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带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置

热词	熔盐裂解储罐管线盐罐甲醇热熔油盐过热器预热器
专利类型	实用新型	法律事件	授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN202322899966.0	申请日	2023-10-27
公开(公告)号	CN220976588U	公开(公告)日	2024-05-17
申请人	江苏鑫晨光热技术有限公司;	申请人类型	企业
发明人	宋士雄; 陈煜达; 陈昊; 沈平; 谢文韬;	第一发明人	宋士雄
权利人	江苏鑫晨光热技术有限公司	权利人类型	企业
当前权利人	江苏鑫晨光热技术有限公司	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：江苏省	城市	当前专利权人所在城市：江苏省盐城市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：江苏省盐城市经济技术开发区漓江路66号	邮编	当前专利权人邮编：224005
主IPC国际分类	C01B3/32	所有IPC国际分类	C01B3/32 ; F28D20/00
专利引用数量	0	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	4	专利文献类型	U
专利代理机构	江苏圣典律师事务所	专利代理人	王伟;
摘要	本实用新型公开了一种带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，包括冷熔盐储罐，冷熔盐储罐内的冷熔盐泵与熔盐电加热器和混盐罐连接，熔盐电加热器连接热熔盐储罐；热熔盐储罐内的热熔盐泵与混盐罐连接；冷熔盐储罐、混盐罐、导热油泵、汽化过热器分别连接油盐换热器；汽化过热器连接转化反应器；甲醇储罐、除盐水罐、预热器分别与原料液储罐连接；所述预热器分别连接汽化过热器、转化反应器、冷凝器；所述冷凝器连接裂解气水洗塔，裂解气水洗塔分别连接裂解气缓冲罐、原料液储罐；裂解气缓冲罐分别与原料液储罐、吸收塔连接；所述吸收塔分别与解析塔、氢气储罐连接。该装置可利用谷电、风电、光伏弃电储能，运行稳定、制氢效率高、经济性高。
权利要求	1.带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，其特征在于，包括冷熔盐储罐（101）、熔盐电加热器（108）、热熔盐储罐（110）、混盐罐（117）、导热油罐（118）、油盐换热器（121）、甲醇储罐（122）、除盐水罐（123）、原料液储罐（128）、预热器（130）、汽化过热器（131）、转化反应器（132）、冷凝器（133）、裂解气水洗塔（135）、裂解气缓冲罐（136）、吸收塔（140）、解析塔（141）、氢气储罐（142）；所述冷熔盐储罐（101）内设有冷熔盐泵（102）；所述热熔盐储罐（110）内设有热熔盐泵（111）；所述冷熔盐泵（102）与熔盐电加热器（108）之间通过管线连接；所述熔盐电加热器（108）与热熔盐储罐（110）之间通过管线连接；所述冷熔盐泵（102）与混盐罐（117）之间通过管线连接；所述热熔盐泵（111）与混盐罐（117）之间通过管线连接；所述导热油罐（118）后设有导热油泵（119），导热油泵（119）与油盐换热器（121）之间通过管线连接；所述混盐罐（117）与油盐换热器（121）之间通过管线连接；所述油盐换热器（121）与冷熔盐储罐（101）之间通过管线连接；所述油盐换热器（121）与汽化过热器（131）之间通过管线连接，汽化过热器（131）与转化反应器（132）之间通过