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CN107473182A - 利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法及装置 - Google Patents

利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法及装置 Download PDF

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CN107473182A
CN107473182A CN201710643668.1A CN201710643668A CN107473182A CN 107473182 A CN107473182 A CN 107473182A CN 201710643668 A CN201710643668 A CN 201710643668A CN 107473182 A CN107473182 A CN 107473182A
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Abstract

本发明属于能源利用技术领域，具体涉及一种利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法及装置。利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法，包括以下的步骤：利用太阳能启动制氢装置：通过利用太阳能发电后启动纳米稀土合金电热板加热传热介质，将汽化后甲醇在制氢装置内加热循环，启动制氢装置；启动系列锅炉燃烧：当贮存的燃料氢气达到使用压力时，将其输入系列锅炉进行点火燃烧，实现系列锅炉的启动燃烧；利用系列锅炉燃烧的余热加热导热油，保障甲醇在制氢装置中的反应温度，为稳定生产氢气提供保障条件。太阳能发电加热纳米稀土合金板使导热油完成甲醇转化制氢反应工艺的设备系统结构简化，从而使工艺更方便，更利于普及推广应用。

Description

利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法及装置
技术领域
本发明属于能源利用技术领域，具体涉及一种利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法及装置。
背景技术
甲醇是传统的化工原料，由于其燃烧时热值低、具有腐蚀性、大气排放物污染严重，一直未作工业燃料使用。氢气是公认的零排放清洁燃料，目前主要是高纯度使用，将其作为一般工业系列锅炉的燃料鲜有报道。而甲醇是已知含氢最丰富的物质，利用甲醇转化制氢是当前应用最广泛的制氢工艺技术之一。目前这种制氢工艺，一般是用电加热的导热油作为甲醇转化成氢反应的热介质。
然而现有的甲醇转化制氢设备系统较为复杂，不实用。系统中的压力容器较多，无法实现大规模的甲醇转化制氢，需要单独的热能工艺系统为制氢装置服务，无法利用锅炉余热。
发明内容
本发明的目的是：针对目前利用甲醇转化制氢工艺及装备存在的上述问题，为用户提供一种简化现有甲醇转化制氢工艺、节能减排减少废热污染、有效降低制氢成本，利用系列锅炉余热将甲醇制氢的方法及装置系统。
本发明的目的是通过实施下述技术方案实现的：
一种利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法，包括以下的步骤：
步骤一：利用太阳能启动制氢装置：通过利用太阳能发电后启动纳米稀土合金电热板加热传热介质导热油，导热油将甲醇汽化后在制氢装置内加热循环，启动制氢装置；
步骤二：启动系列锅炉燃烧：当贮存的燃料氢气达到使用压力时，将其输入系列锅炉进行点火燃烧，实现系列锅炉的启动燃烧；
步骤三：利用系列锅炉燃烧的余热加热导热油，保障甲醇在制氢装置中的反应温度，为稳定生产氢气提供保障条件。
进一步的，步骤一具体包括如下步骤：
A、利用太阳能发电的电能启动纳米稀土合金电热板，对作为传热介质的导热油进行加热；
B、用催化剂活化及保护系统，实现对制氢装置中的催化剂进行活化；
C、降低与调整加热后的导热油的温度，使其到达制氢装置时保持在250℃～265℃；
D、输送经过计量的液态甲醇，利用经过加热后的导热油将其加热汽化，然后输入到装有催化剂、室温达到240℃～250℃的制氢装置内；
E、制氢装置内的汽态甲醇在催化剂作用下，发生转化反应生成燃料氢气，并将其贮存。
进一步的，步骤三具体包括如下步骤：
a、停止纳米稀土合金电热板的工作，用系列锅炉中氢气燃烧的余热代替纳米稀土合金电热板；
b、将输送的加热后的导热油调温，保障其在到达制氢装置时保持在250℃～265℃；
c、输送经过计量的液态甲醇，通过导热油加热汽化后将其输入到制氢装置内维持甲醇的转氢反应；
d、将反应生成的氢气引出、贮存，供系列锅炉连续燃烧使用。
