CN205222681U - 一种甲醇水重整制氢机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲醇水重整制氢机，包括甲醇水储存容器、输送泵、变频器、换热器及重整器，其中：变频器，用于将低频电压或直流电压转换为电磁加热器之电磁线圈所需要的高频电压，所述变频器设置有液冷散热器，所述甲醇水原料在输送泵的泵送过程中，流经该液冷散热器，使变频器产生的热量被甲醇水原料带走；重整器，设有重整室、电磁加热器及氢气纯化装置，所述电磁加热器包括电磁线圈及金属受磁体，所述电磁线圈输入高频电压后能产生高频磁场，使金属受磁体受磁场感应而发热，为重整室提供热能。本实用新型的变频器噪音低、散热效果好、耗能低，并且本实用新型能够有效地利用变频器所产生的热量。

Description

一种甲醇水重整制氢机

技术领域

本实用新型涉及氢气制备设备技术领域，特别涉及一种甲醇水重整制氢机。

背景技术

氢，是一种21世纪最理想的能源之一，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的主要是CO₂和SO₂，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。氢的分布很广泛，水就是氢的大“仓库”，其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70%为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。

目前，世界上氢的年产量约为3600万吨，制氢方法主要有两种：其一、绝大部分氢是从石油、煤炭和天然气中制取，这种方法需要消耗本来就很紧缺的矿物燃料；其二、约有4%的氢是用电解水的方法制取，这种方法消耗电能大，很不划算。随着技术的进步，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别大的电解水制氢工艺。利用先进的甲醇水蒸气重整技术制取H₂与CO₂的混合气体，再经钯膜分离器分离，可分别得到H₂和CO₂。

中国发明专利申请201510363608.5（申请日：2015-06-29，申请人为本创作者：广东合即得能源科技有限公司）公开了一种甲醇水重整制氢机及其制氢方法，该甲醇水重整制氢机包括重整器，其设有重整室、电磁加热器及氢气纯化装置，所述电磁加热器包括电磁线圈及金属受磁体，电磁线圈通电后能产生高频磁场，使金属受磁体受磁场感应而发热，为重整室提供350-570℃温度的热能；甲醇与水蒸气重整器的重整室内，在350-409℃温度下1-5MPa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，重整反应生成的H₂和CO₂，再经过氢气纯化装置将H₂和CO₂分离，得到高纯氢气。

承上，要让电磁线圈通电后能产生高频磁场，就要让电磁线圈输入高频电压，上述发明专利申请201510363608.5所公开的甲醇水重整制氢机在实际应用中还需要设置变频器，在变频器内，由整流电路将低频电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHz的高频电压，或者直接将燃料电池提供的电压转换成频率为20-40KHz的高频电压，高速变化的电流流过电磁线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属受磁体内产生无数的小涡流而发热，加热重整室。

变频器包括整流电路、控制电路、系统检测电路、显示电路、功率控制电路、功率管或模块、冷却风扇、蜂鸣器、散热器等，其中散热器用于对变频器各功能模块进行散热，然而上述甲醇水重整制氢机所采用的散热器为风冷散热器，其具有以下缺陷：其一、风冷散热器的散热风扇噪音高，不利于变频器及整个甲醇水重整制氢机的降噪；其二、由于空气的散热速度较慢，使得风冷散热器的散热效率较低，当变频器在有功率调整等突发事件时，可能会出现尖峰温度，破坏变频器的芯片电路；其三、风冷散热器的散热风扇本身需要电能供给才能维持运转，耗能高；其四、变频器所产生的热量被散热风扇吹走，白白浪费了热能；其五、当变频器整合于甲醇水重整制氢机的机体之内时，变频器排出的热量易对甲醇水重整制氢机的控制器等电子电路造成不利影响。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种采用电磁加热器为重整室加热的甲醇水重整制氢机，该制氢机配套的变频器噪音低、散热效果好、耗能低，并且该制氢机能够有效利用变频器所产生的热量，不会因为变频器热量的排出而影响制氢机的其他电子电路工作运转。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种甲醇水重整制氢机，包括甲醇水储存容器、输送泵、变频器、换热器及重整器，其中：

