基于甲醇水重整制氫系統(tǒng)的氫純化裝置保護(hù)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及甲醇水重整制氫系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于甲醇水重整制氫系統(tǒng)的氫純化裝置保護(hù)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫，是一種21世紀(jì)最理想的能源之一，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒(méi)有灰渣和廢氣，不會(huì)污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的主要是COjPSO2，可分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)和酸雨。煤和石油的儲(chǔ)量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠(yuǎn)不會(huì)用完。氫的分布很廣泛，水就是氫的大“倉(cāng)庫(kù)”，其中含有11%的氫。泥土里約有1.5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動(dòng)植物體內(nèi)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(chǔ)水量很大，因此可以說(shuō)，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從制取氫，那么氫也將是一種價(jià)格相當(dāng)便宜的能源。
[0003]目前，世界上氫的年產(chǎn)量約為3600萬(wàn)噸，制氫方法主要有兩種:其一、絕大部分氫是從石油、煤炭和天然氣中制取，這種方法需要消耗本來(lái)就很緊缺的礦物燃料；其二、約有4%的氫是用電解水的方法制取，這種方法消耗電能大，很不劃算。隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用甲醇和水重整制氫的技術(shù)漸漸得到發(fā)展，其能減少化工生產(chǎn)中的能耗和降低成本，并有望替代電能消耗特別在的電解水制氫工藝。利用先進(jìn)的甲醇水蒸氣重整技術(shù)制取4與0)2的混合氣體，再經(jīng)氫氣純化裝置分離，可分別得到HjP C02。
[0004]參照中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)201310340475.0 (申請(qǐng)人:上海合既得動(dòng)氫機(jī)器有限公司)，該專利公開(kāi)了一種甲醇水制氫系統(tǒng)，甲醇與水蒸氣在重整器的重整室內(nèi)，在350-570°C溫度下1-5M Pa的壓力條件下通過(guò)催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳，這是一個(gè)多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)方程如下:(I) CH3OH — C0+2H2； (2) H 20+C0 — C02+H2； (3) CH 30H+H20 — C02+3H2，重整反應(yīng)生成的 H2^PCO2,再經(jīng)過(guò)氫氣純化裝置將HjP CO 2分離，得到高純氫氣。
[0005]所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，氫氣純化裝置采用管道式的鈀膜分離裝置，該鈀膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%-78%，銀占22%-25%，鈀膜分離裝置中的溫度與重整室內(nèi)的溫度相同或接近，即鈀膜分離裝置在350-570°C溫度下將4和CO2分離，得到高純氫氣。在鈀膜分離裝置工作的過(guò)程中，需要特別注意的是:a.低于320°C的溫度，不能含有H2;
b.高于100°C的溫度，不能含有O2;否則，將極易破壞鈀膜分離裝置，還易發(fā)生爆炸問(wèn)題。因此，在甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)氫氣純化裝置及重整室的管道進(jìn)行抽真空處理，以保護(hù)氫氣純化裝置。