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原文传递一种甲醇水重整制氢的测试平台及测试方法

专利名称：	一种甲醇水重整制氢的测试平台及测试方法
摘要：	本发明揭示了一种甲醇水重整制氢的测试平台及测试方法，所述甲醇水重整制氢的测试平台包括重整反应制氢系统、汽水分离系统、氢气提纯系统、氢气检测系统、监控系统；所述重整反应制氢系统包括甲醇水储存容器、过滤器、进液泵、电磁阀、泄压阀、气化室、重整器；所述汽水分离系统包括汽水分离器；所述氢气提纯系统包括氢气提纯设备；氢气检测系统包括氢气浓度检测仪、气相色谱仪；汽水分离器的输出端还分别连接氢气提纯设备、气相色谱仪。本发明提出的甲醇水重整制氢的测试平台及其测试方法，可测试甲醇水重整制氢体系的性能及相关参数与催化剂性能之间的关系，同时测试催化剂在不同测试条件下的运行状况。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	向得夫
发明人：	向得夫
专利状态：	有效
申请日期：	2018-01-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201810020067.X
公开号：	CN110018246A
代理机构：	上海金盛协力知识产权代理有限公司
代理人：	王松
分类号：	G01N30/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N30
申请人地址：	201600 上海市松江区云恩路59弄36号601室
主权项：	1.一种甲醇水重整制氢的测试平台，其特征在于，所述甲醇水重整制氢的测试平台包括：重整反应制氢系统、汽水分离系统、氢气提纯系统、氢气检测系统、监控系统；所述重整反应制氢系统包括甲醇水储存容器、过滤器、进液泵、电磁阀、泄压阀、气化室、重整器；所述汽水分离系统包括汽水分离器；所述氢气提纯系统包括氢气提纯设备；所述氢气检测系统包括氢气浓度检测仪、气相色谱仪；所述甲醇水储存容器、过滤器、进液泵、气化室、重整器依次连接，进液泵与气化室之间设有电磁阀、泄压阀；重整室、氢气浓度检测仪、汽水分离器依次连接；汽水分离器的输出端还分别连接氢气提纯设备、气相色谱仪；所述监控系统包括上位机，分布在所述重整反应制氢系统的温度传感器、压力传感器，设置于汽水分离器输出端的温度传感器、氢气流量计；各温度传感器、各压力传感器、氢气流量计分别连接所述上位机；所述甲醇水储存容器用于储存原料甲醇水溶液；甲醇水溶液的浓度需要在设定范围内，甲醇水混合物中甲醇的质量分数范围为45～65％，甲醇纯度满足设定要求，去离子水纯度满足设定要求，甲醇水储存容器放置在电子秤上，通过电子秤示数变化，计算得到甲醇水原料的消耗量，即甲醇水进液量；所述过滤器用以将甲醇水原料中的杂质过滤掉，防止杂质进入重整室，避免催化剂中毒和管道堵塞，过滤器包括具有过滤作用的滤芯；所述电磁阀为常闭单向电磁阀，作用是控制甲醇水进液的开关，同时防止后续管道液体回流；所述进液泵为具有开关和调速功能的泵；进液泵根据需要打开和切断进液，同时通过调节进液泵的进液速度实现改变进液量的目的；所述泄压阀的作用是在系统出现管道堵塞或催化剂床层堵塞的情况导致系统压力升高超过1.7Mpa时进行泄压保护，此处的泄压阀为机械式阀体或电子控制阀体；所述汽化室的作用是将原料甲醇水加热汽化，汽化室的加热方式为电加热，或者通过所述重整反应制氢系统制得的部分富氢通过燃烧进行加热，或者通过所述重整反应制氢系统排放的余气通过燃烧进行加热；汽化室要求汽化室温度超过200℃，从而保证甲醇水原料能充分汽化；汽化室安装有第一温度传感器和