专利名称：板翅式甲醇蒸汽重整制氢系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以甲醇与蒸汽为原料重整制氢的新型紧凑板翅式重整系统。
背景技术：
为了解决能源短缺、环境污染日益严重和经济持续发展等问题，洁净的新能源和可再生能源的开发已是迫在眉睫。氢能作为一种洁净的可再生能源，它的发展可能带来能源结构的重大改变，而在目前它还是一种理想的低污染或零污染的车用能源，国际上公认在不远的将来氢燃料汽车将是解决城市大气污染的最重要途径之一。
工业制氢方法主要是以天然气、石油、和煤为原料，在高温下使之与水蒸气反应而制得，也可以用空气进行部分氧化制得。甲醇分解水蒸气转化制氢是近二十几年发展起来的氢气制取技术，是具有潜力的工业制取氢气方法。与其它制氢方法相比，具有反应温度低(250℃-300℃)、流程短、投资省、能耗低、无环境污染等优点。
目前常用的甲醇蒸汽重整方法流程为甲醇和纯水混合并预热，经蒸发与加热成过热蒸汽后，再送入重整器，在重整管内因催化剂的催化作用使甲醇与水蒸汽发生化学反应，产生氢气和二氧化碳和部分一氧化碳。由于甲醇重整反应为吸热反应，在该过程中会出现热损失，反应产物流经热交换器与甲醇及水(原料)进行热交换并部分冷却，将该混合物送入气液分离器中使水和气体分离，然后再将气体通过氢气吸收装置，以分离氢气与其它产物。
甲醇与水重整制氢过程主要有以下化学反应式如下(1)(2)(3)
反应式(1)为甲醇的蒸汽转化反应，是吸热反应；化学反应式(2)表示甲醇的分解反应，同样为吸热反应；反应式(3)为一氧化碳的变换反应，是放热反应。上述吸热反应(1)、(2)需在较高温度下(300℃)左右进行，而放热反应则可在较低温(190℃左右)下进行，且这些过程均需含添加剂的铬、铜或锌的氧化物作为催化剂。
关于甲醇蒸汽重整的方法与系统有许多相关专利，如CN1383417A，CN1031211A等。关于重整制氢的反应混合物(氢、水、二氧化碳以及一氧化碳)的分离与吸收则有相关专利CN1239121，CN1301327等。
工业上，一般采用热交换器来对原料进行加热，其重整器结构较为复杂，致使整个重整系统结构庞大，重整反应与热效率，以及一氧化碳的转移与去除都不够理想。
发明内容
本实用新型为解决上述传统结构而存在的问题而设计，其目的是提供一种新型甲醇蒸汽重整制氢系统，使整个重整系统结构紧凑，热传递效率高，系统能源消耗降低；并能有效利用传热介质的流速来调节重整器进、出口反应产物的温度，使反应产物中一氧化碳的含量控制在较低水平。
本实用新型的新型甲醇蒸汽重整制氢系统主要包括两个板翅式换热器和一个板翅式重整器。两个板翅式换热器主要用来高效传热。其中一个在中部设有接管口6便于其传热介质通道与其它通道的传热介质相联。
板翅式重整器的典型结构如图1所示，重整器104分为重整部分104a和转化部分104b，重整反应通道与传热介质通道相邻，通道上下设有隔板2b，通道侧设有挡板4，通道内设有翅片3，传热介质通道被隔板2a隔成左右相互独立的两部分，且在其隔板2b壁面上涂有含催化剂(铬、铜或锌等氧化物)的涂层。传热介质通道中的气流方向与重整反应通道中的原料流动方向相反，便于提高传热效率。在其上侧104a由于温度较高而主要产生重整与分解反应。下侧104b利用传热介质来调控温度使之便于发生转化反应，以消除重整部分反应产物中一氧化碳的含量。同时可根据实际产氢量的需求，按此结构相应增加重整反应通道和传热介质通道的数量。板翅式通道的典型结构如图2所示。板翅式重整换热器的主要结构如图3所示，其各通道与换热方式与重整器结构相同，采用逆流换热。在换热器102的传热介质通道中部设有接管6，便于重整反应器的传热介质流入。
由于本实用新型主要采用板翅式换热器来进行热交换，加上板翅式重整器的开发，使整个重整系统结构紧凑，拆卸方便，并且还减少了不必要的庞大设备如蒸发过热部分，使本发明的整个重整系统与对应的传统重整系统在制氢量不变的情况下，占地空间将减少二分之一左右。另外，由于此重整系统以板翅式结构为主，且采用逆流换热(传热介质与原料在重整系统内的流动方向相反)，因此还可使传热效率提高，整个系统比采用传统的重整系统的传热效率要高2～4倍。
图1是板翅式重整器的典型结构示意图。其中，1-绝热层；2a-隔板；2b-涂有催化剂的隔板；3-翅片(位置)；4-档板。
图2是板翅式通道的典型结构示意图。其中，2b-涂有催化剂的隔板；3-翅片；4-档板。
图3是板翅式换热器的典型结构示意图。其中，2b-涂有催化剂的隔板；3-翅片；4-档板；6-接管。
图4是重整系统的实施方案流程图。
具体实施方式
