甲醇制氢压力平衡体系的制作方法

1.本实用新型属于制氢技术领域，具体涉及一种甲醇制氢压力平衡体系。


背景技术：

2.氢气在石油化工、电子工业、冶金工业以及有机合成等多种领域应用广泛，更高效环保的制取氢气成为了当下的重点，甲醇蒸汽重整工艺代替电解水工艺，是当下工业制氢的常用方法。甲醇蒸汽在一定的温度、压力条件下通过催化剂发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢和二氧化碳，再将氢气和二氧化碳分离，得到高纯氢气。
3.为了实现环保高效的目的，目前常用的方式是在分离氢气之后将二氧化碳等尾气收集到燃烧器中作为燃料，为甲醇水的汽化过程和裂解过程提供热能，例如专利文献cn112678770a，公开了一种采用psa尾气催化燃烧供热的甲醇、水制氢装置，包括催化燃烧室，尾气经过缓冲罐增压后进入催化燃烧室燃烧，汽化过热器设置在催化燃烧室中，尾气燃烧释放的热能直接用于汽化过热器。但由于尾气进入催化燃烧室的流量不可控，当尾气流量过大时，会使燃烧加剧，催化燃烧室内压力增大，反应系统内部温度过高，导致系统内部压力失衡，影响制氢效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种甲醇制氢压力平衡体系。
5.为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：
6.一种甲醇制氢压力平衡体系，包括依次连通的汽化器、重整分离模块和中心燃烧器，所述汽化器的气体出口连接所述重整分离模块的气体进口，所述重整分离模块设有氢气出口和尾气出口，其中所述氢气出口连接有第一管道，该第一管道将氢气送入储氢模块，所述尾气出口连接有第二管道，该第二管道将尾气送至所述中心燃烧器的燃料进口，所述中心燃烧器用于为所述汽化器和重整分离模块加热，其特征在于：
7.所述尾气出口还连接有第三管道，该第三管道连通尾气燃烧器，该第三管道上设置有控制阀门。
8.采用以上结构，在输送尾气的第二管道上增设了第三管道，当尾气流量过大导致中心燃烧器内燃烧剧烈时，可以开启第三管道上的控制阀门，将部分尾气输送至第三管道进入尾气燃烧器内燃烧，减少进入中心燃烧器的尾气量，降低中心燃烧器功率，维持系统内压力平衡。
9.作为优选，所述第二管道上也设有一个所述控制阀门，可以直接控制尾气进入中心燃烧器的流量。
10.作为优选，所述的一种甲醇制氢压力平衡体系还包括自动控制模块和传感器，所述传感器安装在所述汽化器气体出口至所述中心燃烧器燃料进口之间的物料流道上，所述传感器的检测信号输出端连接所述自动控制模块的信号输入端，所述自动控制模块的指令信号输出端连接所述控制阀门的动作信号输入端，从而调节所述控制阀门开度，以保持管
道内压力平衡。
11.采用以上结构，自动控制模块、传感器和控制阀门组成自动控制系统，在电脑设定数值，当传感器传输到自动控制模块的数据信号超过设定值时，自动控制模块发出指令调节控制阀门开度，使管道内压力保持平衡。
12.作为优选，所述传感器至少设有一个，所述传感器包括压力传感器，采用压力传感器可直接采集汽化器气体出口至中心燃烧器燃料进口之间的物料流道上不同位置的压力信号，并传输到自动控制模块。
13.作为优选，所述传感器安装在所述中心燃烧器的燃料进口处，便于监测中心燃烧器前端的压力值。
14.作为优选，所述传感器安装在所述汽化器气体出口与所述重整分离模块气体进口之间的管道上，便于监测汽化器气体出口处的压力值。
