本发明专利技术提供一种中小型生物乙醇重整制氢的装置系统及重整制氢的方法，所述装置系统包括原料供给单元、换热单元、乙醇催化重整单元、氢气分离单元、尾气催化氧化单元、氢气纯化单元和监测控制单元；所述原料供给单元中的原料依次流经换热单元、乙醇催化重整单元和氢气分离单元；所述氢气分离单元中的氢气依次流经换热单元和氢气纯化单元；所述氢气分离单元中的尾气依次流经尾气催化氧化单元和换热单元；所述监测控制单元用于实时监测并控制装置系统中各个单元的稳定运行。本发明专利技术提供的装置系统适用于燃料电池，为新能源汽车、分布式电站、应急电源和国防军工等领域供应了安全、环保、经济的氢源，同时提升了装置的能量效率，保证了尾气达标排放。尾气达标排放。尾气达标排放。
【技术实现步骤摘要】
一种中小型生物乙醇重整制氢的装置系统及重整制氢的方法
[0001]本专利技术属于制氢
，涉及一种醇类重整制氢的装置系统，尤其涉及一种中小型生物乙醇重整制氢的装置系统及重整制氢的方法。
技术介绍
[0002]氢燃料电池是一种直接将氢燃料和氧化剂中的化学能通过电化学方式转化为电能的高效发电装置。质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、工作温度适宜、振动噪声低、环境友好等优点，已广泛应用于新能源汽车、分布式电站、应急电源和国防军工等领域。近年来，随着燃料电池关键材料、零部件及系统集成开发技术的不断突破，燃料电池电堆的可靠性也有了质的飞跃。
[0003]纯氢、高纯氢和超纯氢是质子交换膜燃料电池的燃料。目前，适用于燃料电池发电系统储氢方式主要有高压气态储氢、固体材料储氢、有机液体储氢和重整制氢等。其中，重整制氢是指天然气、甲醇或乙醇等富氢燃料在一定温度和压力条件下，在催化剂的作用下发生重整催化反应，转化为H2和CO2的过程。相较于天然气和甲醇等富氢燃料，乙醇具有环境友好和氢气收率高等特点，比能量远远高于甲醇和氢气，且乙醇来源广泛，不会过渡消耗化石能源。从长远考虑，生物发酵制乙醇必将成为主流，生物乙醇可以通过生物质或食品、畜牧业的废弃物发酵生成。因此，利用乙醇，特别是生物乙醇重整制氢对于燃料电池的发展具有重要意义。
[0004]CN 102513105A公开了一种铈镧固溶体负载铑催化剂，所述催化剂在实验室条件下具备良好的乙醇重整制氢活性。然而，乙醇重整反应器类型、反应条件等外界因素对乙醇重整催化剂的制氢性能也具有较大的影响。并且，乙醇重整制氢反应进行一段时间后，催化剂表面会产生积碳，为保障制氢设备的连续稳定运行，需要有备用乙醇重整制氢单元，每隔一段时间，将运行中的制氢单元由系统中切换出来，并通入氧气或空气进行再生。换言之，乙醇重整制氢催化剂的优越性能需要与相应的制氢装置体系配合才能发挥。
[0005]由此可见，如何提供一种中小型生物乙醇重整制氢的装置系统及重整制氢的方法，特别适用于燃料电池，为新能源汽车、分布式电站、应急电源和国防军工等领域供应安全、环保、经济的氢源，同时提升装置的能量效率，保证尾气达标排放，成为了目前本领域技术人迫切需要解决的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种中小型生物乙醇重整制氢的装置系统及重整制氢的方法，所述装置系统特别适用于燃料电池，为新能源汽车、分布式电站、应急电源和国防军工等领域供应了安全、环保、经济的氢源，同时提升了装置的能量效率，保证了尾气达标排放。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种中小型生物乙醇重整制氢的装置系统，所述装置系统
包括原料供给单元、换热单元、乙醇催化重整单元、氢气分离单元、尾气催化氧化单元、氢气纯化单元和监测控制单元。
[0009]所述原料供给单元中的原料依次流经换热单元、乙醇催化重整单元和氢气分离单元。
[0010]所述氢气分离单元中的氢气依次流经换热单元和氢气纯化单元。
[0011]所述氢气分离单元中的尾气依次流经尾气催化氧化单元和换热单元。
[0012]所述监测控制单元用于实时监测并控制装置系统中各个单元的稳定运行。
[0013]所述装置系统用于生物乙醇重整制氢的氢气产率为20
‑
200Nm3/h，例如可以是20Nm3/h、40Nm3/h、60Nm3/h、80Nm3/h、100Nm3/h、120Nm3/h、140Nm3/h、160Nm3/h、180Nm3/h或200Nm3/h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]本专利技术提供的装置系统以纯度为98％的生物乙醇配制的乙醇水溶液和空气作为原料，通过重整制氢反应制取富氢气体，并采用氢气分离和纯化技术获得纯度≥5N的产品氢气，同时采用催化氧化技术，将分离所得尾气完全转化为二氧化碳和水蒸气，实现了尾气的达标排放，且回收氢气和尾气的热量用于提高装置系统的能量效率，提升了经济效益。
[0015]优选地，所述原料供给单元包括乙醇水供给装置和空气供给装置。
[0016]优选地，所述乙醇水供给装置和空气供给装置分别独立地连接于换热单元。
[0017]优选地，所述乙醇水供给装置和换热单元之间设置有流量泵。
[0018]优选地，所述空气供给装置和换热单元之间依次设置有颗粒过滤器和流量调节阀。
[0019]本专利技术中，所述流量泵和流量调节阀可根据目标氢气产量调节乙醇水溶液和空气供应量；所述颗粒过滤器用于去除空气中的固体颗粒物，避免了颗粒物在催化剂表面沉积或者划伤钯膜。
