便携式甲醇制备设备及水氢发电系统的制作方法

本实用新型属于甲醇制备技术领域，涉及一种甲醇制备设备，尤其涉及一种便携式甲醇制备设备；同时，本实用新型还涉及一种水氢发电系统。

背景技术：

人类历史的发展历程同能源的应用密切相关，随着第一次工业革命对煤炭的大量使用开始，人类进入工业文明时代，陆续开发利用石油、天然气、核能、水能、太阳能、风能等不同形式的能源。

上世纪七十年代的能源危机引发了人类对能源的深度思考：地球上不缺能源，缺的是更高效的能源转化技术。

现有的除煤炭、石油、天然气之外的能源中，核能、水能、太阳能、风能目前应用较为广泛，但都存在很多缺点。

如，核能的缺点包括：1、核能电厂会产生高低阶放射性废料，必须慎重处理；2、核能发电厂热效率较低，核能电厂的热污染较严重；3、核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。而2011年日本福岛由于地震而引发核泄漏事故，产生的影响至今依然存在。

太阳能的缺点包括：1、不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响。2、效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高。

风能的缺点包括：风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类。目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高。在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时间；必须等待压缩空气等储能技术发展。风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的地方来兴建。现在的风力发电还未成熟，还有相当发展空间。

水能的缺点包括：需要在洪枯流量相差悬殊的河流上建高坝大库进行水利水能调节，往往淹没和浸没损失较大，需大量移民；土建工程量较大，使得一次投资较大、工期较长；水力发电受地形、地质等条件的限制；河流泥沙、天然径流变化等对其影响比较大等；有部分人认为大型水电站的建设破坏生态，可能导致一些恶劣天气。

近年来，出现了甲醇水重整制氢发电设备(可称其为水氢机)，水氢机体积小(仅为电脑主机般大小)、功率高，可应用在不同的领域。

水氢机的基本组成是本领域技术人员可以根据本申请人的相关专利能基本实现的(如三件授权的实用新型专利：中国专利cn201210339912.2，一种利用甲醇水制备氢气的系统及方法；中国专利cn201310578035.9，即时制氢发电系统及方法；中国专利cn201310520538.0,一种即时制氢发电系统及方法；中国专利cn201410621689.x，甲醇水制氢系统的重整器、甲醇水制氢系统及制氢方法)，这里不做赘述。

然而，水氢机的原料目前需要另外购买，如果世界范围内水氢机大范围应用，原料的问题可能会成为制约水氢机快速发展的其中一个问题。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种配合水氢机使用的甲醇制备设备，以便克服现有水氢机存在的上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种便携式甲醇制备设备，可配合甲醇水重整发电系统使用，制备其所需的甲醇原料。

此外，本实用新型还提供一种水氢发电系统，可自制发电系统所需的甲醇，并避免二氧化碳的排放。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种便携式甲醇制备设备，所述甲醇制备设备包括：氮气输送装置、氢气输送装置、二氧化碳输送装置、第一混合器、第二混合器、微型固定床反应器、背压阀、醇水分离器、色谱仪、甲醇液化装置、甲醇收集容器、主控模块；

所述氮气输送装置包括氮气存储容器、第一输送管路，第一输送管路设有第一截止阀、第一质量流量计；

所述二氧化碳输送装置包括二氧化碳存储容器、第二输送管路，第二输送管路设有第二截止阀、第二质量流量计；

所述氢气输送装置包括氢气存储容器、第三输送管路、第四输送管路，第三输送管路设有第三截止阀、第三质量流量计，第四输送管路设有第四截止阀、第四质量流量计；

所述氢气存储容器通过第三输送管路与第一输送管路连接，第三输送管路与第一输送管路交汇于一第一三通阀；

所述氢气存储容器通过第四输送管路与第二输送管路连接，第四输送管路与第二输送管路交汇于一第一四通阀；

所述第一三通阀与第一混合器连接，第一混合器的另一端与第二三通阀连接；第二三通阀通过第五输送管路连接微型固定床反应器，第五输送管路设有第五质量流量计、压强计；

所述微型固定床反应器的另一端连接第四三通阀，第四三通阀还连接背压阀，背压阀的另一端连接一第二四通阀；

所述第一四通阀与第二混合器连接，第二混合器的另一端与第三三通阀连接；醇水分离器、第二三通阀连接第三三通阀，醇水分离器、甲醇液化装置、色谱仪连接第二四通阀；甲醇液化装置与甲醇收集容器连接；所述主控模块控制各个部件动作；

