專利名稱：一種高效的甲醇水制氫系統及其制氫方法
技術領域：
本發明屬于氫氣制備技術領域，涉及一種制氫系統，尤其涉及一種高效的甲醇水制氫系統；同時，本發明還涉及一種高效的甲醇水制氫方法。
背景技術：
在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀最理想的能源。這是因為，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產生的能量最多，而且它燃燒的產物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產生溫室效應和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產物也是水，可源源不斷地產生氫氣，永遠不會用完。
氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦爾的熱量，是汽油發熱量的3倍。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運送方便，是航天、航空等高速飛行交通工具最合適的燃料。氫在氧氣里能夠燃燒，氫氣火焰的溫度可高達2500°C，因而人們常用氫氣切割或者焊接鋼鐵材料。在大自然中，氫的分布很廣泛。水就是氫的大“倉庫”，其中含有11%的氫。泥土里約有I. 5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動植物體內等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70%為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從水中制取氫，那么氫也將是一種價格相當便宜的能源。氫的用途很廣，適用性強。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學能、熱能和機械能相互轉換的功能。例如，儲氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領，可將熱量儲存起來，作為房間內取暖和空調使用。氫作為氣體燃料，首先被應用在汽車上。1976年5月，美國研制出一種以氫作燃料的汽車；后來，日本也研制成功一種以液態氫為燃料的汽車；70年代末期，前聯邦德國的奔馳汽車公司已對氫氣進行了試驗，他們僅用了五千克氫，就使汽車行駛了 110公里。用氫作為汽車燃料，不僅干凈，在低溫下容易發動，而且對發動機的腐蝕作用小，可延長發動機的使用壽命。由于氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡化現有汽車的構造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4%的氫氣。用它作為汽車發動機燃料，就可節油40 %，而且無需對汽油發動機作多大的改進。氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運輸都很方便。液態的氫既可用作汽車、飛機的燃料，也可用作火箭、導彈的燃料。美國飛往月球的“阿波羅”號宇宙飛船和我國發射人造衛星的長征運載火箭，都是用液態氫作燃料的。另外，使用氫一氫燃料電池還可以把氫能直接轉化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在宇宙飛船和潛水艇上得到使用，效果不錯。當然，由于成本較高，一時還難以普遍使用。
現在世界上氫的年產量約為3600萬噸，其中絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中制取的，這就得消耗本來就很緊缺的礦物燃料；另有4%的氫是用電解水的方法制取的，但消耗的電能太多，很不劃算，因此，人們正在積極探索研究制氫新方法。而用甲醇、水重整制氫可減少化工生產中的能耗和降低成本，有望替代被稱為“電老虎”的“電解水制氫”的工藝，利用先進的甲醇蒸氣重整一變壓吸附技術制取純氫和富含CO2的混合氣體，經過進一步的后處理，可同時得到氫氣和二氧化碳氣。甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫和二氧化碳，這是一個多組份、多反應的氣固催化反應系統。反應方程如下CH3OH ^ C0+2H2(I)H2CHCO — C02+H2(2) CH30H+H20 — C02+3H2(3)重整反應生成的H2和CO2,再經過變壓吸附法(PSA)或鈀膜分離將H2和CO2分離，得到高純氫氣。變壓吸附法的耗能高、設備大，且不適合小規模的氫氣制備。然而，現有的鈀膜分離過程中，通常有兩種鈀膜，一種是陶瓷鈀膜，一種是金屬鈀膜。陶瓷鈀膜的優勢在于成本低，效率高，產量大；缺點在于制得氫氣的純度較低，通常利用陶瓷鈀膜的分離方式，制得氫氣的純度在99%左右。金屬鈀膜的優勢在于制得氫氣的純度高，通常為99. 999%以上；缺點在于設備成本高，制備過程消耗的能量多，效率低，產量小。如今還沒有一套方案，可以在低成本的條件下制備高純度的氫氣。如今制備高純度氫氣通常僅能使用金屬鈀膜分離器，成本非常昂貴、且生產效率低下，從而大幅提升了制造成本，生產效率卻很低。這項難題使得氫氣的產業化道路停滯不前，本發明找到了解決方案。此外，現有的氫氣制造設備為了讓設備啟動，需要大功率的電機，通常在3000KW以上，單單電機就需要占用大量的空間，使得設備無法小型化，移動性也很差。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高效的甲醇水制氫系統，可在低成本的iu提下大幅提聞聞純度氫!氣的制備效率。此外，本發明還提供一種高效的甲醇水制氫方法，可在低成本的前提下大幅提高高純度氫氣的制備效率。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案一種高效的甲醇水制氫系統，所述系統包括液體儲存容器、主制氫設備、一個或多個子制氫設備；一個或多個子制氫設備制得的氫氣或/和余氣作為主制氫設備的初始啟動能源，當子制氫設備制得的部分氫氣或/和余氣滿足設定量時，啟動主制氫設備；此后，主制氫設備制得的氫氣或/和余氣維持主制氫設備運行；所述子制氫設備包括小功率電機、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室；所述液體儲存容器、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室通過管路依次連接；所述小功率電機用以滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數；液體儲存容器中的甲醇和水經過處理輸送至子重整室重整、子分離室分離；將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作；所述主制氫設備包括換熱器、氣化室、重整室、分離室；所述液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室通過管路依次連接；所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3或/和Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為370° -409° ；重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室 輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出； 所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出；通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。