[0020]优选地，经过所述颗粒过滤器的空气中颗粒物的平均粒度≤0.5μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm或0.5μm，进一步优选为平均粒度≤0.1μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述空气供给装置还通过流量调节阀依次连接于乙醇催化重整单元和尾气催化氧化单元。
[0022]本专利技术中，所述空气供给装置连接于乙醇催化重整单元可为乙醇重整催化剂的再生供应空气，并通过流量调节阀控制为催化剂再生提供的空气量；所述空气供给装置连接于尾气催化氧化单元可为氢气分离后所得尾气的催化氧化供应空气，并通过流量调节阀控制通入的空气量。
[0023]优选地，所述空气供给装置为无油空气压缩机，避免了油质污染催化剂和钯膜。
[0024]优选地，所述无油空气压缩机的工作压力为0.5
‑
2MPa，例如可以是0.5MPa、0.6MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.4MPa、1.6MPa、1.8MPa或2MPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述换热单元包括依次连接的一级换热装置和二级换热装置，且所述一级换热装置的物料入口连接于原料供给单元。
[0026]优选地，所述一级换热装置的换热介质入口连接于氢气分离单元，实现了利用高温产品氢气对乙醇水溶液和空气进行汽化预热。
[0027]优选地，所述二级换热装置的换热介质入口连接于尾气催化氧化单元，实现了利用尾气催化氧化对原料气进行二级预热。
[0028]优选地，所述换热单元的物料入口和物料出口分别独立地设置有温度传感器，用于实时监测换热单元的运行情况，并保证原料气的温度在设定范围内。
[0029]优选地，所述换热单元的表面设置有电加热套，用于装置启动时换热单元在冷态下的加热，保证了原料汽化和预热到乙醇重整制氢的反应温度。
[0030]优选地，所述乙醇催化重整单元包括至少2组相互并联的乙醇催化重整子单元，且其中1组为待用乙醇催化重整子单元。
[0031]本专利技术中，乙醇重整制氢催化剂在使用超过一定的时间段后，表面会产生少量积碳，从而影响催化剂的性能和寿命。通过设置1组本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种中小型生物乙醇重整制氢的装置系统，其特征在于，所述装置系统包括原料供给单元、换热单元、乙醇催化重整单元、氢气分离单元、尾气催化氧化单元、氢气纯化单元和监测控制单元；所述原料供给单元中的原料依次流经换热单元、乙醇催化重整单元和氢气分离单元；所述氢气分离单元中的氢气依次流经换热单元和氢气纯化单元；所述氢气分离单元中的尾气依次流经尾气催化氧化单元和换热单元；所述监测控制单元用于实时监测并控制装置系统中各个单元的稳定运行；所述装置系统用于生物乙醇重整制氢的氢气产率为20
‑
200Nm3/h。2.根据权利要求1所述的装置系统，其特征在于，所述原料供给单元包括乙醇水供给装置和空气供给装置；优选地，所述乙醇水供给装置和空气供给装置分别独立地连接于换热单元；优选地，所述乙醇水供给装置和换热单元之间设置有流量泵；优选地，所述空气供给装置和换热单元之间依次设置有颗粒过滤器和流量调节阀；优选地，经过所述颗粒过滤器的空气中颗粒物的平均粒度≤0.5μm，进一步优选为平均粒度≤0.1μm；优选地，所述空气供给装置还通过流量调节阀依次连接于乙醇催化重整单元和尾气催化氧化单元；优选地，所述空气供给装置为无油空气压缩机；优选地，所述无油空气压缩机的工作压力为0.5
‑
2MPa。3.根据权利要求1或2所述的装置系统，其特征在于，所述换热单元包括依次连接的一级换热装置和二级换热装置，且所述一级换热装置的物料入口连接于原料供给单元；优选地，所述一级换热装置的换热介质入口连接于氢气分离单元；优选地，所述二级换热装置的换热介质入口连接于尾气催化氧化单元；优选地，所述换热单元的物料入口和物料出口分别独立地设置有温度传感器；优选地，所述换热单元的表面设置有电加热套。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的装置系统，其特征在于，所述乙醇催化重整单元包括至少2组相互并联的乙醇催化重整子单元，且其中1组为待用乙醇催化重整子单元；优选地，所述乙醇催化重整单元的内部设置有双催化剂床层，且按照物料的流动方向，第一层催化剂床层装填有铑基催化剂，第二层催化剂床层装填有铂基催化剂；优选地，所述乙醇催化重整单元的表面设置有温度传感器和电加热套；优选地，所述乙醇催化重整单元的富氢气体出口设置有气体浓度检测计。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的装置系统，其特征在于，所述氢气分离单元包括至少1组氢气分离子单元，且每组氢气分离子单元为1
‑
3个相互串联的钯膜氢气分离装置；优选地，当所述氢气分离子单元为至少2组时，每组氢...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，韩雪，徐光艳，余运波，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。