一種零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)及其燃料電池汽車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及氫氣制備設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)及其燃料電池汽車。
【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，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的主要是0)2和SO2，可分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)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(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠不會用完。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(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制取氫，那么氫也將是一種價格相當(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大的電解水制氫工藝。利用先進的甲醇水蒸氣重整技術(shù)制取比與0)2的混合氣體，再經(jīng)鈀膜分離器分離，可分別得到HjP CO 2。
[0004]參照中國發(fā)明申請201310340475.0 (申請人:上海合既得動氫機器有限公司)，該專利公開了一種甲醇水制氫系統(tǒng)，甲醇與水蒸氣重整器的重整室內(nèi)，在350-409°C溫度下1-5M Pa的壓力條件下通過催化劑，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和CO2,再經(jīng)過分離室的鈀膜分離器將HjP CO 2分離，得到高純氫氣，而二氧化碳及未反應(yīng)的水汽則直接排出外界。
[0005]然而，由于二氧化碳作為主要溫室氣體，其導(dǎo)致的溫室效應(yīng)影響著大氣圈與生物圈原有的平衡，引發(fā)了一系列與人類生活環(huán)境緊密相關(guān)的問題，威脅著人類的生存，因此，上述甲醇水制氫系統(tǒng)直接排出CO2不利于環(huán)境保護。并且，由于CO2又可作為碳資源加以開發(fā)利用，在工業(yè)和國民經(jīng)濟各部門具有廣泛的應(yīng)用價值，而上述甲醇水制氫系統(tǒng)直接排出的CO2通常是純度較高的CO 2 (主要雜質(zhì)為水汽)，因此，這樣直接排出實屬資源浪費。此夕卜，從甲醇水制氫系統(tǒng)直接排出的二氧化碳具有較高溫度(405-570°C之間)，容易影響制氫系統(tǒng)各部分設(shè)備運轉(zhuǎn)，特別是當(dāng)甲醇水制氫系統(tǒng)運用于燃料電池汽車等新能源領(lǐng)域時，燃料電池汽車還需要專門設(shè)置排放二氧化碳的煙囪，這樣極不利于燃料電池汽車的推廣和應(yīng)用?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)，該制氫系統(tǒng)能夠回收C02，不影響環(huán)境，對制氫系統(tǒng)自身無傷害，有利于燃料電池汽車等新能源領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。為此，本實用新型還要提供該零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0007]為解決上述第一個技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是:一種零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)，包括甲醇水儲存容器、輸送栗、第一換熱器、重整器及二氧化碳回收裝置，其中:
[0008]甲醇水儲存容器，其內(nèi)儲存有液態(tài)的甲醇和水；
[0009]輸送栗，用于將甲醇水儲存容器中的甲醇和水輸送至重整器的重整室；
[0010]第一換熱器，安裝于輸送栗與重整器之間的輸送管道上，低溫的甲醇和水在第一換熱器中，與重整器輸出的高溫二氧化碳及水汽混合氣體進行換熱，甲醇和水溫度升高，二氧化碳及水汽混合氣體溫度降低；