所述甲醇制备设备还包括自然能源发电装置，利用太阳能或/和风能或/和生物能发电，利用发出的电能将水水解为氢气及氧气，将收集到的氢气与二氧化碳制备为甲醇。

一种便携式甲醇制备设备，所述甲醇制备设备包括：氢气输送装置、第二输送装置、合成反应器；

所述第二输送装置为二氧化碳输送装置或/和一氧化碳输送装置；所述氢气输送装置、第二输送装置分别与合成反应器连接；所述合成反应器内氢气与二氧化碳或一氧化碳反应，生成甲醇及水。

作为本实用新型的一种优选方案，所述甲醇制备设备包括醇水分离器，合成反应器与醇水分离器连接，醇水分离器将甲醇与水分离。

作为本实用新型的一种优选方案，所述甲醇制备设备包括混合器，混合器设置于合成反应器前，先将氢气、二氧化碳或一氧化碳按照设定的比例混合后进入合成反应器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述甲醇制备设备还包括氮气输送装置，与合成反应器连接，在氢气与二氧化碳或一氧化碳反应前先通过氮气，排出其他气体。

作为本实用新型的一种优选方案，所述甲醇制备设备还包括氮气输送装置、第二混合器、微型固定床反应器、背压阀；

所述氮气输送装置包括氮气存储容器、第一输送管路；所述二氧化碳输送装置包括二氧化碳存储容器、第二输送管路；所述氢气输送装置包括氢气存储容器、第三输送管路、第四输送管路；

所述氢气存储容器通过第三输送管路与第一输送管路连接，第三输送管路与第一输送管路交汇于一第一三通阀；

所述氢气存储容器通过第四输送管路与第二输送管路连接，第四输送管路与第二输送管路交汇于一第一四通阀；

所述第一三通阀与第一混合器连接，第一混合器的另一端与第二三通阀连接；第二三通阀通过第五输送管路连接微型固定床反应器；

所述微型固定床反应器的另一端连接第四三通阀，第四三通阀还连接背压阀，背压阀的另一端连接一第二四通阀；

所述第一四通阀与第二混合器连接，第二混合器的另一端与第三三通阀连接；醇水分离器、第二三通阀连接第三三通阀，醇水分离器、甲醇液化装置、色谱仪连接第二四通阀；甲醇液化装置与甲醇收集容器连接；所述主控模块控制各个部件动作。

作为本实用新型的一种优选方案，所述甲醇制备设备还包括自然能源发电装置，利用太阳能或/和风能或/和生物能发电，利用发出的电能将水水解为氢气及氧气，将收集到的氢气与二氧化碳制备为甲醇。

一种水氢发电系统，所述水氢发电系统包括：甲醇水重整制氢装置、氢燃料电池、甲醇制备设备；

所述甲醇水重整制氢装置连接氢燃料电池；甲醇水重整制氢装置利用甲醇水重整制得氢气，将氢气输送至氢燃料电池，氢燃料电池设有气泵，气泵将含氧气体泵入氢燃料电池；氢燃料电池利用氢气及氧气发生氧化还原反应发电；

所述甲醇制备设备连接甲醇水重整制氢装置，为甲醇水重整制氢装置提供甲醇原料；

所述氢燃料电池发出的电能供甲醇水重整制氢装置、氢燃料电池、甲醇制备设备工作。

作为本实用新型的一种优选方案，所述甲醇制备设备包括：氮气输送装置、氢气输送装置、二氧化碳输送装置、第一混合器、第二混合器、微型固定床反应器、背压阀、醇水分离器、色谱仪、甲醇液化装置、甲醇收集容器、主控模块；所述二氧化碳输送装置连接所述储存容器收集二氧化碳的一侧；制备得到的甲醇输送至储存容器的甲醇水混合液一侧；