管线连接；所述甲醇储罐（122）与原料液储罐（128）之间通过管线连接，管线上设有甲醇计量泵（124）与甲醇截止阀（125）；所述除盐水罐（123）与原料液储罐（128）之间通过管线连接，管线上设有除盐水计量泵（126）与除盐水截止阀（127）；所述原料液储罐（128）与预热器（130）之间通过管线连接，管线上设有原料液计量泵（129）；所述预热器（130）与汽化过热器（131）之间通过管线连接；所述预热器（130）与转化反应器（132）之间通过管线连接；所述预热器（130）与冷凝器（133）之间通过管线连接；所述冷凝器（133）与裂解气水洗塔（135）之间通过管线连接；所述裂解气水洗塔（135）与裂解气缓冲罐（136）之间通过管线连接；所述裂解气水洗塔（135）与原料液储罐（128）之间通过管线连接，管线上设有水洗塔疏水阀（137）；所述裂解气缓冲罐（136）与原料液储罐（128）之间通过管线连接，管线上设有裂解气缓冲罐疏水阀（138）；所述裂解气缓冲罐（136）与吸收塔（140）之间通过管线连接；所述吸收塔（140）与解析塔（141）之间通过管线连接；所述吸收塔（140）与氢气储罐（142）之间通过管线连接；所述吸收塔（140）与解析塔（141）之间设有吸收液再循环管线，吸收液再循环管线上设有吸收液循环泵（143）。 2.根据权利要求1所述的带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，其特征在于，所述冷熔盐泵（102）出口管线上设有冷熔盐泵出口阀（103）和冷熔盐泵回流管（104），所述冷熔盐泵回流管（104）上设有冷熔盐泵回流阀（105）；所述热熔盐泵（111）出口管线上设有热熔盐泵出口阀（112）和热熔盐泵回流管（114），所述热熔盐泵回流管（114）上设有热熔盐泵回流阀（113）；所述冷熔盐泵出口阀（103）与熔盐电加热器（108）之间设有电加热器冷熔盐入口阀（106），冷熔盐泵出口阀（103）与混盐罐（117）之间设有混盐罐冷熔盐入口阀（107）；所述热熔盐泵出口阀（112）与混盐罐（117）之间设有混盐罐热熔盐入口阀（115）。 3.根据权利要求1所述的带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，其特征在于，所述导热油罐（118）、油盐换热器（121）、汽化过热器（131）以及转化反应器（132）之间由连接管线构成闭合的导热油循环回路。 4.根据权利要求1所述的带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，其特征在于，所述冷熔盐储罐（101）、熔盐电加热器（108）、热熔盐储罐（110）、混盐罐（117）以及油盐换热器（121）之间由连接管线构成闭合的熔盐循环回路。
说明书全文	带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置技术领域 [0001] 本实用新型涉及带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，采用熔盐作为储能介质，导热油作为载热介质进行甲醇水蒸气裂解制氢。背景技术 [0002] 氢能燃料电池汽车作为一种绿色环保的交通工具越来越受到关注，高纯度的氢气需求量正逐步加大，对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求。甲醇水蒸气裂解及变压吸附是一种适合中小规模、分布式的制氢路线，具有投资小、能耗低、原料易得，运输、贮存方便、可模块化的优点。 [0003] 随着我国电气化进程的加速，社会电力负荷需求持续快速增长，以风电、光伏为主的新能源发电装机占比快速增高，高比例新能源并网成必然趋势。