15.作为优选，所述传感器安装在所述重整分离模块内部，便于监测甲醇水蒸气进行重整反应时内部的压力值。
16.作为优选，所述第二通道上设有冷凝装置，所述冷凝装置安装在所述第二通道与所述第三管道连接处前端，所述冷凝装置内设置有用于热交换的高温流体通道和冷却液通道，高温流体通道和冷却液通道内的流向相反；
17.所述重整分离模块内生成的尾气进入所述第二管道，通过所述冷凝装置的高温流体通道冷凝后再进入所述中心燃烧器或尾气燃烧器。
18.采用以上结构，尾气经过冷凝装置将气体中的水分液化后再进入中心燃烧器或尾气燃烧器，增加燃烧效率，同时气体在冷凝装置中降温，起到降压作用。
19.作为优选，在所述高温流体通道内设置有所述传感器，所述传感器靠近所述高温流体通道的出口，该传感器为温度传感器。
20.采用以上结构，便于监测冷凝后的水温度，了解冷凝效果。
21.有益效果：
22.采用以上技术方案的一种甲醇制氢压力平衡体系，在输送尾气的第二管道上增设了第三管道，当尾气流量过大导致中心燃烧器内燃烧剧烈时，可以开启第三管道上的控制阀门，将部分尾气输送至第三管道进入尾气燃烧器内燃烧，减少进入中心燃烧器的尾气量，降低中心燃烧器内功率，维持系统内压力平衡。
附图说明
23.图1为实施例1甲醇制氢压力平衡体系的结构示意图；
24.图2为实施例2甲醇制氢压力平衡体系的结构示意图；
25.图3为实施例3甲醇制氢压力平衡体系的结构示意图；
26.图4为实施例4甲醇制氢压力平衡体系的结构示意图；
27.图5为冷凝装置的结构示意图；
28.图6为图5中i处的局部放大图。
具体实施方式
29.以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
30.如图1所示的一种甲醇制氢压力平衡体系，包括依次连通的汽化器、重整分离模块2和中心燃烧器3，所述汽化器1的气体出口连接所述重整分离模块2的气体进口，所述重整分离模块2设有氢气出口和尾气出口，其中所述氢气出口连接有第一管道2a，该第一管道2a将氢气送入储氢模块，所述尾气出口连接有第二管道2b，该第二管道2b将尾气送至所述中心燃烧器3的燃料进口，所述中心燃烧器3用于为所述汽化器1和重整分离模块2加热。其中所述重整分离模块2为甲醇水蒸汽提供反应和分离场所，包括重整装置和分离装置，甲醇水经过所述汽化器1成为甲醇水蒸汽，进入重整装置发生裂解反应，生成氢气和co2、co、h2o、甲烷等尾气，再进入分离装置，具体地，所述分离装置采用钯膜材料，对氢具有独特的溶解性和扩散能力，生成的氢气透过钯膜从氢气出口进入所述第一管道2a，尾气则从尾气出口进入所述第二管道2b。
31.所述尾气出口还连接有第三管道2c，该第三管道2c连通尾气燃烧器4，该第三管道2c上设置有控制阀门6，所述第二管道2b上也设有一个所述控制阀门6。
32.在实施例1中，当进入所述中心燃烧器3的尾气流量过大，导致中心燃烧器3内燃烧剧烈，管道内压力急速上升时，可以手动调整所述第二管道2b上的控制阀门6开度，即直接调节进入所述中心燃烧器3的尾气流量，来减缓中心燃烧器3内燃烧程度，降低压力；当仅调整所述第二管道2b上的控制阀门6无法使管道内压力降至设计压力时，手动打开所述第三管道2c上的控制阀门6，将部分尾气沿所述第三管道2c通入尾气燃烧器4中燃烧，根据实际情况调节控制阀门6开度可以改变通入尾气燃烧器4的量，直到管道内压力完全降至设计压力值状态。