本发明还相应的提供了用于实现上述方法的装置，技术方案如下：一种利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置，包括有太阳能光伏板、纳米稀土合金电热板和导热油泵，还包括依次连接的甲醇罐、制氢装置、储氢罐和系列锅炉；
其中，所述的太阳能光伏板用于将太阳能转化为电能，并将电能输送至纳米稀土合金电热板；
其中，所述的纳米稀土合金电热板用于将电能转化为热能，加热系统内的导热油升温，
其中，所述的导热油泵用于实现导热油在制氢装置、系列锅炉以及纳米稀土合金电热板之间的循环；
其中，所述的甲醇罐用于储存甲醇；
其中，所述的制氢装置用于将经过导热油加热汽化后的甲醇转化为氢气；
其中，所述的储氢罐用于存储制氢装置产生的氢气；
其中，所述的系列锅炉以氢气为燃料，并将锅炉余热用于代替纳米稀土合金电热板加热导热油。
进一步的，在上述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置中，所述的储氢罐和系列锅炉之间依次连接有阻火器、减压器、鼓风机和燃烧器。
进一步的，在上述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置中，所述的甲醇罐的出口处连接有计量泵，所述的甲醇罐与计量泵之间的管路上设置有甲醇罐出口阀门，所述的计量泵与制氢装置之间的管路上依次设置有计量泵出口阀门和制氢装置入口阀门，所述的计量泵出口阀门和制氢装置入口阀门之间的管路连接有保护气输送管路，所述的保护气输送管路上设置有保护气阀门。
进一步的，在上述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置中，所述的制氢装置上均安装有温度表，所述的制氢装置上还安装有压力表。
进一步的，在上述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置中，所述的制氢装置与甲醇罐之间、所述的储氢罐与甲醇罐之间均设置有回流管路，所述的回流管路上设置有制氢装置排污阀门、储氢罐排污阀门和排污回流阀门。
进一步的，上述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置还包括控制箱，所述的控制箱分别连接太阳能光伏板、计量泵、和制氢装置，并控制与其连接的设备的运行。
本发明所述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置的工作原理如下：
1、启动太阳能光伏板进行发电，并将电能用于纳米稀土合金电热板的工作，将电能转化为热能，并对系统内的导热油进行加热；
2、开启甲醇罐出口阀门，甲醇罐中的甲醇液体经过计量泵计量后，通过输送管路进入到制氢装置内进行加热汽化，汽化后甲醇进入到制氢装置内，并控制制氢装置内的温度达到240℃～250℃，汽态甲醇在催化剂作用下发生转化反应生成燃料氢气；
3、生成的燃料氢气经过管路输送至储氢罐储存；
4、当贮存的燃料氢气达到使用压力时，启动鼓风机，鼓入助燃空气，开启储氢罐出口阀门，燃料氢气通过减压器后在燃烧器中点燃，实现系列锅炉的启动燃烧；
5、待系列锅炉稳定燃烧后，关闭燃烧器；
6、停止纳米稀土合金电热板的工作，用系列锅炉中氢气燃烧的余热代替纳米稀土合金电热板的电热对导热油进行加热，保障甲醇在制氢装置中的反应温度，为稳定生产氢气提供保障条件
本发明的优点在于：
利用太阳能使纳米稀土合金电热板发热，将甲醇转化为系列锅炉燃烧的氢气燃料；因而，本发明具有广阔的应用前景。本发明技术优点是太阳能发电加热纳米稀土合金板使导热油完成甲醇转化制氢反应工艺的设备系统结构简化，从而使导热油升温、汽化甲醇制氢燃料更方便，同时更利于普及推广应用。
本发明的突出特点是：
1、利用太阳能和纳米稀土合金电热板和导热油汽化甲醇，并使甲醇转化制氢反应工艺，使用传热导热油作为甲醇汽化、转化反应的热介质，使甲醇转化制氢设备系统大为简化，更为实用。
2、由于本发明设备系统中的主要装置：制氢装置和汽化装置都是非压力容器，为利用余热大规模地实现甲醇转化制氢创造了条件。
3、采用系列锅炉余热加热的传热导热油，先后对系统内多个设备预热，大大提高了系列锅炉余热的利用效率。
4、本发明是将转化产生的富氢燃料(氢气含量不少于74％)直接用作工业系列锅炉或电厂锅炉生产的燃料，这种即产即用的工艺流程，解决了氢气使用中运输和贮存的难题，也节约了运营成本。
5、本发明把甲醇转化制氢工艺，用于工业燃料的生产与使用过程，使氢气这种以往可望不可及的高能清洁能源成为一种新的工业替代能源，具有广阔的应用前景。
综上所述，本发明比现有技术具有设备系统简化、技术条件要求低、设备成本及运营成本大为降低、提高能源利用的热效率、节能减排和保护环境、大大缓解国内石油燃料供应紧张的压力，便于推广应用和普及等突出优点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置的甲醇和氢气流动系统的设备连接图；