甲醇水储存容器，其内储存有液态的甲醇水原料；

输送泵，用于将甲醇水储存容器中的甲醇水原料通过输送管道泵送至重整器的重整室；

变频器，用于将低频电压或直流电压转换为电磁加热器之电磁线圈所需要的高频电压，所述变频器设置有液冷散热器，所述甲醇水原料在输送泵的泵送过程中，流经该液冷散热器，使变频器产生的热量被甲醇水原料带走；

换热器，安装于甲醇水原料的输送管道上，甲醇水原料在换热器中，与重整器输出的高温氢气进行换热，甲醇水原料温度升高，氢气温度降低；

重整器，设有重整室、电磁加热器及氢气纯化装置，所述电磁加热器包括电磁线圈及金属受磁体，所述电磁线圈输入高频电压后能产生高频磁场，使金属受磁体受磁场感应而发热，为重整室提供热能；所述重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体；所述重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的高温混合气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的高温混合气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近；从氢气纯化装置的产气端得到氢气，该氢气经换热器后输出。

优选地，所述甲醇水重整制氢机还包括气体分流器、燃料电池及交直流电力转换装置，所述气体分流器用于分流从换热器输出的氢气，经气体分流器分流后，部分氢气进入燃料电池；所述燃料电池用于氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能；产生的电能经交直流电力转换装置转换后，一部分直接为输送泵供电，一部分输送至变频器，通过变频器转换为20-40KHZ的高频电压，供应给重整器的电磁加热器。进一步，所述甲醇水重整制氢机还设有贮氢瓶，该贮氢瓶可在重整器启动过程中，为燃料电池输入氢气，使燃料电池工作，产生电能，为输送泵及重整器的电磁加热器供电。

优选地，所述重整器从外至内依次包括保温壳体、重整室及氢气纯化装置，所述电磁加热器的电磁线圈设置于保温壳体与重整室之间，所述金属受磁体设置于重整室内。进一步，所述金属受磁体设置有单层或多层，金属受磁体呈筒状结构或网状结构。所述重整室的外侧和内侧还设有汽化盘管，甲醇水原料在进入重整室之前先通过汽化盘管，以便甲醇和水汽化。

优选地，所述氢气纯化装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%-78%，银占22%-25%。

本实用新型的有益效果是：其一、本实用新型的变频器采用液冷散热器散热，无噪声，有利于整个甲醇水重整制氢机的降噪；其二、由于液体的散热速度远远大于空气，因此本实用新型的液冷散热器具备良好的散热效果，当变频器在有功率调整等突发事件时，液冷散热器能够吸收大量的热量而保持温度不会明显的变化，避免了变频器的芯片电路出现损坏的问题；其三、变频器的液冷散热器巧妙地利用甲醇水原料带走变频器产生的热量，无需另外设置液冷散热风扇，无需耗费任何电能；其四、甲醇水原料带走变频器产生的热量后，能使甲醇水原料温度提升，从而使变频器产生的热量得到了巧妙的利用；其五、又由于变频器产生的热量得到了巧妙的利用，从而使变频器整合于甲醇水重整制氢机的机体之内时，不会向机体内部排出热量，保障了甲醇水重整制氢机的工作稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构方框图。

图2为本实用新型一优选方式的整体结构方框图。

图3为本实用新型的重整器及换热器外部结构示意图。

图4为本实用新型一优选实施例的重整器横剖视结构示意图。

图5为金属受磁体的一种优选结构示意图。

图6为金属受磁体的另一种优选结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型为一种甲醇水重整制氢机，包括甲醇水储存容器1、输送泵2、变频器3、换热器5及重整器4，其中：

甲醇水储存容器1，其内储存有液态的甲醇水原料；

输送泵2，用于将甲醇水储存容器1中的甲醇水原料通过输送管道泵送至重整器4的重整室41；

变频器3，用于将低频电压或直流电压转换为电磁加热器42之电磁线圈421所需要的高频电压，所述变频器3设置有液冷散热器31，所述甲醇水原料在输送泵2的泵送过程中，流经该液冷散热器31，使变频器3产生的热量被甲醇水原料带走；所述低频电压可以是50/60HZ的市电；