本实用新型甲醇蒸汽重整系统的具体实施方案如下原料在本重整系统中的整个流程如图4所示。甲醇与水分别经泵200与202加压至10个大气压后，进入第一个板翅式换热器100预热至140℃，经第二个换热器102再次加热蒸发，使之温度达到300℃左右的过热蒸汽，再进入板翅式重整器104的重整部分104a，在反应通道壁面催化剂的作用下，进行转化(1)与分解(2)反应，并与高温传热介质发生热交换，以维持其重整与分解反应所需的热量，保持重整部分104a的温度基本不变。然后反应产物进入转化部分104b进行变换反应(3)，将分解反应(2)所生成的一氧化碳转化，生成氢气与二氧化碳。在此过程中，因反应产物温度较高，加上变换反应(3)为放热反应，因此热交换过程与重整部分104a相反，表现为高温反应产物向传热介质传热，最终反应产物温度控制在190℃左右。然后反应产物进入第一个板翅式换热器100与初始原料(甲醇与纯水)进行进一步热交换以预热初始原料和降低反应产物温度，随后进入冷凝器106，以冷凝其中的水份，最后再分别进入气液分离器108与吸收分离装置110，以分离反应物中的水与其它产物，其中生成的水将被循环利用，最后得到氢气。
传热介质在本系统中进行如下的循环用加热器203将传热介质加热到330℃左右，经输油管与流速控制阀204与206，分别进入板翅式换热器102与板翅式重整器104的重整部分104a，在重整部分104a的传热介质与板翅式换热器102中的甲醇与纯水混合物(原料)进行热交换，以供给重整反应所需的热量，随后流入板翅式换热器102的中部，与经流速控制阀204的传热介质汇合一起对原料进行蒸发加热。而经流速控制阀204的传热介质则在板翅式换热器102内，从上往下对原料进行蒸发加热的热交换，并在其中部与经重整部分的传热介质混合在一起，对进入板翅式换热器102的原料进行蒸发加热，其温度将降至140℃左右，随后进入重整器104的分解部分104b与高温反应产物发生热交换而被加热，最后进入加热器进一步加热到330℃左右，再重新开始循环。
权利要求1.板翅式甲醇蒸汽重整制氢系统，其特征是，该系统主要包括(a)板翅式重整器(104)，由重整(104a)与转化(104b)两部分组成，用于甲醇与水蒸汽的重整制氢，其中还包括过热蒸汽原料分解以及中间产物的转化两个反应过程来进行氢气制备；(b)两个板翅式换热器(100、102)，其中一个(100)主要用于通过利用高温反应产物与初始原料之间的传热，而另一个(102)则通过传热介质来蒸发原料；(c)流速控制阀(204、206、208)，控制输料管内传热介质的流速；(d)加热器(203)，用来加热传热介质。
2.根据权利要求1所述的甲醇蒸汽重整制氢系统，其特征是，重整器为板翅式结构，其重整反应通道与两个传热介质通道相邻，通道上下设有隔板(2b)，通道内设有翅片(3)；传热介质通道被隔板(2a)隔成左右相互独立的两部分，并可按此结构根据实际需要来增加重整反应通道和传热介质通道，以增加重整制氢产量。
3.根据权利要求1所述的甲醇蒸汽重整制氢系统，其特征是，两个换热器(100、102)为板翅式结构，通道上下设有隔板(2b)，通道内设有翅片(3)。
4.根据权利要求1所述的甲醇蒸汽重整制氢系统，其特征是，板翅式重整器(104)与换热器(100、102)内各通道的大小与长短以及翅片的形式，可根据实际需要而定。
5.根据权利要求1所述的甲醇蒸汽重整制氢系统，其特征是，在第二个板翅式换热器(102)的中部设有接管(6)，便于重整器重整部分的传热介质流入汇合。
6.根据权利要求1所述的甲醇蒸汽重整制氢系统，其特征是，其中输料管将传热介质分别输送到重整器的重整部分(104a)和用来蒸发原料的第二个换热器(102)，用流速控制阀(204、206)分别调节两部分的温度；进入重整器(104)的传热介质，与重整反应原料传热后被送回第二个换热器(102)中部，与另一部分汇合。
7.根据权利要求1所述的甲醇蒸汽重整制氢系统，其特征是，重整器转化部分(104a)的传热是在高温反应物与第二个换热器(102)流入的传热介质之间进行；而第一个传热器(100)则是在初始原料与重整器转换部分出来的反应产物之间进行。
8.根据权利要求1所述的甲醇蒸汽重整制氢系统，其特征是，其重整器(104)的重整反应通道隔板(2b)上涂有催化剂。
专利摘要本实用新型的甲醇蒸汽重整制氢系统主要包括两个板翅式换热器和一个板翅式重整器。两个板翅式换热器主要用来高效传热。其中一个在中部设有接管便于其传热介质通道与其它通道的传热介质相联。由于本实用新型主要采用板翅式重整器，并采用板翅式换热器来进行热交换，使整个重整系统结构紧凑，拆卸方便，并且还减少了不必要的庞大设备如蒸发过热部分，使本实用新型的整个重整系统与对应的传统重整系统在制氢量不变的情况下，占地空间将减少二分之一左右。另外，由于本实用新型的重整系统以板翅式结构为主，且采用逆流换热(传热介质与原料在重整系统内的流动方向相反)，因此还可使传热效率提高，整个系统比采用传统的重整系统的传热效率要高2～4倍。
文档编号C01B3/38GK2668600SQ0325552
公开日2005年1月5日 申请日期2003年7月11日 优先权日2003年7月11日
发明者陈志华, 涂善东, 王正东 申请人:华东理工大学