所述氮气输送装置包括氮气存储容器、第一输送管路，第一输送管路设有第一截止阀、第一质量流量计；

所述二氧化碳输送装置包括二氧化碳存储容器、第二输送管路，第二输送管路设有第二截止阀、第二质量流量计；

所述氢气输送装置包括氢气存储容器、第三输送管路、第四输送管路，第三输送管路设有第三截止阀、第三质量流量计，第四输送管路设有第四截止阀、第四质量流量计；

所述氢气存储容器通过第三输送管路与第一输送管路连接，第三输送管路与第一输送管路交汇于一第一三通阀；

所述氢气存储容器通过第四输送管路与第二输送管路连接，第四输送管路与第二输送管路交汇于一第一四通阀；

所述第一三通阀与第一混合器连接，第一混合器的另一端与第二三通阀连接；第二三通阀通过第五输送管路连接微型固定床反应器，第五输送管路设有第五质量流量计、压强计；

所述微型固定床反应器的另一端连接第四三通阀，第四三通阀还连接背压阀，背压阀的另一端连接一第二四通阀；

所述第一四通阀与第二混合器连接，第二混合器的另一端与第三三通阀连接；醇水分离器、第二三通阀连接第三三通阀，醇水分离器、甲醇液化装置、色谱仪连接第二四通阀；甲醇液化装置与甲醇收集容器连接；所述主控模块控制各个部件动作。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的便携式甲醇制备设备，可配合甲醇水重整发电系统使用，制备其所需的甲醇原料。本实用新型提出的水氢发电系统，可自制发电系统所需的甲醇，并避免二氧化碳的排放。

附图说明

图1为本实用新型便携式甲醇制备设备的组成示意图。

图2为本实用新型水氢发电系统的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本实用新型揭示了一种便携式甲醇制备设备，所述甲醇制备设备包括：氮气输送装置a1、氢气输送装置a2、二氧化碳输送装置a3、第一混合器a4、第二混合器a5、微型固定床反应器a7、背压阀a8、醇水分离器a6、色谱仪a9、甲醇液化装置、甲醇收集容器、主控模块。

微型固定床反应器是本领域技术人员可以根据本申请的描述了解的，其为体积较小的固定床反应器。同时，中国专利cn200610023343.5涉及一种主要用于实验室常压下多相催化反应评价的微型固定床反应器,尤其涉及一种新型套管反应器。从上述2006年申请的专利中，可以获知，“微型固定床反应器”是本领域技术人员的惯用技术手段，这里不做更详细的介绍。

所述氮气输送装置a1包括氮气存储容器、第一输送管路，第一输送管路设有第一截止阀a11、第一质量流量计a12。

所述二氧化碳输送装置a3包括二氧化碳存储容器、第二输送管路，第二输送管路设有第二截止阀、第二质量流量计。

所述氢气输送装置a2包括氢气存储容器、第三输送管路、第四输送管路，第三输送管路设有第三截止阀、第三质量流量计，第四输送管路设有第四截止阀、第四质量流量计。

所述氢气存储容器通过第三输送管路与第一输送管路连接，第三输送管路与第一输送管路交汇于一第一三通阀a13。所述氢气存储容器通过第四输送管路与第二输送管路连接，第四输送管路与第二输送管路交汇于一第一四通阀a14。

所述第一三通阀a13与第一混合器a4连接，第一混合器a4的另一端与第二三通阀a15连接；第二三通阀a15通过第五输送管路连接微型固定床反应器a7，第五输送管路设有第五质量流量计、压强计。

