[发明专利]一种无水制氢系统

说明书

本发明属于氢能源的技术领域，具体涉及一种无水制氢系统。本发明制氢系统集成了燃烧、换热、重整制氢、水汽变换、一氧化碳净化、气液分离、液体收集等多个工序。综合考虑系统内燃烧反应的产物和能量，并将其与制氢反应所需物料和能量进行耦合匹配，不仅考虑了水的收集，还通过多个换热器的设计与匹配，保证了整个过程的能量效率；在外界不提供水的情况下，实现了将含氢原料向富氢气体的转化，实现了无水制氢工艺。而且在燃烧尾气排放前，通过利用催化反应与物理吸附相结合的综合处理方法，保证了工艺技术的环保性。最终产品气中主要包含氢气、氮气、二氧化碳、一氧化碳，其中一氧化碳的浓度可以控制在10ppm以下。

技术领域

本发明属于氢能源的技术领域，具体涉及一种无水制氢系统，可在外界不提供水的条件下，将含氢原料(醇、烷烃等)转化为富氢气体。

背景技术

社会经济的飞速发展、人们生活水平的不断提高不仅对能源需求量日渐增加，而且对现有的能源体系的可持续发展提出了更高要求，化石能源的日益枯竭更迫使广大研究人员去寻找可替代化石能源的环境友好型可再生清洁能源，这对于我国的能源和环保战略也具有现实意义。

氢能是一种清洁的可再生的二次能源，在传统的化工合成中扮演着重要角色，并且随着燃料电池技术的发展，氢能在能源的利用平台上已经得到广泛关注。氢的来源广泛，制备方法多样，可以通过醇醚类(甲醇、乙醇、二甲醚等)及烃类(柴油、汽油、天然气等)重整或部分氧化、氨分解、金属或金属氢化物水解、电解水、光解水、生物制氢等多种方法制得。其中，通过醇类、烃类重整仍是主要的制氢方法。

在化工生产过程中，通常采用水蒸汽重整制氢的方法，其反应过程如下列方程所示。燃料(C_nH_mO_p)+水蒸汽(H₂O)

→小分子含碳化合物(CO，CO₂，CH₄等)+3H₂ΔH＞O

但因煤、石油重整制氢中原料储量有限，制氢效率低且对环境造成一定污染，尤其是类似与其它的煤化工、石油化工技术，蒸汽重整技术是一个高水耗和高能耗的过程。

为此，如何改进现有制氢系统，达到少耗水，甚至不耗水的目标，将极大地拓展此类制氢工艺的应用领域。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种集成燃烧、换热、重整制氢、水汽变换、一氧化碳净化、气液分离、液体收集等多个工序过程的无水制氢系统。该制氢系统可以解决：一、传统蒸汽重整制氢工艺的耗水问题；二、充分利用含氢原料和空气的化学反应，在提供系统反应能量的同时，生成制氢所需的水；三、可实现产物中一氧化碳的转化与净化，以满足质子交换膜燃料电池用氢的需要。

本发明的发明构思是这样的：发明人从制氢全系统的物流出发，考虑到重整制氢原料中含有H元素，而实际的工业生产过程中，总是以燃烧的方式来提供制氢反应所需的能量。通过用以燃烧的空气中的O元素，再结合原料中的H元素，适当匹配相关的化学反应，就可以产生传统蒸汽重整制氢所必须的水，从而提供一种不依赖水资源的重整制氢系统。

本发明采用如下技术方案：一种无水制氢系统，包括风机、原料储罐、用于含氢原料和空气辅助强化混合的燃烧气体预混器、用于含氢原料和空气燃烧反应的燃烧器、用于生成富含氢气的气体产物的制氢反应器、用于水汽变换反应的变换反应器、气体混合气及选择氧化反应器；在制氢系统中还设有用于调节温度的换热器、调节阀、流量控制器、气液分离器和储水槽。

在空气管路上依次设有风机和并联的调节阀A、调节阀B，其中调节阀B通过管路与气体混合器连接，调节阀A通过管路与燃烧气体预混器连接，燃烧气体预混器与燃烧器底部连接，燃烧器气体出口与制氢反应器连接；