换热器5，安装于甲醇水原料的输送管道上，甲醇水原料在换热器5中，与重整器4输出的高温氢气进行换热，甲醇水原料温度升高，氢气温度降低；

重整器4，设有重整室41、电磁加热器42及氢气纯化装置43，结合参考图4，所述电磁加热器42包括电磁线圈421及金属受磁体422，所述电磁线圈421输入高频电压后能产生高频磁场，使金属受磁体422受磁场感应而发热，为重整室41提供350-570℃温度的热能，优选为350-409℃；所述重整室41内设有催化剂，甲醇和水蒸汽在重整室41内，1-5MPa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，反应方程为：(1)CH₃OH→CO+2H₂、(2)H₂O+CO→CO₂+H₂、(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体；所述重整室41与氢气纯化装置43通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室41内，能通过重整室41内的高温继续加热从重整室41输出的高温混合气体；连接管路作为重整室41与氢气纯化装置43之间的缓冲，使得从重整室41输出的高温混合气体的温度与氢气纯化装置43的温度相同或接近；从氢气纯化装置43的产气端得到氢气，该氢气经换热器3后输出，而二氧化碳气体则可从重整器排出，或收集。

如图2所示，作为本实用新型的一种优选方式，所述甲醇水重整制氢机还包括气体分流器8、燃料电池6及交直流电力转换装置7，所述气体分流器8用于分流从换热器5输出的氢气，经气体分流器8分流后，部分氢气进入燃料电池6，当然，进入燃料电池6的部分氢气仅占重整器输出的氢气的一小部分（例如20%的氢气），大部分氢气则收集起来或输出至其它氢气使用设备（例如80%的氢气）；所述燃料电池6用于氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能，在燃料电池的阳极：2H₂→4H⁺+4e^-，H₂分裂成两个质子和两个电子，质子穿过质子交换膜（PEM），电子通过阳极板，通过外部负载，并进入阴极双极板，在燃料电池的阴极：O₂+4e^-+4H⁺→2H₂O，质子、电子和O₂重新结合以形成H₂O；产生的电能经交直流电力转换装置7转换后，一部分直接为输送泵2供电，一部分输送至变频器3，通过变频器3转换为20-40KHZ的高频电压，供应给重整器4的电磁加热器42，该交直流电力转换装置7转换之后的电压为直流电压或低频交流电压。进一步，所述甲醇水重整制氢机还设有贮氢瓶9，该贮氢瓶9可在重整器4启动过程中，为燃料电池6输入氢气，使燃料电池6工作，产生电能，为输送泵2及重整器4的电磁加热器42供电。

如图3和图4所示，所述重整器4从外至内依次包括保温壳体44、重整室41及氢气纯化装置43，所述电磁加热器42的电磁线圈421设置于保温壳体44与重整室41之间，所述金属受磁体422设置于重整室41内，该金属受磁体可以为铁质或不锈钢受磁体。进一步，所述金属受磁体422设置有单层或多层，金属受磁体422呈筒状结构（参照图5）或网状结构（参照图6）。所述重整室41的外侧和内侧还设有汽化盘管45，甲醇水原料在进入重整室41之前先通过汽化盘管45，以便甲醇和水汽化。

所述氢气纯化装置43为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%-78%，银占22%-25%；膜分离装置的内外压强之差大于或等于1.1MPa。膜分离装置的制造工艺可参照本申请人上海合既得动氢机器有限公司于2012年12月21日申请的发明专利201210563913.5，甲醇水制氢设备的膜分离器及其制备方法。本实用新型各组甲醇水重整制氢发电模组采用重整器在300-570℃的温度下及催化剂作用下重整制氢的方式，其制氢速度及效率高，甲醇水原料转化效率和利用率高，稳定性好；由于氢气纯化装置的温度与重整室温度相同或接近，因此，能显著提高氢气纯化效率及降低氢气纯化难度，实现快速膜分离。