所述微型固定床反应器a7的另一端连接第四三通阀a16，第四三通阀a16还连接背压阀a8，背压阀a8的另一端连接一第二四通阀a10。

所述第一四通阀a14与第二混合器a5连接，第二混合器a5的另一端与第三三通阀a17连接；醇水分离器a6、第二三通阀a15连接第三三通阀a17，醇水分离器a6、甲醇液化装置、色谱仪a9连接第二四通阀a10；甲醇液化装置与甲醇收集容器连接。

所述主控模块控制各个部件动作，先控制高纯氮气和高纯氢气以设定的比例经过第一混合器混合后通过催化剂床层排空，待催化剂还原完成后切换气体为氢气和二氧化碳的混合气，气体通过催化剂床层经背压阀升压到一定压力再经醇水分离器分离出产物甲醇和水，未反应的气体经过原料气补充后继续通过反应器循环反应。

所述甲醇制备设备还包括自然能源发电装置、电解水设备，利用太阳能或/和风能或/和生物能发电，利用发出的电能通过电解水设备将水水解为氢气及氧气，甲醇制备设备将收集到的氢气与二氧化碳制备为甲醇。

实施例二

请参阅图2，本实施例揭示一种水氢发电系统，所述水氢发电系统包括：甲醇水重整制氢装置1、氢燃料电池2、甲醇制备设备3。

所述甲醇水重整制氢装置1连接氢燃料电池2；甲醇水重整制氢装置1利用甲醇水重整制得氢气，将氢气输送至氢燃料电池2，氢燃料电池2设有气泵，气泵将含氧气体泵入氢燃料电池2；氢燃料电池2利用氢气及氧气发生氧化还原反应发电。

甲醇水重整制氢装置1、氢燃料电池2组成甲醇水重整制氢发电系统，甲醇水重整制氢发电系统的基本组成是本领域技术人员可以根据本申请人的相关专利能基本实现的(如四件授权的发明专利：中国专利cn201210339912.2，一种利用甲醇水制备氢气的系统及方法；中国专利cn201310578035.9，即时制氢发电系统及方法；中国专利cn201310520538.0,一种即时制氢发电系统及方法；中国专利cn201410621689.x，甲醇水制氢系统的重整器、甲醇水制氢系统及制氢方法)，这里不做赘述。

所述甲醇制备设备3连接甲醇水重整制氢装置1，为甲醇水重整制氢装置1提供甲醇原料；甲醇制备设备3的结构可参考实施例一中的描述。

所述氢燃料电池2发出的电能供甲醇水重整制氢装置1、氢燃料电池2、甲醇制备设备3工作。

此外，所述水氢发电系统还包括自然能源发电设备，自然能源发电设备包括太阳能发电装置5、风能发电装置6、水能发电装置7中的至少一种。

可以将太阳能发电装置5、风能发电装置6、水能发电装置7发出的电能实时利用，也可以将其存储于可充电电池中，而后再使用。这是本领域技术人员的惯用方式，这里不做赘述。

所述水氢发电系统还包括电解水设备4，利用太阳能发电装置5、风能发电装置6、水能发电装置7发出的多余电能(即人们生活工作不需要使用的电能，当然也可以是氢燃料电池2发出的部分电能)通过电解水设备将水水解为氢气及氧气，甲醇制备设备3将收集到的氢气与二氧化碳制备为甲醇。

为了甲醇水重整制氢装置1不排放二氧化碳，并将排出的二氧化碳收集，甲醇水重整制氢装置可以包括二氧化碳收集装置，将排出的二氧化碳通过存储装置存储，二氧化碳存储装置可以和原料存储装置共用一个容器。发电系统工作时，原料减少、排出的二氧化碳增加，因此，相同的容器中存储原料的容积变小，存储二氧化碳的容积变大。具体结构可以参见本申请人申请的《一种醇氢发电设备及其存储装置》，专利号：201520872773.9。

综上所述，本实用新型提出的便携式甲醇制备设备及水氢发电系统，可提高制备效率，提高制得甲醇的浓度。本实用新型可以利用甲醇制氢发电释放的二氧化碳制备甲醇，可以将能源循环利用。本实用新型水氢发电系统可自制发电系统所需的甲醇，并避免二氧化碳的排放。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。