图2是本发明实施例提供的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置的导热油循环系统的设备连接图；
图3是本发明实施例提供的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置的控制系统的设备连接图；
图4是本发明实施例提供的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置的排污回流系统的设备连接图；
图中各符号说明如下：
1、甲醇罐；2、甲醇罐出口阀门；3、计量泵；4、计量泵出口阀门；5、导热油泵；6、导热油泵出口阀门；7、制氢装置入口阀门；8、保护气阀门；9、汽化后甲醇进入制氢装置阀门；10、温度表；11、压力表；12、制氢装置；13、储氢安全阀门；14、储氢罐；15、阻火器；16、减压器；17、鼓风机；18、燃烧器；19、燃烧器至锅炉阀门；20、系列锅炉；22、太阳能光伏板；24、导热油泵入口阀门；26、导热油进入锅炉阀门；27、制氢装置排污阀门；28、控制箱；29、储氢罐出口阀门；30、储氢罐排污阀门；31、排污回流阀门。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。除非另有说明，“多个”的含义为两个或更多。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
一种利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法，包括以下的步骤：
步骤一：利用太阳能启动制氢装置：通过利用太阳能发电后启动纳米稀土合金电热板加热传热介质导热油，导热油将甲醇汽化后在制氢装置内加热循环，启动制氢装置；具体为：
A、利用太阳能发电的电能启动纳米稀土合金电热板，对作为传热介质的导热油进行加热；
B、用催化剂活化及保护系统，实现对制氢装置中的催化剂进行活化；
C、降低与调整加热后的导热油的温度，使其到达制氢装置时保持在250℃～265℃；
D、输送经过计量的液态甲醇，利用经过加热后的导热油将其加热汽化，然后输入到装有催化剂、室温达到240℃～250℃的制氢装置内；
E、制氢装置内的汽态甲醇在催化剂作用下，发生转化反应生成燃料氢气，并将其贮存。
步骤二：启动系列锅炉燃烧：当贮存的燃料氢气达到使用压力时，将其输入系列锅炉进行点火燃烧，实现系列锅炉的启动燃烧；
步骤三：利用系列锅炉燃烧的余热加热导热油，保障甲醇在制氢装置中的反应温度，为稳定生产氢气提供保障条件，具体为：
a、停止纳米稀土合金电热板的工作，用系列锅炉中氢气燃烧的余热代替纳米稀土合金电热板；
b、将输送的加热后的导热油调温，保障其在到达制氢装置时保持在250℃～265℃；
c、输送经过计量的液态甲醇，通过导热油加热汽化后将其输入到制氢装置内维持甲醇的转氢反应；
d、将反应生成的氢气引出、贮存，供系列锅炉连续燃烧使用。
实施例2
如图1～4所示，一种利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置，包括有太阳能光伏板22、纳米稀土合金电热板(图中未示出)和导热油泵5，还包括依次连接的甲醇罐1、制氢装置12、储氢罐14和系列锅炉20；所述的太阳能光伏板22用于将太阳能转化为电能，并将电能输送至纳米稀土合金电热板；所述的纳米稀土合金电热板用于将电能转化为热能，加热系统内的导热油升温；所述的导热油泵用于实现导热油在制氢装置、系列锅炉以及纳米稀土合金电热板之间的循环；所述的甲醇罐1用于储存甲醇；所述的制氢装置12用于将经过导热油加热汽化后的甲醇转化为氢气；所述的储氢罐14用于存储制氢装置12产生的氢气；所述的系列锅炉20以氢气为燃料，并将锅炉余热用于代替纳米稀土合金电热板加热导热油。所述的储氢罐14和系列锅炉20之间依次连接有阻火器15、减压器16、鼓风机17和燃烧器18，储氢罐14与阻火器15之间的管路上设置有储氢罐出口阀门29。所述的甲醇罐1的出口处连接有计量泵3，所述的甲醇罐1与计量泵3之间的管路上设置有甲醇罐出口阀门2，所述的计量泵3与制氢装置12之间的管路上依次设置有计量泵出口阀门4和制氢装置入口阀门7，所述的计量泵出口阀门4和制氢装置入口阀门7之间的管路连接有保护气输送管路，所述的保护气输送管路上设置有保护气阀门8。所述的制氢装置12上安装有温度表10，所述的制氢装置12上安装有压力表11。具体的，甲醇进入到制氢装置后会在制氢装置内的汽化部进行升温汽化，汽化后的甲醇通过汽化后甲醇进入制氢装置阀门9进入到制氢装置的反应部发生甲醇制氢的反应。
如图4所示，所述的制氢装置12与甲醇罐1之间、所述的储氢罐14与甲醇罐1之间均设置有回流管路，所述的回流管路上设置有制氢装置排污阀门27、储氢罐排污阀门30和排污回流阀门31。
此外，如图3所示，利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置还包括控制箱28，所述的控制箱28分别连接太阳能光伏板22、计量泵3、导热油泵5和制氢装置12，并控制与其连接的设备的运行。
