上设置有用于提供空气的风机，所述连通管道远离吸附室的一端连接有二氧化碳冷却装置。
10.通过采用上述技术方案，一氧化碳氧化剂具有双重功能，在无氧条件下进行一氧化碳吸附，在有氧的条件下催化一氧化碳和氧气生成二氧化碳，从而将一氧化碳转化为无污染的二氧化碳。
11.可选的，所述反应室的外壁上设置有保温层。
12.通过采用上述技术方案，减少反应室温度的流失，能够保持反应室气化的甲醇和水蒸气进行充分的反应。
13.可选的，所述反应室内设置有搅拌件。
14.通过采用上述技术方案，能够促进反应室中气化的甲醇和水蒸气的混合，从而促进反应的进行。
15.可选的，所述过滤室内设置有氧化钙填料，所述过滤室还设置有用于给氧化钙供水的供水管。
16.通过采用上述技术方案，氧化钙和水反应后能够生成氢氧化钙，氢氧化钙能够和二氧化碳充分的反应，从而除去合成气体中大部分的二氧化碳。
17.可选的，所述过滤室内设置有支撑座，所述支撑座上开设有贯通支撑座上下表面的球槽，所述球槽内转动安装有容纳球，所述容纳球为内部中空结构，且氧化钙填充于容纳球中，所述供水管转动穿设过过滤室侧壁和支撑座，并延伸于容纳球中，所述过滤室的侧壁设置有用于驱动容纳球转动的动力件。
18.通过采用上述技术方案，容纳球转动安装于支撑座上，并且能通过动力件驱动进行转动，氧化钙放置于容纳球中，容纳球转动时能够促进水和氧化钙的反应，并且在气体经过容纳球时，容纳球转动也能够促进二氧化碳和氢氧化钙的充分反应。
19.可选的，所述支撑座上开设有贯通支撑座上下两侧的通孔，所述球槽的内壁上开设有容纳槽，所述容纳槽内设置有气囊，所述气囊内设置有穿杆，所述通孔的内壁开设有插接槽，所述穿杆穿设过支撑座且能够插接于插接槽中，所述穿杆上开设有启闭孔，所述容纳球上对称设置有凹槽，当所述容纳球转动时，所述气囊能够受压于容纳球侧壁被挤压，此时所述启闭孔能够和通孔相重合，所述气囊还设置有通管，所述通管延伸于通孔中并且开口朝下，当容纳球转动时，气囊和凹槽相对应时，凹槽提供气囊恢复原状的空间。
20.通过采用上述技术方案，容纳球在转动时，容纳球能够挤压气囊，使得通管向下吹气，并且在吹气的同时通孔处于开启状态，支撑座表面的气体能够通过通孔被吸入支撑座下方，再重新通过容纳球进行吸附反应；而气囊对应到凹槽的位置时，气囊在本身弹力的作用下回复，启闭孔和通孔错开，从而使得通孔被封闭，通过上述的步骤提高了对二氧化碳的吸附效果。
21.可选的，所述凹槽开口处的侧壁设置有倒角。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种有益效果：1.在第一区间中，甲醇气体和水蒸气能够充分混合并反应，反应速度快，合成气体随后依次进入过滤室、吸附室、膜分离室和冷却分离室，经过多重的吸附和分离，能够非常大程度的将二氧化碳和一氧化碳去除，提高了制备得到的氢气的纯度，也减少了一氧化碳气体进入的环境中对环境造成损坏。
23.2.容纳球转动能够驱动气囊吹气，并且通孔处于开启的状态，使得支撑座表面的气体能够被吸入支撑座下方，从而使得二氧化碳气体需要重新经过容纳球重新被吸附，进而提高二氧化碳的吸附效果。
附图说明
24.图1是本技术实施例的简单组成示意图；图2是本技术实施例中反应室的结构简单示意图；图3是本技术实施例中过滤室的结构示意图；图4是本技术实施例中容纳球的结构示意图；图5是本技术实施例中支撑座的剖视结构示意图；图6是本技术实施例中气囊的剖视示意图。
25.附图标记说明：1、供料区间；101、容器；102、加热装置；2、第一区间；21、反应室；22、第一加料位；23、第二加料位；3、第二区间；31、过滤室；32、吸附室；33、膜分离室；34、冷却分离室；4、吸附件；41、连通管道；42、吸附盒；43、风机；44、二氧化碳冷却装置；5、供水管；6、支撑座；7、球槽；8、容纳球；9、动力件；10、通孔；11、容纳槽；12、气囊；13、穿杆；14、插接槽；15、启闭孔；16、凹槽；17、保温层；18、搅拌件；181、电机；182、搅拌片；19、通管。