第一压力传感器，通过R485通讯线与上位机相连，实现对温度和压力的实时检测；所述重整室内部装填有甲醇水重整制氢催化剂，汽化后的甲醇水经过重整室内的重整制氢催化剂发生重整反应生成富氢气体，此处的富氢气体是混合气体，成分包含：氢气﹑二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二甲醚、甲醇、水；此处的甲醇水重整制氢催化剂为铜基催化剂、锌铬催化剂、贵金属催化剂中的至少一种，不同催化剂适宜的反应温度范围不同，因此重整室温度根据催化剂种类进行设置；重整室的加热方式为电加热，或者通过所述重整反应制氢系统制得的部分富氢通过燃烧进行加热，或者通过所述重整反应制氢系统排放的余气通过燃烧进行加热；只要能保证能达到所需的温度及温度稳定即可；重整室安装有第一温度传感器和第一压力传感器，通过R485通讯线与上位机相连，实现对温度和压力的实时监测；其中第一温度传感器此处安装有三个，分别位于催化剂床层的上部﹑中部和下部，实现对催化剂床层不同部位温度的监测；所述氢气泄露检测仪用以实时检测氢气浓度，当有氢气泄露时会发出声光报警，此处的氢气泄露测试仪为手持可移动式的，或为插电固定式；所述汽水分离器用以将从重整室产出的富氢气体进行汽水分离，将富氢气体中的水分分离下来，减少富氢气体中的水分含量，保护气相色谱仪，同时减小氢气提纯设备的负担，此处需要定时将分离出的水收集称重，用于计算催化反应的转化率，转化率＝[(进液量-产水量)/进液量]*100％；所述氢气流量计的作用是对所产的富氢气体的流量进行实时检测和控制，氢气流量计通过USB接口与上位机相连，通过上位机控制软件调节氢气流量计内部阀门的开度；当阀门全开时，实现富氢流量的测试；当控制阀门开度在设定范围内，实现对富氢气体流量的调节和控制；所述氢气提纯设备的作用是将富氢气体中除氢气以外的杂质气体除去，达到纯化氢气的目的，经过提纯设备提纯后的氢气称为纯氢，要求纯氢中的氢气纯度高于95％；此处氢气提纯设备为钯膜提纯装置或PSA变压吸附提纯装置，能实现氢气的提纯即可；所述气相色谱仪的作用是对富氢气体的组成和含量进行检测，用于对催化剂活性高低进行评价；此处的气相色谱仪采用氢火焰离子化检测器和转化炉的组合，实现对富氢气体进行检测；所述上位机的作用是通过连接测试平台各种电子测量和控制器件，不仅能对测试平台各项参数进行数据记录，而且根据需要随时对各项参数进行调节。 2.一种甲醇水重整制氢的测试平台，其特征在于，所述甲醇水重整制氢的测试平台包括：重整反应制氢系统、汽水分离系统、氢气提纯系统、氢气检测系统、监控系统；所述重整反应制氢系统包括甲醇水储存容器、过滤器、进液泵、电磁阀、泄压阀、气化室、重整器；所述汽水分离系统包括汽水分离器；所述氢气提纯系统包括氢气提纯设备；所述氢气检测系统包括氢气浓度检测仪、气相色谱仪；所述甲醇水储存容器、过滤器、进液泵、气化室、重整器依次连接，进液泵与气化室之间设有电磁阀、泄压阀；重整室、氢气浓度检测仪、汽水分离器依次连接；汽水分离器的输出端还分别连接氢气提纯设备、气相色谱仪；所述监控系统包括上位机，分布在所述重整反应制氢系统的温度传感器、压力传感器，设置于汽水分离器输出端的温度传感器、氢气流量计；各温度传感器、各压力传感器、氢气流量计分别连接所述上位机。 3.