一種上述高效的甲醇水制氫系統的制氫方法，所述方法包括如下步驟步驟一、子制氫設備制氫步驟；步驟S11、所述小功率電機啟動，滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數；步驟S12、液體儲存容器中的甲醇和水經過加熱進入子氣化室氣化；步驟S13、氣化后的氣體輸送至子重整室重整，重整室內的溫度為370° -409° ；重整室內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3或/和Cu-ZnO-ZrO ；步驟S14、將制得的氣體通過子分離室分離出氫氣及余氣，所述分離室的溫度設定為410° -430° ;或者，不經過分離直接進入步驟S15;步驟S15、將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作；步驟二、主制氫設備制氫步驟；步驟S21、所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；步驟S22、氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑Cu-ZnO-Al2O3 或 / 和 Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為 370° -409° ；步驟S23、重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
步驟S24、所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出；所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出；步驟S25、通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條 件。—種高效的甲醇水制氫系統，所述系統包括液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室；所述液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室通過管路依次連接；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣。作為本發明的一種優選方案，所述重整室內的溫度設定為370° -409°，所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近。作為本發明的一種優選方案，所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出；通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。作為本發明的一種優選方案，所述系統包括主制氫設備，所述換熱器、氣化室、重整室、分離室構成了主制氫設備的主要部件；所述系統還包括一個或多個子制氫設備；所述子制氫設備制得的氫氣或/和余氣作為主制氫設備的初始啟動能源，當子制氫設備制得的部分氫氣或/和余氣滿足設定量時，啟動主制氫設備；此后，主制氫設備制得的氫氣或/和余氣維持主制氫設備運行；所述子制氫設備包括小功率電機、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室；所述液體儲存容器、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室通過管路依次連接；所述小功率電機用以滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數；液體儲存容器中的甲醇和水經過處理輸送至子重整室重整、子分離室分離；將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作。作為本發明的一種優選方案，所述分離室內設有一個或多個陶瓷膜分離器、一個或多個金屬鈀膜分離器；將從重整室輸送來的氣體先經過串聯的陶瓷膜分離器分離出較高純度的氫氣，而后將分離得到的氫氣經過串聯的各金屬鈀膜分離器進一步分離，得到高純度的氫氣。一種上述高效的甲醇水制氫系統的制氫方法，所述方法包括如下步驟步驟21、所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；步驟22、氣化后的氣體進入重整室重整；步驟23、進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出。作為本發明的一種優選方案，所述方法在步驟21之前還包括子制氫設備制氫步驟，通過子制氫設備制氫，將制得的氫氣及余氣燃燒，產生的能量提供給換熱器、氣化室、重整室、分離室；具體包括
步驟11、所述小功率電機啟動，滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數；步驟12、液體儲存容器中的甲醇和水經過加熱進入子氣化室氣化；步驟13、氣化后的氣體輸送至子重整室重整，重整室內的溫度為370° -409° ;重整室內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3或/和Cu-ZnO-ZrO ；步驟14、將制得的氣體通過子分離室分離出氫氣及余氣，所述分離室的溫度設定為410° -430° ;或者，不經過分離直接進入步驟S15 ;步驟15、將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作。作為本發明的一種優選方案，所述步驟21、步驟22、步驟23構成了主制氫設備制氫流程的一部分，主制氫設備制氫流程具體包括步驟21、所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；步驟22、氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑Cu-ZnO-Al2O3 或 / 和 Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為 370° -409° ；步驟220、重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；步驟23、所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出；所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出；步驟24、通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。本發明的有益效果在于本發明提出的高效的甲醇水制氫系統及其制氫方法，在分離室中，將經過重整的氣體先通過陶瓷膜分離器分離出較高純度的氫氣(氫氣純度為99%-99. 9%左右，成本較低，流量較高，生產效率較高)，而后較高純度的氫氣經過金屬鈀膜分離器分離出高純度的氫氣(氫氣純度為99. 9999%以上)。從而可以大幅度降低制備高純度氫!氣的成本，提聞生廣效率，為聞純度氫!氣制備的廣業化提供了可能。此外，本發明還通過增加子制氫設備制備一定的氫氣，將該部分氫氣(還可以包括余氣)燃燒作為主制氫設備的啟動能源；而后通過主制氫設備制得的氫氣(還可以包括余氣)作為主制氫設備的運行加熱源。因此，本發明制氫設備只需要小功率電機(如30W)即可保證設備的正常啟動及運行，從而可以保證設備的小型化及移動性。