更为具体的，在储氢罐14上安装有储氢安全阀门13；燃烧器与系列锅炉之间的管路上设置有燃烧器至锅炉阀门19；
如图2所示的导热油循环系统，导热油泵5、制氢装置12和系列锅炉20之间依次通过管路连接。其中系列锅炉20至导热油泵5之间的管路上设置有导热油泵入口阀门24，导热油泵5与制氢装置12之间设置有导热油泵出口阀门6，所述的制氢装置12与系列锅炉20之间的管路上设置有导热油进入锅炉阀门26。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用太阳能启动制氢装置：通过利用太阳能发电后启动纳米稀土合金电热板加热传热介质导热油，导热油将甲醇汽化后在制氢装置内加热循环，启动制氢装置；
步骤二：启动系列锅炉燃烧：当贮存的燃料氢气达到使用压力时，将其输入系列锅炉进行点火燃烧，实现系列锅炉的启动燃烧；
步骤三：利用系列锅炉燃烧的余热加热导热油，保障甲醇在制氢装置中的反应温度，为稳定生产氢气提供保障条件。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法，其特征在于，步骤一具体包括如下步骤：
A、利用太阳能发电的电能启动纳米稀土合金电热板，对作为传热介质的导热油进行加热；
B、用催化剂活化及保护系统，实现对制氢装置中的催化剂进行活化；
C、降低与调整加热后的导热油的温度，使其到达制氢装置时保持在250℃～265℃；
D、输送经过计量的液态甲醇，利用经过加热后的导热油将其加热汽化，然后输入到装有催化剂、室温达到240℃～250℃的制氢装置内；
E、制氢装置内的汽态甲醇在催化剂作用下，发生转化反应生成氢气燃料，并将其贮存。
3.根据权利要求1所述的利用太阳能发电加热导热油将甲醇制氢的方法，其特征在于，步骤三具体包括如下步骤：
a、停止纳米稀土合金电热板的工作，用系列锅炉中氢气燃烧的余热代替纳米稀土合金电热板；
b、将输送的加热后的导热油调温，保障其在到达制氢装置时保持在250℃～265℃；
c、输送经过计量的液态甲醇，通过导热油加热汽化后将其输入到制氢装置内维持甲醇的转氢反应；
d、将反应生成的氢气引出、贮存，供系列锅炉连续燃烧使用。
4.利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置，其特征在于，包括有太阳能光伏板(22)、纳米稀土合金电热板和导热油泵(5)，还包括依次连接的甲醇罐(1)、制氢装置(12)、储氢罐(14)和系列锅炉(20)；
所述的太阳能光伏板用于将太阳能转化为电能，并将电能输送至纳米稀土合金电热板；
所述的纳米稀土合金电热板用于将电能转化为热能，加热系统内的导热油升温，
所述的导热油泵用于实现导热油在制氢装置、系列锅炉以及纳米稀土合金电热板之间的循环；
所述的甲醇罐用于储存甲醇；
所述的制氢装置用于将经过导热油加热汽化后的甲醇转化为氢气；
所述的储氢罐用于存储制氢装置产生的氢气；
所述的系列锅炉以氢气为燃料，并将锅炉余热用于代替纳米稀土合金电热板加热导热油。
5.根据权利要求4所述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置，其特征在于，所述的储氢罐和系列锅炉之间依次连接有阻火器(15)、减压器(16)、鼓风机(17)和燃烧器(18)，储氢罐与阻火器之间的管路上设置有储氢罐出口阀门(29)。
6.根据权利要求4所述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置，其特征在于，所述的甲醇罐的出口处连接有计量泵(3)，所述的甲醇罐与计量泵之间的管路上设置有甲醇罐出口阀门(2)，所述的计量泵与制氢装置之间的管路上依次设置有计量泵出口阀门(4)制氢装置入口阀门(7)，所述的计量泵出口阀门和制氢装置入口阀门之间的管路连接有保护气输送管路，所述的保护气输送管路上设置有保护气阀门(8)。
7.根据权利要求4所述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置，其特征在于，所述的制氢装置上安装有温度表(10)，所述的制氢装置上安装有压力表(11)。
8.根据权利要求4所述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置，其特征在于，所述的制氢装置与甲醇罐之间、所述的储氢罐与甲醇罐之间均设置有回流管路，所述的回流管路上设置有制氢装置排污阀门(27)、储氢罐排污阀门(30)和排污回流阀门(31)。
9.根据权利要求4所述的利用太阳能发电加热导热油甲醇制氢的装置，其特征在于，还包括控制箱(28)，所述的控制箱分别连接太阳能光伏板、计量泵、导热油泵和制氢装置，并控制与其连接的设备的运行。
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