具体实施方式
26.以下结合附图1-6对本技术作进一步详细说明。
27.本技术实施例公开一种甲醇和水蒸气制氢的系统。参照图1，甲醇和水蒸气制氢的系统包括供料区间1、第一区间2和第二区间3，供料区间1将甲醇气化并送至第一区间2中，甲醇气体和水蒸气在第一区间2反应，反应后的混合气体进入到第二区间3中，进行多重的吸附和分离，最后得到纯度高的氢气。
28.参照图1，供料区间1包括用于储存甲醇的容器101以及和容器101相连接的加热装置102，容器101和加热装置102之间连接有管道，通过动力泵等装置将甲醇送至加热装置102中，加热装置102对甲醇进行加热即可以将甲醇转化为甲醇气体。加热装置102可以使用本领域使用的加热罐等装置。
29.参照图1和图2，第一区间2包括和加热装置102通过管道连接的反应室21，经过加热装置102加热气化后的甲醇气体则进入到反应室21中。反应室21侧壁还设置有用于向反应室21提供水蒸气的第一加料位22以及用于向反应室21添加催化剂的第二加料位23。甲醇气体进入到反应室21中后，在催化剂的作用下即可以和水蒸气发生反应，并且生成氢气。加热后的甲醇气体和水蒸气发生如下反应：ch3oh+h2o
→
co/co2+h2。进一步的，为了减少反应室21中温度的损失，反应室21的侧壁上设置有保温层17，从而减少反应室21温度的流失，保
证反应进行的更加充分。并且为了提高甲醇蒸汽和水蒸气在反应室21中混合的更加均匀，可以在反应室21中转动安装有搅拌件18，搅拌件18包括搅拌片182和电机181，搅拌片182可以呈螺旋状结构、叶片状等形状，搅拌片182上通过固定连接轴以和电机181的输出轴相连接，电机181可以内置于反应室21的内壁中，通过电机181的方式进行驱动连接轴转动，从而带动搅拌片182运动，从而将反应室21中的气体混合的更加均匀。本技术中不对搅拌件18的安装位置进行限定，只要能够达到对气体搅拌混合的目的即可，比如安装在反应室21的侧壁或者安装在反应室21的底部或顶部。电机181也可以安装在反应室21的外壁，只要电机181的输出轴穿设过反应室21侧壁和搅拌片182连接即可。
30.参照图1，第二区间3包括依次连通的过滤室31、吸附室32、膜分离室33和冷却分离室34，反应室21通过管道和过滤室31相连，且反应室21和过滤室31相连。本技术中连通的管道上均安装有阀门，用于控制气体的流量，提高生产的灵活性。当反应室21中甲醇气体和水蒸气反应完全后，即可以通过管道将得到的混合气体送到过滤室31中。过滤室31内腔中填充有氧化钙，过滤室31侧壁还安装有供水管5，供水管5用于向氧化钙供水，使得氧化钙能够和水反应生成氢氧化钙，混合气体经过氢氧化钙时即能够和二氧化碳反应，从而吸附大部分混合气体中的二氧化碳。
31.经过过滤室31的混合气体接着进入到吸附室32中，吸附室32侧壁安装有吸附件4，吸附件4用于去除一氧化碳。吸附件4包括和吸附室32连通的连通管道41，连通管道41上还安装有吸附盒42，吸附盒42中填充有一氧化碳氧化剂，一氧化碳氧化剂为市售，本技术中不对一氧化碳氧化剂的种类进行限定。一氧化碳氧化剂能够对一氧化碳进行吸附，并且在有氧的条件下促进一氧化碳和氧气反应生成二氧化碳。吸附盒42上安装有风机43，风机43用于向吸附盒42提供空气，从而促进一氧化碳转化为二氧化碳。在其它实施例中，为了提高一氧化碳的转化效果，连通管道41可以连接燃烧器，使得一氧化碳燃烧氧化，转化的更加完全。连通管道41的末端连接有二氧化碳冷却装置44，二氧化碳冷却装置44能够控制压力和温度，从而经过二氧化碳冷却装置44能够被冷却液化，对得到的液化二氧化碳进行存储。
32.由于氢气具有最轻的质量，因此本技术中第一区间2位于第二区间3的下方，并且过滤室31、吸附室32、膜分离室33和冷却分离室34也依次自下向上排布，有助于氢气向上运动，其他气体则在重力作用下大部分位于下方，从而更好的实现氢气和二氧化碳的分离，提高氢气的纯度。