圖I為本發明甲醇水制氫系統的組成示意圖。圖2為本發明甲醇水制氫方法的流程圖。圖3為實施例二中本發明甲醇水制氫系統的組成示意圖。 圖4為實施例二中本發明甲醇水制氫方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。實施例一請參閱圖1，本發明揭示了一種高效的甲醇水制氫系統，所述系統包括液體儲存容器10、換熱器21、氣化室22、重整室23、分離室24。所述液體儲存容器10、換熱器21、氣化室22、重整室23、分離室24通過管路依次連接。所述分離室24內設有陶瓷膜分離器241、金屬鈀膜分離器242，進入分離室24的氣體先經過陶瓷膜分離器241做預處理，得到較高純度的氫氣；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器242，得到更高純度的氫氣。當然，所述分離室內也可以設有多個陶瓷膜分離器、多個金屬鈀膜分離器；將從重整室輸送來的氣體先經過串聯的陶瓷膜分離器分離出較高純度的氫氣，而后將分離得到的氫氣經過串聯的各金屬鈀膜分離器進一步分離，得到高純度的氫氣。本實施例中，所述重整室內的溫度設定為370° -409°，所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度。所述重整室與分離室之間的傳送通道經過預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近。所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出。所述換熱器21、氣化室22、重整室23、分離室24、預熱控溫機構可以通過分離室輸出的余氣為其加熱。此外，所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器21、氣化室22、重整室23、分離室24、預熱控溫機構，以保證換熱器21、氣化室22、重整室23、分離室24、預熱控溫機構的溫度條件。以上介紹了本發明高效的甲醇水制氫系統的組成，本發明在揭示上述系統的同時，還揭示一種上述高效的甲醇水制氫系統的制氫方法；請參閱圖2，所述方法包括如下步驟步驟21、所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；步驟22、氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑Cu-ZnO-Al2O3 或 / 和 Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為 370° -409° ；步驟23、重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；步驟24、所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出；所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管 路輸出，余氣通過余氣管路輸出；步驟25、通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。實施例二請參閱圖3，本發明揭示一種高效的甲醇水制氫系統，所述系統包括液體儲存容器10、主制氫設備20、一個或多個子制氫設備30。一個或多個子制氫設備30制得的氫氣或/和余氣最終作為主制氫設備20的初始啟動能源。當子制氫設備30制得的部分氫氣或/和余氣滿足設定量時，啟動主制氫設備20 ;此后，主制氫設備20制得的氫氣或/和余氣維持主制氫設備20運行。如前所述，所述制氫系統可以有一個或多個子制氫設備30，在系統包括多個子制氫設備30的情況下，各子制氫設備30可以一次串聯，一個子制氫設備30制得的氣體作為下一個子制氫設備30的初始啟動能源，直至最后一個子制氫設備30制得的氣體作為作為王制龜!設備20的初始啟動能源。所述子制氫設備包括小功率電機、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室；所述液體儲存容器、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室通過管路依次連接。所述小功率電機用以滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數；液體儲存容器中的甲醇和水經過處理輸送至子重整室重整、子分離室分離；將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作。所述主制氫設備包括換熱器21、氣化室22、重整室23、分離室24 ;所述液體儲存容器10、換熱器21、氣化室22、重整室23、分離室24通過管路依次連接。主制氫設備20啟動后，所述液體儲存容器10中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器21換熱，換熱后進入氣化室22氣化。氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室23，重整室23內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3或/和Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為370° -409° ；重整室23與分離室24之間的傳送通道設有預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體。所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近。所述分離室24的溫度設定為410° -430°，重整室23內的溫度低于分離室24內的溫度；所述分離室24內設有陶瓷膜分離器241、金屬鈀膜分離器242，進入分離室24的氣體先經過陶瓷膜分離器241做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器242，得到更高純度的氫氣，余氣排出。所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出。