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢的测试平台，其特征在于：所述甲醇水储存容器用于储存原料甲醇水溶液；甲醇水溶液的浓度需要在设定范围内，甲醇水混合物中甲醇的质量分数范围为45～65％，甲醇纯度满足设定要求，去离子水纯度满足设定要求，甲醇水储存容器放置在电子秤上，通过电子秤示数变化，计算得到甲醇水原料的消耗量，即甲醇水进液量；所述过滤器用以将甲醇水原料中的杂质过滤掉，防止杂质进入重整室，避免催化剂中毒和管道堵塞，过滤器包括具有过滤作用的滤芯；所述电磁阀为常闭单向电磁阀，作用是控制甲醇水进液的开关，同时防止后续管道液体回流；所述进液泵为具有开关和调速功能的泵；进液泵根据需要打开和切断进液，同时通过调节进液泵的进液速度实现改变进液量的目的；所述泄压阀的作用是在系统出现管道堵塞或催化剂床层堵塞的情况导致系统压力升高超过1.7Mpa时进行泄压保护，此处的泄压阀为机械式阀体或电子控制阀体。 4.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢的测试平台，其特征在于：所述汽化室的作用是将原料甲醇水加热汽化，汽化室的加热方式为电加热，或者通过所述重整反应制氢系统制得的部分富氢通过燃烧进行加热，或者通过所述重整反应制氢系统排放的余气通过燃烧进行加热；汽化室要求汽化室温度超过200℃，从而保证甲醇水原料能充分汽化；汽化室安装有第一温度传感器和第一压力传感器，通过R485通讯线与上位机相连，实现对温度和压力的实时检测。 5.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢的测试平台，其特征在于：所述重整室内部装填有甲醇水重整制氢催化剂，汽化后的甲醇水经过重整室内的重整制氢催化剂发生重整反应生成富氢气体，此处的富氢气体是混合气体，成分包含：氢气﹑二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二甲醚、甲醇、水；此处的甲醇水重整制氢催化剂为铜基催化剂、锌铬催化剂、贵金属催化剂中的至少一种，不同催化剂适宜的反应温度范围不同，因此重整室温度根据催化剂种类进行设置；重整室的加热方式为电加热，或者通过所述重整反应制氢系统制得的部分富氢通过燃烧进行加热，或者通过所述重整反应制氢系统排放的余气通过燃烧进行加热；只要能保证能达到所需的温度及温度稳定即可；重整室安装有第一温度传感器和第一压力传感器，通过R485通讯线与上位机相连，实现对温度和压力的实时监测；其中第一温度传感器此处安装有三个，分别位于催化剂床层的上部﹑中部和下部，实现对催化剂床层不同部位温度的监测。 6.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢的测试平台，其特征在于：所述氢气泄露检测仪用以实时检测氢气浓度，当有氢气泄露时会发出声光报警，此处的氢气泄露测试仪为手持可移动式的，或为插电固定式；所述汽水分离器用以将从重整室产出的富氢气体进行汽水分离，将富氢气体中的水分分离下来，减少富氢气体中的水分含量，保护气相色谱仪，同时减小氢气提纯设备的负担，此处需要定时将分离出的水收集称重，用于计算催化反应的转化率；所述氢气流量计的作用是对所产的富氢气体的流量进行实时检测和控制，氢气流量计通过USB接口与上位机相连，通过上位机控制软件调节氢气流量计内部阀门的开度；当阀门全开时，实现富氢流量的测试；当控制阀门开度在设定范围内，实现对富氢气体流量的调节和控制。 7.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢的测试平台，其特征在于：所述氢气提纯设备的作用是将富氢气体中除氢气以外的杂质气体除去，达到纯化氢气的目的，经过提纯设备提纯后的氢气称为纯氢，要求纯氢中的氢气纯度高于95％；此处氢气提纯设备为钯膜提纯装置或PSA变压吸附提纯装置，能实现氢气的提纯即可；所述气相色谱仪的作用是对富氢气体的组成和含量进行检测，用于对催化剂活性高低进行评价；此处的气相色谱仪采用氢火焰离子化检测器和转化炉的组合，实现对富氢气体进行检测；所述上位机的作用是通过连接测试平台各种电子测量和控制器件，不仅能对测试平台各项参数进行数据记录，而且根据需要随时对各项参数进行调节。 