33.混合气体经过过滤室31和吸附室32后进入膜分离室33，膜分离室33中安装有膜分离装置，膜分离装置可选用陶瓷膜分离器和钯膜分离器其中一种或者两种。并且可以在膜分离器上镀有钯银合金，并且在膜分离室33外壁可以安装电热棒等装置用于给膜分离器进行加热使用，能够更好的进行析氢和分离二氧化碳。
34.经过膜分离室33后的气体进入到冷却分离室34中，冷却分离室34上端开设有能够启闭的出气孔，控制冷却分离室34的气压，并且冷却分离室34的温度设置小于-80℃及以下，氢气的沸点比二氧化碳的低，因此在冷却分离室34中二氧化碳能够先冷却形成液体，而氢气还是气体状态，最终可以通过出气孔排出，进行后续的直接使用或者进行储存。
35.参照图3和图4，在过滤室31中，为了提高对二氧化碳的吸附效果，本技术还提供一种过滤室31，用于吸附二氧化碳。过滤室31内壁安装有支撑座6，支撑座6和过滤室31上下两端之间均具有一定的空间，混合气体从下进入到过滤室31中，并从过滤室31上端排出。支撑
座6上开设有球槽7，球槽7贯通支撑座6的上下两端。球槽7内安装有容纳球8，容纳球8外壁抵接于球槽7内壁上，容纳球8为内部中空结构，氧化钙填充于容纳球8内腔中。过滤室31侧壁和容纳球8侧壁通过螺钉、卡接等方式安装有盖板，从而可以进行填料的更换。容纳球8的侧壁为多孔结构，供水管5穿设过过滤室31侧壁和支撑座6，并且和容纳球8的内腔相连通，从而通过供水管5可以向容纳球8中供水，使得氧化钙和水反应。过滤室31侧壁上还安装有驱动容纳球8转动的动力件9，供水管5转动插接于容纳球8侧壁，并且延伸于容纳球8内腔中，且于容纳球8内腔部分均匀开设有孔，水更容易在容纳球8中分布的均匀，并且供水管5不影响容纳球8的转动。容纳球8侧壁上穿设有转轴，动力件9为固定于过滤室31外壁的电机，转轴和电机连接，并且容纳球8的转动轴线和供水管5的长度方向相重合，从而即可以使得容纳球8能够进行转动，转动时能够促进水和氧化钙的反应，并且二氧化碳经过容纳球8时也能够提高对二氧化碳的处理效果。
36.参照图4和图5，支撑座6上开设有贯通支撑座6上下两侧的通孔10，通孔10对称位于容纳球8的转动轴线的两侧。球槽7的内壁上还开设有容纳槽11，容纳槽11内安装有气囊12，结合图6，气囊12的内壁上固定有穿杆13，穿杆13固定于气囊12靠近容纳球8的一侧内壁上，穿杆13穿设过容纳槽11内壁并延伸于通孔10中，通孔10的内壁还开设有用于供穿杆13插接的插接槽14。穿杆13呈阶梯状结构，即一端大，一端小，小的一端固定于气囊12内壁。穿杆13上开设有启闭孔15，启闭孔15位于穿杆13面积大的一端。气囊12被挤压时，穿杆13滑入插接槽14中，此时启闭孔15和通孔10重合。当气囊12恢复至原状时，穿杆13部分则滑入支撑座6中，通孔10和启闭孔15错开，通孔10即处于封闭状态。气囊12上还设置有通管19，通管19和气囊12连通，并且通管19的一端穿设过支撑座6并延伸至通孔10中，并且通管19的开口朝下。容纳球8的外壁上对称设置有凹槽16，凹槽16的内壁也为多孔结构。容纳球8转动时，容纳球8侧壁挤压气囊12，启闭孔15和通孔10重合，通管19向下吹气，从而将支撑座6上表面的部分二氧化碳通过通孔10吸入支撑座6下方，并重新通过容纳球8进行吸附。凹槽16转动至气囊12的位置时，气囊12在弹力作用下恢复原状，通孔10即和启闭孔15错开，通孔10被封闭，并且气囊12恢复原状时，凹槽16部分的气体能够被挤压到容纳球8中。
37.本技术实施例一种甲醇和水蒸气制氢的系统的实施原理为：甲醇气体和水蒸气在第一区间2的反应室21中进行反应，反应后的混合气体进入第二区间3中，依次经过过滤、吸附、膜分离和冷却分离，对二氧化碳和一氧化碳多重吸附和分离，二氧化碳最终被冷却承液体储存，本技术提高了甲醇制氢制备得到氢气的纯度，并且也减少了温室气体的排放。
38.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。