通過分離室24輸出的余氣為所述換熱器21、氣化室22、重整室23、分離室24、預熱控溫機構提供加熱能源。所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。以上介紹了本發明高效的甲醇水制氫系統的組成，本發明在揭示上述系統的同時，還揭示一種上述高效的甲醇水制氫系統的制氫方法；請參閱圖4，所述方法包括如下步驟步驟一、子制氫設備制氫步驟；步驟S11所述小功率電機啟動，滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數；步驟S12液體儲存容器中的甲醇和水經過加熱進入子氣化室氣化；步驟S13氣化后的氣體輸送至子重整室重整，重整室內的溫度為370°-409° ；重整室內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3或/和Cu-ZnO-ZrO ；步驟S14將制得的氣體通過子分離室分離出氫氣及余氣，所述分離室的溫度設定為410° -430° ;或者，不經過分離直接進入步驟S15;步驟S15將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作；步驟二、主制氫設備制氫步驟；步驟S21所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；步驟S22氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑Cu-ZnO-Al2O3 或 / 和 Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為 370° -409° ；步驟S23重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；步驟S24所述分離室的溫度設定為410°-430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出；所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出；步驟S25通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。綜上所述，本發明提出的高效的甲醇水制氫系統及其制氫方法，在分離室中，將經過重整的氣體先通過陶瓷膜分離器分離出較高純度的氫氣(氫氣純度為99%-99. 9%左右，成本較低，流量較高，生產效率較高)，而后經過金屬鈀膜分離器分離出高純度的氫氣(氫氣純度為99. 9999%以上)。從而可以大幅度降低制備高純度氫氣的成本，提高生產效率，為高純度氫氣制備的產業化提供了可能。此外，本發明還通過增加子制氫設備制備一定的氫氣，將該部分氫氣(還可以包括余氣)燃燒作為主制氫設備的啟動能源；而后通過主制氫設備制得的氫氣(還可以包括余氣)作為主制氫設備的運行加熱源。因此，本發明制氫設備只需要小功率電機(如30W)即可保證設備的正常啟動及運行，從而可以保證設備的小型化及移動性。這里本發明的描述和應用是說明性的，并非想將本發明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明 的精神或本質特征的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權利要求
1.一種高效的甲醇水制氫系統，其特征在于，所述系統包括液體儲存容器、主制氫設備、一個或多個子制氫設備； 一個或多個子制氫設備制得的氫氣或/和余氣作為主制氫設備的初始啟動能源，當子制氫設備制得的部分氫氣或/和余氣滿足設定量時，啟動主制氫設備；此后，主制氫設備制得的氫氣或/和余氣維持主制氫設備運行； 所述子制氫設備包括小功率電機、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室；所述液體儲存容器、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室通過管路依次連接； 所述小功率電機用以滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數；液體儲存容器中的甲醇和水經過處理輸送至子重整室重整、子分離室分離；將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作； 所述主制氫設備包括換熱器、氣化室、重整室、分離室；所述液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室通過管路依次連接； 所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化； 氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3或/和Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為370° -409° ； 重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出； 所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出； 通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。
2.一種高效的甲醇水制氫系統，其特征在于，所述系統包括液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室； 所述液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室通過管路依次連接； 所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣。
3.根據權利要求2所述的高效的甲醇水制氫系統，其特征在于 所述重整室內的溫度設定為370° -409°，所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度； 所述重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近。
4.根據權利要求3所述的高效的甲醇水制氫系統，其特征在于 所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出； 通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。
5.根據權利要求2所述的高效的甲醇水制氫系統，其特征在于 所述系統包括主制氫設備，所述換熱器、氣化室、重整室、分離室構成了主制氫設備的主要部件； 所述系統還包括一個或多個子制氫設備；所述子制氫設備制得的氫氣或/和余氣作為主制氫設備的初始啟動能源，當子制氫設備制得的部分氫氣或/和余氣滿足設定量時，啟動主制氫設備；此后，主制氫設備制得的氫氣或/和余氣維持主制氫設備運行； 所述子制氫設備包括小功率電機、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室；所述液體儲存容器、子換熱器、子氣化室、子重整室、子分離室通過管路依次連接； 所述小功率電機用以滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數；液體儲存容器中的甲醇和水經過處理輸送至子重整室重整、子分離室分離；將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作。