本实用新型甲醇水重整制氢机的制氢方法，包括以下步骤：

a.甲醇水储存容器中的甲醇水原料在输送泵的泵送作用力下，依次经变频器的液冷散热器及换热器，泵送至重整器的重整室；甲醇水原料在通过变频器的液冷散热器的过程中，带走变频器产生的热量，甲醇水原料温度提升；甲醇水原料在通过换热器的过程中，与高温氢气进行换热，甲醇水原料进一步温度提升；当然，由于变频器产生的热量远远小于高温氢气的热量，因此，甲醇水原料在通过变频器的液冷散热器后，其温度提升幅度比较小（例如从20℃提升至25℃），而在通过换热器后，才有大幅度提升；

b.低频电压或直流电压经变频器后，转换为高频电压，为电磁加热器之电磁线圈供电，电磁线圈通电后产生高频磁场，使电磁加热器的金属受磁体受磁场感应而发热，为重整室提供350-570℃温度，在重整室内，汽化的甲醇和水在催化剂作用下，发生甲醇和水的重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体；

c.高温混合气体经连接管路进入重整器的氢气纯化装置进行分离，从氢气纯化装置的产气端得到高温氢气；

d.制得的高温氢气输送至换热器，高温氢气在通过换热器的过程中，与甲醇水原料进行换热，高温氢气温度降低，转变为低温氢气后向外输出。

优选地，上述步骤d中的低温氢气进一步输送至气体分流器进行分流，经气体分流器分流后，部分氢气进入燃料电池，在燃料电池内，氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能，产生的电能经交直流电力转换装置转换后，一部分直接为输送泵供电，一部分输送至变频器，通过变频器转换为20-40KHZ的高频电压，供应给重整器的电磁加热器。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施方式，凡是依据本实用新型的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种甲醇水重整制氢机，其特征在于：包括甲醇水储存容器、输送泵、变频器、换热器及重整器，其中：

甲醇水储存容器，其内储存有液态的甲醇水原料；

输送泵，用于将甲醇水储存容器中的甲醇水原料通过输送管道泵送至重整器的重整室；

变频器，用于将低频电压或直流电压转换为电磁加热器之电磁线圈所需要的高频电压，所述变频器设置有液冷散热器，所述甲醇水原料在输送泵的泵送过程中，流经该液冷散热器，使变频器产生的热量被甲醇水原料带走；

换热器，安装于甲醇水原料的输送管道上，甲醇水原料在换热器中，与重整器输出的高温氢气进行换热，甲醇水原料温度升高，氢气温度降低；

重整器，设有重整室、电磁加热器及氢气纯化装置，所述电磁加热器包括电磁线圈及金属受磁体，所述电磁线圈输入高频电压后能产生高频磁场，使金属受磁体受磁场感应而发热，为重整室提供热能；所述重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体；所述重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的高温混合气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的高温混合气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近；从氢气纯化装置的产气端得到氢气，该氢气经换热器后输出。

2.根据权利要求1所述的甲醇水重整制氢机，其特征在于：还包括气体分流器、燃料电池及交直流电力转换装置，所述气体分流器用于分流从换热器输出的氢气，经气体分流器分流后，部分氢气进入燃料电池；所述燃料电池用于氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能；产生的电能经交直流电力转换装置转换后，一部分直接为输送泵供电，一部分输送至变频器，通过变频器转换为20-40KHZ的高频电压，供应给重整器的电磁加热器。

3.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢机，其特征在于：所述甲醇水重整制氢机还设有贮氢瓶，该贮氢瓶可在重整器启动过程中，为燃料电池输入氢气，使燃料电池工作，产生电能，为输送泵及重整器的电磁加热器供电。

4.根据权利要求1所述的甲醇水重整制氢机，其特征在于：所述重整器从外至内依次包括保温壳体、重整室及氢气纯化装置，所述电磁加热器的电磁线圈设置于保温壳体与重整室之间，所述金属受磁体设置于重整室内。

5.根据权利要求4所述的甲醇水重整制氢机，其特征在于：所述金属受磁体设置有单层或多层，金属受磁体呈筒状结构或网状结构。

6.根据权利要求4所述的甲醇水重整制氢机，其特征在于：所述重整室的外侧和内侧还设有汽化盘管，甲醇水原料在进入重整室之前先通过汽化盘管，以便甲醇和水汽化。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的甲醇水重整制氢机，其特征在于：所述氢气纯化装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金。