[发明专利]一种自脱除CO的甲醇制氢装置及其使用方法

说明书

本发明属于能源环境技术领域，公开了一种自脱除CO的甲醇制氢装置及其使用方法。该装置包括反应主体机构和启动机构。启动机构为带有换热器的集成反应器。反应主体机构为立式装置，由多个套筒式结构组成，由内向外依次设置：产品气出口腔、重整反应腔、CO选择性氧化腔、空气预热腔。该装置可以实现自热运行，不需要额外热源，也不需要加压条件。主体装置的腔室之间交互排列、结构紧凑，同时又能保证气体、热量的交换更加充分，通过合理的布置换热器及余热利用技术最大程度的提高了能量利用率。

技术领域

本发明属于能源环境技术领域，本发明涉及一种自脱除CO的甲醇制氢装置及其使用方法。

背景技术

燃料电池是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。其通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此具有较高的能量转化率。其燃料为氢气和氧气，对环境无污染，同时没有机械传动部件，使用寿命长。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。但氢燃料电池发展面临许多挑战，其中一个关键难题是燃料电池铂电极的一氧化碳“中毒”问题。当下，氢主要来源于甲醇和天然气等碳氢化合物的蒸汽重整和水煤气变换反应，由此产生的氢通常含有0.5％至2％的一氧化碳。作为氢燃料电池汽车的“心脏”，燃料电池铂电极容易被一氧化碳杂质气体“毒害”，导致电池性能下降和寿命缩短，严重阻碍氢燃料电池的推广。

目前常用的处理方法是在燃料电池入口前端设置CO选择性氧化处理装置，在氢气进入燃料电池之前，让氢气中的一氧化碳杂质气体优先与氧气发生反应，从而避免一氧化碳杂质气体进入电池毒化电极。然而，现有催化剂只能在极窄的温度范围内工作，过程中需要外加电源或热源以提供催化剂的反应窗口温度。CO在氧化过程中会放出大量的热，如果反应过程中物料分布不均，容易导致局部过热，对装置和催化剂的耐热性要求都比较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种自脱除CO的甲醇制氢装置及其使用方法，该装置集成度高，不需要外加电源、热源且不需要高压环境。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种自脱除甲醇CO的制氢装置，包括反应主体机构和启动机构，启动机构和反应主体机构之间通过管道连接；启动机构和反应主体机构均为套筒式结构；启动机构为带有换热器的集成反应器；启动机构由内向外依次顺序设置换热层a、反应室、换热层b；换热层a与换热层b相互连通，内部设有强化传热组件；换热层b与进料管道相连；进料管道的另一端连接换热器a，换热器a的另一端连接反应原料进料管路；

反应主体机构由内向外依次顺序设置产品气出口腔、重整反应腔、CO选择性氧化腔、空气预热腔；重整反应腔内设置重整气排出腔；重整气排出腔和CO选择性氧化腔相邻连接设置；各腔室之间设有0.5-3mm薄壁间隔；重整气排出腔与CO选择性氧化腔下部之间的薄壁开设有相互连通的通道，CO选择性氧化腔顶部与产品气出口腔顶部之间设有连接通道，且连接通道设置在两个腔体的上方；重整反应腔的内部设有重整催化剂填充层，重整催化剂填充层嵌入在重整反应腔内并与重整气排出腔相邻设置；重整催化剂填充层与重整气排出腔之间设有0.5-3mm薄壁间隔；且薄壁上设有通孔；通孔孔径大小为1-5mm；

产品气出口腔处设有强化传热组件，产品气出口腔与产品气出口管道连接，产品气出口管道与换热器a连接；重整反应腔与换热层a、换热层b分别通过预热原料进料管道连接。

进一步的，所述强化传热组件包括但不限于板式、管壳式、板翅式传热结构中的任一种形式，可以为管式结构、也可以为片状结构。可以为螺旋槽管、横纹槽管、波纹管、缩放管、菱形翅片管、花瓣形翅片管、T型翅片管、表面多孔管中的任一种。

空气预热腔与CO选择性氧化腔之间的薄壁上设有若干个通孔，且若干个通孔非均布设置；CO选择性氧化腔中装填有选择性氧化催化剂。所述选择性氧化催化剂包括但不限于Au 基、Pd基、Pt基、Rh基、Ru基、Ce基、Zr基、La基催化剂中的任一种或两种以上。