6.根據權利要求2所述的高效的甲醇水制氫系統，其特征在于 所述分離室內設有一個或多個陶瓷膜分離器、一個或多個金屬鈀膜分離器； 將從重整室輸送來的氣體先經過串聯的陶瓷膜分離器分離出較高純度的氫氣，而后將分離得到的氫氣經過串聯的各金屬鈀膜分離器進一步分離，得到高純度的氫氣。
7.—種權利要求I所述高效的甲醇水制氫系統的制氫方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 步驟一、子制氫設備制氫步驟； 步驟S11、所述小功率電機啟動，滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數； 步驟S12、液體儲存容器中的甲醇和水經過加熱進入子氣化室氣化； 步驟S13、氣化后的氣體輸送至子重整室重整，重整室內的溫度為370° -409° ;重整室內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3或/和Cu-ZnO-ZrO ； 步驟S14、將制得的氣體通過子分離室分離出氫氣及余氣，所述分離室的溫度設定為410° -430° ;或者，不經過分離直接進入步驟S15; 步驟S15、將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作； 步驟二、主制氫設備制氫步驟； 步驟S21、所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化； 步驟S22、氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑Cu-ZnO-Al2O3 或 / 和 Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為 370° -409° ； 步驟S23、重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 步驟S24、所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出；所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出； 步驟S25、通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。
8.—種權利要求2所述高效的甲醇水制氫系統的制氫方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 步驟21、所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化； 步驟22、氣化后的氣體進入重整室重整； 步驟23、進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出。
9.根據權利要求8所述的制氫方法，其特征在于 所述方法在步驟21之前還包括子制氫設備制氫步驟，通過子制氫設備制氫，將制得的氫氣及余氣燃燒，產生的能量提供給換熱器、氣化室、重整室、分離室；具體包括 步驟11、所述小功率電機啟動，滿足子氣化室、子重整室、子分離室的環境參數； 步驟12、液體儲存容器中的甲醇和水經過加熱進入子氣化室氣化； 步驟13、氣化后的氣體輸送至子重整室重整，重整室內的溫度為370° -409° ;重整室內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3 或 / 和 Cu-ZnO-ZrO ； 步驟14、將制得的氣體通過子分離室分離出氫氣及余氣，所述分離室的溫度設定為410° -430° ;或者，不經過分離直接進入步驟S15 ; 步驟15、將制得的氫氣及余氣燃燒，為主制氫設備需要加熱的元件提供熱量；待主制氫設備正常工作后子制氫設備停止工作。
10.根據權利要求8所述的制氫方法，其特征在于 所述步驟21、步驟22、步驟23構成了主制氫設備制氫流程的一部分，主制氫設備制氫流程具體包括 步驟21、所述液體儲存容器中的甲醇和水通過輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化； 步驟22、氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑=Cu-ZnO-Al2O3或/和Cu-ZnO-ZrO ;重整室內的溫度為370° -409° ； 步驟220、重整室與分離室之間的傳送通道設有一預熱控溫機構，該預熱控溫機構用以加熱從重整室輸出的氣體；所述預熱控溫機構作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近； 步驟23、所述分離室的溫度設定為410° -430°，重整室內的溫度低于分離室內的溫度；所述分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣，余氣排出；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣，余氣排出；所述分離室連接有氫氣管路、余氣管路，氫氣從氫氣管路輸出，余氣通過余氣管路輸出； 步驟24、通過分離室輸出的余氣為所述換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構提供加熱能源；所述設備還包括余氣量檢測單元，當檢測到余氣不足設定量時，將設定氫氣分流輸送至換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構，以保證換熱器、氣化室、重整室、分離室、預熱控溫機構的溫度條件。
全文摘要
本發明揭示了一種高效的甲醇水制氫系統及其制氫方法，所述系統包括液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室；液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室、分離室通過管路依次連接；分離室內設有陶瓷膜分離器、金屬鈀膜分離器，進入分離室的氣體先經過陶瓷膜分離器做預處理，得到較高純度的氫氣；較高純度的氫氣再進入金屬鈀膜分離器，得到更高純度的氫氣。本發明提出的高效的甲醇水制氫系統及其制氫方法，在分離室中，將經過重整的氣體先通過陶瓷膜分離器分離出較高純度的氫氣(純度為99%左右)，而后經過金屬鈀膜分離器分離出高純度的氫氣(純度為99.9999%以上)。從而可以滿足制得高純度氫氣的前提下，大幅度降低制備成本，同時提高生產效率。
文檔編號C01B3/32GK102897712SQ20121033991
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者向華, 龐娟娟, 向德成 申請人:上海合既得動氫機器有限公司