33.如图2所示的一种甲醇制氢压力平衡体系，包括自动控制模块和传感器5，所述传感器5安装在所述汽化器1气体出口至所述中心燃烧器3燃料进口之间的物料流道上，这里的物料流道包括气体流通管道以及反应器，所述传感器5的检测信号输出端连接所述自动控制模块的信号输入端，所述自动控制模块的指令信号输出端连接所述控制阀门6的动作信号输入端，所述传感器5至少设有一个，所述传感器5包括压力传感器；
34.所述传感器5安装在所述中心燃烧器3的燃料进口处。
35.在本实施例2中，增加了自动控制模块和传感器5，具体为压力传感器，传感器5在所述中心燃烧器3的燃料进口处监测压力值，并将信号传输到自动控制模块中，当自动控制模块接受的信号超过提前设定好的标准值，自动控制模块则发出指令使所述控制阀门6自动调整开度，直到压力值重新回到标准值。
36.如图3所示，实施例3与实施例2的不同之处在于，所述传感器5安装在所述汽化器1气体出口与所述重整分离模块2气体进口之间的管道上，便于通过监测此管道内的压力来调整所述控制阀门6的开度。
37.如图4所示，实施例4与实施例2、实施例3的不同之处在于，所述传感器5安装在所述重整分离模块2内部，便于通过监测甲醇水蒸汽进行重整反应时内部的压力值来调整所述控制阀门6的开度。
38.结合图1～4可以看出，为了除去尾气中的水蒸汽，提高尾气燃烧效率，所述第二管道2b上设有冷凝装置7，所述冷凝装置7安装在所述第二管道2b与所述第三管道2c连接处前端。
39.如图5所示，所述冷凝装置7包括外壳体7a和内筒体7b，所述外壳体7a上设置有冷
却液进出口，所述第二管道2b在所述内筒体7b内形成尾气的进出口。所述内筒体7b底部设置有导通阀7c，具体为一种浮动式单向导通阀，该浮动式单向导通阀仅在所述内筒体7b内的液体浮力作用下自动导通，而不允许气体通过，所述导通阀7c出口处连接有蒸发管7d和蒸发器7e，并且在所述导通阀7c出口处设置有所述传感器5，具体为温度传感器，便于掌控冷凝效果。当尾气沿所述第二管道2b进入所述内筒体7b后，高温尾气与冷却液换热，尾气内包含的水蒸气冷凝成液态水，通过所述导通阀7c流入所述蒸发管7d内，最后通过蒸发器7e蒸发掉，其余尾气经过换热后温度降低，通过所述传感器5可以具体了解到冷凝程度，再沿所述第二管道2b通入所述中心燃烧器3或尾气燃烧器4中。
40.如图6所示，所述导通阀7c具体包括圆筒状的阀筒7c1，该阀筒7c1竖向设置，所述阀筒7c1底部与所述蒸发管7d入口连通。所述阀筒7c1设有浮动式阀芯，所述浮动式阀芯包括封堵块7c2，所述封堵块7c2活动设置在阀筒7c1上端，所述封堵块7c2上部连接有浮块7c3，所述浮块7c3为空心块体，所述阀筒7c1外部设有集水槽7c4，所述浮块7c3位于所述集水槽7c4内。所述封堵块7c2下表面固定连接有芯柱7c5，所述芯柱7c5外套设有导向筒7c6，导向筒7c6外壁圆周面与所述阀筒7c1内壁圆周面滑动适配，导向筒7c6与芯柱7c5之间通过固定环7c7连接，固定环7c7套在芯柱7c5上并与其焊接，固定环7c7上开设有两个过水孔7c8，固定环7c7的外缘与导向筒7c6内壁固定连接。
41.所述导通阀7c的工作原理是：当尾气不断通入所述内筒体7b后，水蒸汽冷凝成液态聚集在所述集水槽7c4内，当集水槽7c4内水面达到一定高度，封堵块7c2受到的浮力大于整个浮动式阀芯的重力时，浮动式阀芯上浮，所述封堵块7c2向上浮动露出所述阀筒7c1上端，集水槽7c4内的水流入所述阀筒7c1内，通过所述过水孔7c8后排入所述蒸发管7d，水排出后浮动式阀芯又落回阀筒7c1上端，所述导通阀7c闭合。
42.最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。