一种甲醇水重整制氢机及其制氢方法_2

文档序号:9538230阅读:来源:国知局
进行换热,甲醇水原料进一步温度提升;
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°C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。
[0013]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,一部分直接为输送栗供电,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。
[0014]本发明的有益效果是:其一、本发明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,因此本发明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】
[0015]图1为本发明的整体结构方框图。
[0016]图2为本发明一优选方式的整体结构方框图。
[0017]图3为本发明的重整器及换热器外部结构示意图。
[0018]图4为本发明一优选实施例的重整器横剖视结构示意图。
[0019]图5为金属受磁体的一种优选结构示意图。
[0020]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】
[0021]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
[0022]如图1所示,本发明为一种甲醇水重整制氢机,包括甲醇水储存容器1、输送栗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;
输送栗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栗送至重整器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栗2的栗送过程中,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°C温度的热能,优选为350-409°C ;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)CH30H — C0+2H2、(2) H20+C0 — C02+H2、(3) CH30H+H20 — C02+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。
[0023]如图2所示,作为本发明的一种优选方式,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:02+4e +4H+— 2H20,质子、电子和02重新结合以形成H20 ;产生的电能经交直流电力转换装置7转换后,一部分直接为输送栗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,为输送栗2及重整器4的电磁加热器42供电。
[0024]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。
[0025]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。本发明各组甲醇水重整制氢发电模组采用重整器在300-570°C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。
[0026]本发明甲醇
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