[0011]重整器，設(shè)有重整室、電磁加熱器及氫氣純化裝置，所述電磁加熱器包括電磁線圈及金屬受磁體，電磁線圈通電后能產(chǎn)生高頻磁場，使金屬受磁體受磁場感應(yīng)而發(fā)熱，為重整室提供熱能；所述重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，甲醇和水在重整室內(nèi)發(fā)生甲醇和水的重整制氫反應(yīng)制得二氧化碳和氫氣，該二氧化碳、氫氣以及未反應(yīng)的水汽混合成高溫混合氣體，輸向氫氣純化裝置；所述重整室與氫氣純化裝置通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室內(nèi)，能通過重整室內(nèi)的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的高溫混合氣體；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高溫混合氣體的溫度與氫氣純化裝置的溫度相同或接近；經(jīng)氫氣純化裝置對高溫混合氣體進行分離后，從氫氣純化裝置的氫氣輸出端輸出氫氣，從氫氣純化裝置的余氣輸出端輸出二氧化碳和未反應(yīng)的水汽混合氣體，該二氧化碳和未反應(yīng)的水汽混合氣體經(jīng)第一換熱器后輸向二氧化碳回收裝置；
[0012]二氧化碳回收裝置，用于回收從重整器輸出的二氧化碳及部分水汽，該二氧化碳回收裝置為可更換的模塊化二氧化碳回收裝置。
[0013]作為對本實用新型的進一步闡述:
[0014]所述零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)還包括氣體回轉(zhuǎn)管道，該氣體回轉(zhuǎn)管道設(shè)置于二氧化碳回收裝置與重整器的重整室之間，該氣體回轉(zhuǎn)管道設(shè)置有傳感器及電磁閥，該傳感器用于感應(yīng)二氧化碳回收裝置中的氣壓，當(dāng)氣壓達到或高于安全氣壓值時，電磁閥打開，二氧化碳回收裝置中的部分氣體經(jīng)氣體回轉(zhuǎn)管道輸送至重整器的重整室，當(dāng)氣壓低于安全氣壓值時，電磁閥關(guān)閉，氣體回轉(zhuǎn)管道關(guān)閉。
[0015]所述零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)還包括水回收裝置，該水回收裝置設(shè)置于二氧化碳回收裝置與第一換熱器之間；所述二氧化碳及水汽混合氣體經(jīng)第一換熱器降溫后，大部分水汽流入水回收裝置儲存。進一步，水回收裝置與甲醇水儲存容器之間設(shè)置有輸水管道，該水回收裝置中的水可經(jīng)輸水管道輸入至甲醇水儲存容器，以便作為原料水循環(huán)利用。
[0016]所述重整器從外至內(nèi)依次包括保溫殼體、重整室及氫氣純化裝置，所述電磁加熱器的電磁線圈設(shè)置于保溫殼體與重整室之間，所述金屬受磁體設(shè)置于重整室內(nèi)。進一步，所述金屬受磁體設(shè)置有單層或多層，金屬受磁體呈筒狀結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0017]所述零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)還包括第二換熱器、氣體分流器、燃料電池及交直流電力轉(zhuǎn)換裝置，所述第二換熱器安裝于輸送栗與重整器之間的輸送管道上，且第二換熱器與第一換熱器并聯(lián)設(shè)置，低溫的甲醇和水在第二換熱器中，與重整器輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水溫度升高，氫氣溫度降低；所述氣體分流器用于分流從第二換熱器輸出的氫氣，經(jīng)氣體分流器分流后，部分氫氣進入燃料電池；所述燃料電池用于氫氣及空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能；產(chǎn)生的電能經(jīng)交直流電力轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后，為所述輸送栗及重整器的電磁加熱器供電。
[0018]為解決上述第二個技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是:應(yīng)用所述零碳排放的甲醇水重整制氫系統(tǒng)的燃料電池汽車，包括甲醇水儲存容器、輸送栗、第一換熱器、重整器、二氧化碳回收裝置、第二換熱器、燃料電池、交直流電力轉(zhuǎn)換裝置及汽車馬達，其中:
[0019]甲醇水儲存容器，其內(nèi)儲存有液態(tài)的甲醇和水；
[0020]輸送栗，用于將甲醇水儲存容器中的甲醇和水輸送至重整器的重整室；
[0021]第一換熱器，安裝于輸送栗與重整器之間的輸送管道上，低溫的甲醇和水在第一換熱器中，與重整器輸出的高溫二氧化碳及水汽混合氣體進行換熱，甲醇和水溫度升高，二氧化碳及水汽混合氣體溫度降低；
[0022]重整器，設(shè)有重整室、電磁加熱器及氫氣純化裝置，所述