然而，此種直接抽真空處理的方式還具有以下缺陷:其一、由于抽真空動(dòng)作具有一定的滯后性，且需要較長(zhǎng)時(shí)間才能將氫氣純化裝置及重整室的管道抽至預(yù)定的真空度，而氫氣純化裝置的溫度往往在較短時(shí)間內(nèi)即下降至320°C以下，因此，氫氣純化裝置的管道通常在下降至320°C以下時(shí)，還未達(dá)到預(yù)定的真空度，還具有較多的氫氣，因而對(duì)氫氣純化裝置造成不利影響；其二、由于氫氣純化裝置及重整室的管道較多，在抽真空過(guò)程中，一旦出現(xiàn)阻塞問(wèn)題，將難以將氫氣純化裝置及重整室的管道抽成預(yù)定的真空度；其三、當(dāng)氫氣純化裝置及重整室的管道抽成預(yù)定的真空度后，將形成較大負(fù)壓力，對(duì)甲醇水重整制氫系統(tǒng)的維護(hù)提出了較高要求，并且，當(dāng)甲醇水重整制氫系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，外界空氣在較大負(fù)壓力作用下，很容易進(jìn)入氫氣純化裝置的管道，造成破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于甲醇水重整制氫系統(tǒng)的氫純化裝置保護(hù)系統(tǒng)，該保護(hù)系統(tǒng)能在甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，利用非氫非氧保護(hù)氣體逆向充入氫純化裝置，從而迅速驅(qū)除氫氣純化裝置中的氫氣等氣體，保護(hù)好氫純化裝置。與此同時(shí)，本發(fā)明還要提供一種所述氫純化裝置保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)方法。
[0007]為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
基于甲醇水重整制氫系統(tǒng)的氫純化裝置保護(hù)系統(tǒng)，包括重整器、甲醇水儲(chǔ)存輸送子系統(tǒng)、抽真空空氣排出子系統(tǒng)、氫氣輸出通道、余氣輸出通道及非氫非氧保護(hù)氣體輸送子系統(tǒng)，其中:
重整器，包括重整室及氫純化裝置，所述重整室用于甲醇與水蒸汽發(fā)生重整制氫反應(yīng)制得氫氣和二氧化碳混合氣體，所述氫純化裝置用于對(duì)制得的氫氣和二氧化碳混合氣體進(jìn)行分離，分離出的氫氣從氫氣輸出通道輸出，分離出的二氧化碳從余氣輸出通道排出；
甲醇水儲(chǔ)存輸送子系統(tǒng)，用于向重整器的重整室輸送甲醇和水原料；
抽真空空氣排出子系統(tǒng)，用于在甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，抽出重整器的重整室及氫純化裝置的管道中的空氣；
非氫非氧保護(hù)氣體輸送子系統(tǒng)，用于在甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，將非氫非氧保護(hù)氣體逆向充入氫純化裝置，以迅速驅(qū)除氫氣純化裝置中的剩余氣體，保護(hù)氫純化裝置。
[0008]所述重整器的重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，在甲醇水重整制氫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，重整室的溫度為320-570°C溫度，甲醇和水蒸汽在重整室內(nèi)的催化劑作用下發(fā)生甲醇和水蒸汽的重整制氫反應(yīng)制得含氫氣體，重整室與氫氣純化裝置通過(guò)連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室內(nèi)，能通過(guò)重整室內(nèi)的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的混合氣體；所述連接管路作為重整室與氫氣純化裝置之間的緩沖，使得從重整室輸出的混合氣體的溫度與氫氣純化裝置的溫度相同或接近。
[0009]所述甲醇水儲(chǔ)存輸送子系統(tǒng)包括甲醇水儲(chǔ)存輸送裝置及第一電磁閥，該甲醇水儲(chǔ)存輸送裝置包括甲醇水儲(chǔ)存容器及輸送泵，所述甲醇水儲(chǔ)存容器內(nèi)儲(chǔ)存有液態(tài)的甲醇和水原料，所述輸送泵用于將甲醇水儲(chǔ)存容器中的甲醇和水原料輸送至重整器，所述第一電磁閥用于打開(kāi)或關(guān)閉甲醇水儲(chǔ)存輸送子系統(tǒng)的輸送管道。
[0010]所述甲醇水儲(chǔ)存輸送裝置與重整器之間的輸送管道上設(shè)有換熱器，在甲醇水重整制氫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與氫氣輸出通道中的高溫氫氣進(jìn)行換熱，甲醇和水原料經(jīng)換熱器后溫度升高、汽化，氫氣經(jīng)換熱器后溫度降低；所述氫氣輸出通道設(shè)有第二電磁閥，以便打開(kāi)或關(guān)閉氫氣輸出通道。
[0011]所述抽真空空氣排出子系統(tǒng)包括抽真空泵、氫氣氧氣濃度傳感器、壓力傳感器、散熱器及第三電磁閥；在甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，抽真空泵啟動(dòng)，重整器的重整室及氫純化裝置的管道中的空氣依次經(jīng)散熱器及抽真空泵后排出；所述氫氣氧氣濃度傳感器及壓力傳感器設(shè)置于散熱器與抽真空泵之間的輸送管道上，以便檢測(cè)輸送管道中的氫氣氧氣濃度及空氣壓力；所述第三電磁閥設(shè)置于散熱器一側(cè)的輸送管道上，以便打開(kāi)或關(guān)閉抽真空空氣排出子系統(tǒng)的輸送通道。進(jìn)一步，所述抽真空泵的空氣排出端的輸送管道上還設(shè)置有單向閥和第四電磁閥。