8.一种权利要求1至7之一所述的甲醇水重整制氢的测试平台的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括如下步骤：重整反应制氢系统制得富氢气体；汽水分离系统将所述重整反应制氢系统制得的富氢气体中的水分分离；氢气提纯系统将经过所述汽水分离系统汽水分离后的气体进行提纯，将富氢气体中除氢气以外的杂质气体除去，达到纯化氢气；氢气检测系统检测提纯后的氢气指标；监控系统对重整反应制氢系统的反应环境进行监控。 9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于：所述测试方法具体包括：通过上位机设置汽化室和重整室的温度，汽化室和重整室开始加热，待温度达到要求后，开启进液泵﹑打开电磁阀开关，系统开始进液；甲醇水在汽化室被加热汽化，经过汽化后的甲醇水蒸汽经过重整室的催化剂床层进行重整反应得到富氢气体，富氢气体经过汽水分离器分离后进入提纯设备进行氢气的提纯，同时也可以连接气相色谱对富氢气体进行纯度的检测；具体的，所述的甲醇水混合液中甲醇的质量分数保持在45-65％，此处可以通过改变甲醇水中甲醇的浓度考察不同浓度对催化剂制氢效果的影响；所述的进液泵可根据需要打开和切断进液，通过调节泵速改变进液量，因此可通过调节泵速考察不同进液量条件下催化剂的转化率、产氢量及富氢含量参数；所述的汽化室的作用是将甲醇水加热汽化，加热方式为电加热，或者通过制氢设备制得的部分富氢通过燃烧进行加热，或者通过所述重整反应制氢系统排放的余气通过燃烧进行加热；无论何种加热方式，要求汽化室温度范围为200-400℃，保证甲醇水在进入重整室前能完全汽化；汽化室安装有温度传感器和压力传感器，通过R485通讯线与上位机相连，实现对温度和压力的实时检测和调节；所述的重整室内部装填甲醇水重整制氢催化剂，汽化后的甲醇水经过重整室内的重整制氢催化剂发生重整反应生成富氢气体，富氢气体是混合气体，成分包含：氢气﹑二氧化碳﹑甲烷﹑一氧化碳﹑二甲醚﹑甲醇﹑水；此处的甲醇水重整制氢催化剂包含铜基催化剂﹑锌铬催化剂﹑贵金属催化剂，不同催化剂适宜的反应温度范围和空速不同，因此一方面可以固定催化剂，考察催化剂在不同的装填量﹑不同反应温度﹑不同进液空速条件下的反应活性，另一方面可以在同样条件下改变催化剂种类，对比考察不同催化剂的活性；所述的汽水分离器的作用是将从重整室产出的富氢气体进行汽水分离，将富氢气体中的水分分离下来，减少富氢气体中的水分含量，此处定时将分离出的水分收集称重，用于计算催化剂催化反应的转化率；所述的氢气流量计的作用是对所产的富氢气体的流量进行实时检测和控制，氢气流量计通过USB接口与PC上位机相连，通过上位机控制软件调节氢气流量计内部阀门的开度；当阀门全开时，实现富氢流量的测试；当控制阀门开度在一定范围内，实现对富氢气体流量的调节和控制；所述的氢气提纯设备的作用是将富氢气体中除氢气以外的杂质气体除去，达到纯化氢气的目的，经过提纯设备提纯后的氢气称为纯氢，要求纯氢中的氢气纯度高于95％；此处氢气提纯设备可以是钯膜提纯装置或PSA变压吸附提纯装置，能实现氢气的提纯即可；所述的气相色谱的作用是对富氢气体的组成和含量进行检测，从而判断氢气纯度和反应的选择性，因此用于对催化剂活性高低进行评价；所述的上位机的作用是通过连接测试平台各种电子测量和控制器件，不仅能对测试平台各项参数进行数据记录，而且根据需要随时对各项参数进行调节。
所属类别：	发明专利