甲醇水蒸氣制氫發電系統技術方案

本發明專利技術揭示了一種甲醇水蒸氣制氫發電系統，包括液體儲存容器、原料輸送裝置、制氫設備、膜分離裝置、氫氣發電裝置。制氫設備包括換熱器、氣化室、重整室；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室；分離室內設有膜分離器，從膜分離器的產氣端得到氫氣；氫氣發電裝置連接制氫設備，將發出的部分直流電輸送至制氫設備；制氫設備通過自己制得的直流電帶動電磁加熱裝置為重整室、分離室加熱。本發明專利技術提出的甲醇水蒸氣制氫發電系統，可提高制氫效率，從而提高發電效率。本發明專利技術利用發電系統發出的直流電，通過電磁加熱的方式直接為制氫設備加熱，無需電能轉換，發電速度快。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于氫氣制備發電
，涉及一種發電系統，尤其涉及一種甲醇水蒸氣制氫發電系統。
技術介紹
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1.5%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——變壓吸附技術制取純氫和富含0)2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)H20+C0 — C02+H2 (2)CH30H+H20 — C02+3H2 (3)重整反應生成的HjP CO 2，再經過鈀膜分離將HjP CO 2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。現有的氫氣發電系統，通常是利用已經制備好的氫氣發電，即制備氫氣與氫氣發電是分離的。首先利用制氫設備制備氫氣，將氫氣放置于氫氣緩沖罐中，而后通過氫氣緩沖罐中的氫氣發電。氫氣緩沖罐的體積較為龐大，不便攜帶，移動性較差，從而制約了氫氣制備及發電設備的便攜性。為了提高制氫設備的便攜性，本申請人于2013年提出了移動制氫系統，體積小，便于攜帶。移動制氫系統采用氫氣或制氫后的尾氣燃燒為重整室、分離室提供能源，效率低。有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的氫氣發電系統，以便克服現有氫氣發電系統的上述缺陷。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是:提供一種甲醇水蒸氣制氫發電系統，可提高制氫效率，從而提高發電效率。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案:—種甲醇水蒸氣制氫發電系統，所述系統包括:固態氫氣儲存容器、快速啟動裝置、液體儲存容器、原料輸送裝置、制氫設備、膜分離裝置、氫氣發電裝置；所述制氫設備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設置于分離室內，分離室設置于重整室的上部；所述固態氫氣儲存容器、液體儲存容器分別與制氫設備連接；液體儲存容器中儲存有液態的甲醇和水；通過固態氫氣儲存容器中儲存固態氫氣或/和快速啟動裝置為制氫設備提供啟動能源；所述固態氫氣儲存容器中儲存固態氫氣，當制氫系統啟動時，通過氣化模塊將固態氫氣轉換為氣態氫氣，氣態氫氣為氫氣發電裝置發電，作為制氫設備的啟動電源；所述快速啟動裝置包括第一啟動裝置、第二啟動裝置；所述第一啟動裝置包括第一加熱機構、第一氣化管路，第一氣化管路的內徑為I?2mm，第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機構上；所述第一氣化管路的一端連接液體儲存容器，通過原料輸送裝置將甲醇送入第一氣化管路中；第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機構點火燃燒；或者，第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達到自燃點，甲醇從第一氣化管路輸出后直接自燃；所述第二啟動裝置包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設置于所述重整室內，第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇氣化；所述重整室內壁設有加熱管路，加熱管路內放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設備；所述原料輸送裝置向原料提供1.1?5MPa的壓強，使得制氫設備制得的氫氣具有足夠的壓強；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，重整室下部及中部溫度為350 °C?409 °C;所述重整室上部的溫度為400 °C?570 °C;重整室與分離室通過連接管路連接；所述分離室內的溫度設定為400°C?570°C ;所述催化劑包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物；其中，貴金屬Pt含量占催化劑總質量的0.6%?1.8%，Pd含量占催化劑總質量的1.1 %?4%，Cu的氧化物占催化劑總質量的6%?12%，Fe的氧化物占催化劑總質量的3%?8%，Zn的氧化物占催化劑總質量的8%?20%，稀土金屬氧化物占催化劑總質量的6 %?40 %，其余為過渡金屬氧化物；或者，所述催化劑為銅基催化劑，包括物質及其質量份數為:3-17份的CuO，3-18份的 ZnO, 0.5-3 份的 ZrO, 55-80 份的 Al2O3,1-3 份本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種甲醇水蒸氣制氫發電系統，其特征在于，所述系統包括：固態氫氣儲存容器、快速啟動裝置、液體儲存容器、原料輸送裝置、制氫設備、膜分離裝置、氫氣發電裝置；所述制氫設備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設置于分離室內，分離室設置于重整室的上部；所述固態氫氣儲存容器、液體儲存容器分別與制氫設備連接；液體儲存容器中儲存有液態的甲醇和水；通過固態氫氣儲存容器中儲存固態氫氣或/和快速啟動裝置為制氫設備提供啟動能源；所述固態氫氣儲存容器中儲存固態氫氣，當制氫系統啟動時，通過氣化模塊將固態氫氣轉換為氣態氫氣，氣態氫氣為氫氣發電裝置發電，作為制氫設備的啟動電源；所述快速啟動裝置包括第一啟動裝置、第二啟動裝置；所述第一啟動裝置包括第一加熱機構、第一氣化管路，第一氣化管路的內徑為1～2mm，第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機構上；所述第一氣化管路的一端連接液體儲存容器，通過原料輸送裝置將甲醇送入第一氣化管路中；第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機構點火燃燒；或者，第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達到自燃點，甲醇從第一氣化管路輸出后直接自燃；所述第二啟動裝置包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設置于所述重整室內，第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇氣化；所述重整室內壁設有加熱管路，加熱管路內放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設備；所述原料輸送裝置向原料提供1.1～5M?Pa的壓強，使得制氫設備制得的氫氣具有足夠的壓強；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，重整室下部及中部溫度為350℃～409℃；所述重整室上部的溫度為400℃～570℃；重整室與分離室通過連接管路連接；所述分離室內的溫度設定為400℃～570℃；所述催化劑包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物；其中，貴金屬Pt含量占催化劑總質量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化劑總質量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化劑總質量的6％～12％，Fe的氧化物占催化劑總質量的3％～8％，Zn的氧化物占催化劑總質量的8％～20％，稀土金屬氧化物占催化劑總質量的6％～40％，其余為過渡金屬氧化物；或者，所述催化劑為銅基催化劑，包括物質及其質量份數為：3?17份的CuO，3?18份的ZnO，0.5?3份的ZrO，55?80份的Al2O3，1?3份的CeO2，1?3份的La2O3；所述氫氣發電裝置連接制氫設備，將發出的部分直流電輸送至制氫設備；制氫設備通過自己制得的直流電帶動電磁加熱裝置為重整室、分離室加熱；所述電磁加熱裝置包括形成重整室的重整缸體、形成分離室的分離缸體，設置于重整缸體外的第一加熱線圈，分離缸體外的第二加熱線圈，重整缸體、分離缸體內的溫度傳感器、壓力傳感器，以及電磁控制器；電磁控制器根據溫度傳感器、壓力傳感器感應到的數據控制第一加熱線圈、第二加熱線圈的電流，能使重整室、分離室瞬間達到設定溫度；所述分離室內設有膜分離器，從膜分離器的產氣端得到氫氣；所述制氫設備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內外壓強之差大于等于1.1M?Pa；所述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，鈀銀合金的質量百分比鈀占75％～78％，銀占22％～25％；系統啟動時，通過快速啟動裝置制備氫氣，將制備得到的氫氣輸送至氫氣發電裝置發電；而后將發出的電能啟動制氫設備；所述制氫設備還包括電能估算模塊、氫氣制備檢測模塊、電能存儲模塊；所述電能估算模塊用以估算氫氣發電裝置實時發出的電能是否能滿足重整、分離時需要消耗的電能；如果滿足，則關閉快速啟動裝置；氫氣制備檢測模塊用來檢測制氫設備實時制備的氫氣是否穩定；若制氫設備制備的氫氣不穩定，則控制快速啟動裝置再次啟動，并將得到的電能部分存儲于電能存儲模塊，當電能不足以提供制氫設備的消耗時使用。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：向華，
申請(專利權)人：上海合既得動氫機器有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31