[0012]所述非氫非氧保護(hù)氣體輸送子系統(tǒng)包括非氫非氧保護(hù)氣體儲(chǔ)藏罐及第五電磁閥，該非氫非氧保護(hù)氣體儲(chǔ)藏罐中儲(chǔ)藏有非氫非氧保護(hù)氣體，該第五電磁閥用于打開(kāi)或關(guān)閉非氫非氧保護(hù)氣體輸送子系統(tǒng)的輸送通道。進(jìn)一步，所述非氫非氧保護(hù)氣體輸送子系統(tǒng)的輸送通道還設(shè)置有單向閥。進(jìn)一步，所述非氫非氧保護(hù)氣體為0)2或n2。
[0013]為解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
基于甲醇水重整制氫系統(tǒng)的氫純化裝置保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)方法，包括以下方法步驟:
Cl)甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行；
(2)控制裝置分別控制:
a.甲醇水儲(chǔ)存輸送子系統(tǒng)的輸送通道關(guān)閉；
b.氫氣輸出通道關(guān)閉；
c.余氣排出通道關(guān)閉；
d.非氫非氧保護(hù)氣體輸送子系統(tǒng)的輸出通道打開(kāi)；
e.抽真空空氣排出子系統(tǒng)的輸送通道打開(kāi)；
(3)即時(shí)檢測(cè)抽真空空氣排出子系統(tǒng)輸送通道中的氫氣和氧氣濃度及空氣壓力；
(4)當(dāng)抽真空空氣排出子系統(tǒng)輸送通道中的氫氣和氧氣濃度降低至預(yù)定值時(shí)，關(guān)閉非氫非氧保護(hù)氣體輸送子系統(tǒng)的輸出通道及抽真空空氣排出子系統(tǒng)的輸送通道。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能在甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，利用非氫非氧保護(hù)氣體逆向充入氫純化裝置，從而迅速驅(qū)除氫氣純化裝置中的氫氣等氣體。這樣，即使抽真空空氣排出子系統(tǒng)還需要繼續(xù)運(yùn)行，而氫純化裝置的溫度已經(jīng)下降至320°C以下，也不會(huì)對(duì)氫氣純化裝置造成不利影響；另一方面，逆向充入非氫非氧保護(hù)氣體能避免氫氣純化裝置及重整室的管道出現(xiàn)阻塞問(wèn)題；再一方面，采用逆向充入非氫非氧保護(hù)氣體的方式后，由于氫純化裝置及重整室的管道有非氫非氧保護(hù)氣體的保護(hù)，因此，可以不需要抽真空泵將氫純化裝置及重整室的管道抽成真空狀態(tài)，只需要抽走被非氫非氧保護(hù)氣體迅速驅(qū)除的氫氣等氣體，使氫氣和氧氣濃度降低至預(yù)定值即可，從而避免形成較大負(fù)壓力，避免甲醇水重整制氫系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，外界空氣在較大負(fù)壓力作用下迅速進(jìn)入氫氣純化裝置的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明在甲醇水重整制氫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的整體結(jié)構(gòu)方框示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明在甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)的整體結(jié)構(gòu)方框示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明氫純化裝置保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]如圖1和圖2所示，基于甲醇水重整制氫系統(tǒng)的氫純化裝置保護(hù)系統(tǒng)，包括重整器1、甲醇水儲(chǔ)存輸送子系統(tǒng)4、抽真空空氣排出子系統(tǒng)5、氫氣輸出通道2、余氣輸出通道3及非氫非氧保護(hù)氣體輸送子系統(tǒng)6，其中:
重整器1，包括重整室101及氫純化裝置102，所述重整室101用于甲醇與水蒸汽發(fā)生重整制氫反應(yīng)制得氫氣和二氧化碳混合氣體，所述氫純化裝置102用于對(duì)制得的氫氣和二氧化碳混合氣體進(jìn)行分離，分離出的氫氣從氫氣輸出通道2輸出，分離出的二氧化碳從余氣輸出通道3排出；
甲醇水儲(chǔ)存輸送子系統(tǒng)4，用于向重整器的重整室101輸送甲醇和水原料；
抽真空空氣排出子系統(tǒng)5，用于在甲醇水重整制氫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，抽出重整器I的重整室101及氫純化裝置102的管道中的空氣；