新能源具有波动性大、调节困难的特征，利用熔盐进行大规模能量存储并转化为氢能是一种可行的储能技术，可优化新能源电站的出力特征。现有甲醇水蒸气裂解制氢工艺中，大多采用天然气或电能作为工艺热来源，生产成本较高，因此，亟需提出一种甲醇水蒸气裂解制氢装置，以提高氢气生产过程中的经济性和灵活性。实用新型内容 [0004] 本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提出一种带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，可利用谷电或风电、光伏弃电储能用于甲醇水蒸气裂解制氢。系统运行过程中，以熔盐作为储能介质，以导热油作为载热介质，具有运行参数稳定、制氢效率高，运行成本经济性高的特点，具有非常大的市场价值。 [0005] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是： [0006] 带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，包括冷熔盐储罐、熔盐电加热器、热熔盐储罐、混盐罐、导热油罐、油盐换热器、甲醇储罐、除盐水罐、原料液储罐、预热器、汽化过热器、转化反应器、冷凝器、裂解气水洗塔、裂解气缓冲罐、吸收塔、解析塔以及氢气储罐。 [0007] 本实用新型中，所述冷熔盐储罐、熔盐电加热器、热熔盐储罐用于将电能转化为热能并进行存储；所述混盐罐、导热油罐、导热油泵、油盐换热器用于释放熔盐存储的热能用于制氢工艺；所述甲醇储罐、除盐水罐原料液储罐用于存储生产氢气所需的原料；所述预热器、汽化过热器、转化反应器、裂解气水洗塔、裂解气缓冲罐、吸收塔、解析塔用于将原料液裂解、提纯制成氢气。 [0008] 本实用新型中，所述冷熔盐储罐内设有冷熔盐泵；所述热熔盐储罐内设有热熔盐泵；所述冷熔盐泵与熔盐电加热器之间通过管线连接；所述熔盐电加热器与热熔盐储罐之间通过管线连接；所述冷熔盐泵与混盐罐之间通过管线连接；所述热熔盐泵与混盐罐之间通过管线连接。所述冷熔盐储罐、熔盐电加热器、热熔盐储罐由连接管线连接构成熔盐储能系统。 [0009] 本实用新型中，冷熔盐泵出口管线上设有冷熔盐泵出口阀和冷熔盐泵回流管，所述冷熔盐泵回流管上设有冷熔盐泵回流阀；所述热熔盐泵出口管线上设有热熔盐泵出口阀和热熔盐泵回流管，所述热熔盐泵回流管上设有热熔盐泵回流阀；所述冷熔盐泵出口阀与熔盐电加热器之间设有电加热器冷熔盐入口阀，冷熔盐泵出口阀以及混盐罐之间设有混盐罐冷熔盐入口阀；所述热熔盐泵出口阀与混盐罐之间设有混盐罐热熔盐入口阀。在谷电时段或弃电时段，冷熔盐泵将冷熔盐储罐中的冷熔盐输送至熔盐电加热器，冷熔盐（160℃‑300℃）通过熔盐电加热器升温成为热熔盐（400℃‑600℃）进入热熔盐储罐进行存储。 [0010] 本实用新型中，所述混盐罐、导热油罐、导热油泵、油盐换热器、汽化过热器以及转化反应器之间通过管线连接。所述冷熔盐储罐、熔盐电加热器、热熔盐储罐、混盐罐以及油盐换热器之间由连接管线构成闭合的熔盐循环回路。所述导热油罐、油盐换热器、汽化过热器以及转化反应器之间由连接管线构成闭合的导热油循环回路。在制氢运行工况下，热熔盐自热熔盐储罐泵送至混盐罐，与来自冷熔盐储罐中的冷熔盐在混盐罐中混合并产出适合温度的熔盐（300℃‑350℃）后去往油盐换热器，导热油经导热油泵加压后去往油盐换热器，热熔盐和导热油在油盐换热器中换热，熔盐的热量传递给导热油。 [0011] 本实用新型中，所述导热油罐后设有导热油泵，导热油泵与油盐换热器之间通过管线连接；所述混盐罐与油盐换热器之间通过管线连接；所述油盐换热器与冷熔盐储罐之间通过管线连接；所述油盐换热器与汽化过热器之间通过管线连接，汽化过热器与转化反应器之间通过管线连接。导热油经油盐换热器后升高温度至约300℃，自油盐换热器去往汽化过热器，在汽化过热器释放部分热量后温度降低至约280℃后去往转化反应器，在转化反应器中继续释放热量后通过管线去往导热油罐进行下一次循环。 [0012] 本实用新型中，所述甲醇储罐与原料液储罐之间通过管线连接，管线上设有甲醇计量泵与甲醇截止阀；所述除盐水罐与原料液储罐之间通过管线连接，管线上设有除盐水计量泵与除盐水截止阀；所述原料液储罐与预热器之间通过管线连接，管线上原料液计量泵。制氢运行工况下，甲醇和除盐水分别从甲醇储罐和除盐水罐中泵送至原料液储罐，在原料液储罐中混合后经原料液计量泵泵送至预热器，在预热器中与反应后裂解气体进行换热。 [0013] 本实用新型中，所述预热器与汽化过热器之间通过管线连接；所述汽化过热器与转化反应器之间通过管线连接。制氢运行工况下，原料液经预热器升高温度后进入汽化过热器，在汽化过热器中进行汽化并过热到反应温度后进入转化反应器，在转化反应器中进行转化反应生成裂解气体以及未反应的甲醇和水蒸气。 [0014] 本实用新型中，所述转化反应器与预热器之间通过管线连接；所述预热器与冷凝器之间通过管线连接；所述冷凝器与裂解气水洗塔之间通过管线连接；所述裂解气水洗塔与裂解气缓冲罐之间通过管线连接；所述裂解气水洗塔与原料液储罐之间通过管线连接，管线上设有水洗塔疏水阀；所述裂解气缓冲罐与原料液储罐之间通过管线连接，管线上设有裂解气缓冲罐疏水阀。制氢运行工况下，在转化反应器中进行转化反应生成裂解气体，裂解气体中含有氢气、二氧化碳、一氧化碳以及未反应的甲醇和水蒸气，裂解气体自转化反应器去往预热器，在预热器中与原料液换热后降低温度后去往冷凝器，反应气体以及未反应的甲醇和水蒸气等经冷凝后去往水洗塔，在水洗塔中分离出裂解气体、水和甲醇混合物，水洗分离后的裂解气体进入裂解气缓冲罐，在裂解气缓冲罐暂存后进入吸收塔，经吸收塔分离二氧化碳后产出氢气，氢气进入所述氢气储罐进行存储，未反应的水和甲醇通过水洗塔疏水阀以及裂解气缓冲罐疏水阀再次进入原料液储罐，吸收液进入解析塔降压解析后经吸收液循环泵打回吸收塔循环使用。 [0015] 本实用新型中，所述裂解气缓冲罐与吸收塔之间通过管线连接；所述吸收塔与解析塔之间通过管线连接；所述吸收塔与氢气储罐之间通过管线连接；所述吸收塔与解析塔之间设有吸收液再循环管线，吸收液再循环管线上设有吸收液循环泵。 [0016] 本实用新型中，熔盐可以是硝酸钠与硝酸钾的混合熔盐，或亚硝酸钠、硝酸钠以及硝酸钾的混合盐，或碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾的混合盐，或氯化镁、氯化钠、氯化钾的混合盐。 [0017] 采用上述方案后，本实用新型有益效果为： [0018] （1）该装置集成了熔盐储能、换热与裂解制氢工艺，采用熔盐作为储能介质，采用导热油作为载热介质裂解甲醇和水蒸气制氢，反应温度可精确控制，具有较高生产效率及氢气品质。 [0019] （2）配置了熔盐储能装置，利用光伏、风电的弃电或峰谷电价的差异实现能量的合理利用，具有较高的经济性。 [0020] （3）该装置主要原料为甲醇和水，原料来源广泛，便于市场推广。 [0021] （4）系统工艺流程简单，装置可小型化，适合分布式产氢系统。附图说明 [0022] 此处所说明的附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本实用新型的不当限定。 [0023] 图1为本实用新型带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置的系统示意图，图中： 101‑冷熔盐储罐、108‑熔盐电加热器、110‑热熔盐储罐、117‑混盐罐、118‑导热油罐、121‑油盐换热器、122‑甲醇储罐、123‑除盐水罐、128‑原料液储罐、130‑预热器、131‑汽化过热器、132‑转化反应器、133‑冷凝器、135‑裂解气水洗塔、136‑裂解气缓冲罐、140‑吸收塔、 141‑解析塔、142‑氢气储罐； [0024] 102‑冷熔盐泵、111‑热熔盐泵、103‑冷熔盐泵出口阀、105‑冷熔盐泵回流阀、104‑冷熔盐泵回流管、112‑热熔盐泵出口阀、113‑热熔盐泵回流阀、114‑热熔盐泵回流管，116‑冷熔盐回流管；106‑电加热器冷熔盐入口阀、107‑混盐罐冷熔盐入口阀、115‑混盐罐热熔盐入口阀；119‑导热油泵，124‑甲醇计量泵、125‑甲醇截止阀、126‑除盐水计量泵、127‑除盐水截止阀、129‑原料液计量泵；137‑水洗塔疏水阀、138‑裂解气缓冲罐疏水阀、134‑水洗塔除盐水入口阀、143‑吸收液循环泵。具体实施方式 [0025] 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。 [0026] 如图1所示：带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，包括：冷熔盐储罐101、熔盐电加热器108、热熔盐储罐110、冷熔盐泵102、热熔盐泵111、冷熔盐泵出口阀103、冷熔盐泵回流阀105、冷熔盐泵回流管104、热熔盐泵出口阀112、热熔盐泵回流阀113、热熔盐泵回流管114、混盐罐117、导热油罐118、油盐换热器121、冷熔盐回流管116、甲醇储罐 122、除盐水罐123、原料液储罐128、预热器130、汽化过热器131、转化反应器132、冷凝器 133、裂解气水洗塔135、裂解气缓冲罐136、吸收塔140、解析塔141、氢气储罐142；电加热器冷熔盐入口阀106、混盐罐冷熔盐入口阀107、混盐罐热熔盐入口阀115；导热油泵119，甲醇计量泵124、甲醇截止阀125、除盐水计量泵126、除盐水截止阀127、原料液计量泵129；水洗塔疏水阀137、裂解气缓冲罐疏水阀138、水洗塔除盐水入口阀134与吸收液循环泵143。 [0027] 所述冷熔盐储罐101内设有冷熔盐泵102；所述冷熔盐泵102与熔盐电加热器108之间通过管线连接；所述熔盐电加热器108与热熔盐储罐110之间通过管线连接；所述冷熔盐泵102与混盐罐117之间通过管线连接；所述热熔盐泵111与混盐罐117之间通过管线连接。所述冷熔盐储罐、熔盐电加热器、热熔盐储罐由连接管线连接构成熔盐储能系统。 [0028] 所述冷熔盐泵102出口管线上设有冷熔盐泵出口阀103和冷熔盐泵回流管104，所述冷熔盐泵回流管104上设有冷熔盐泵回流阀105；所述热熔盐泵111出口管线上设有热熔盐泵出口阀112和热熔盐泵回流管114，所述热熔盐泵回流管114上设有热熔盐泵回流阀113；所述冷熔盐泵出口阀103与熔盐电加热器108之间设有电加热器冷熔盐入口阀106，冷熔盐泵出口阀103以及混盐罐117之间设有混盐罐冷熔盐入口阀107；所述热熔盐泵出口阀 112与混盐罐117之间设有混盐罐热熔盐入口阀115。 [0029] 所述导热油罐118后设有导热油泵119，导热油泵119与油盐换热器121之间通过管线连接；所述油盐换热器121与汽化过热器131之间通过管线连接，汽化过热器131与转化反应器132之间通过管线连接；所述预热器130与汽化过热器131之间通过管线连接；所述转化反应器132与预热器130之间通过管线连接；所述预热器130与冷凝器133之间通过管道连接；所述冷凝器133与裂解气水洗塔135之间通过管线连接；所述裂解气水洗塔135与裂解气缓冲罐136之间通过管线连接；所述裂解气水洗塔135与原料液储罐128之间通过管线连接，管线上设有水洗塔疏水阀137；所述裂解气缓冲罐136与原料液储罐128之间通过管线连接，管线上设有裂解气缓冲罐疏水阀138；所述裂解气缓冲罐136与吸收塔140之间通过管线连接；所述吸收塔140与解析塔141之间通过管线连接；所述吸收塔140与氢气储罐142之间通过管线连接；所述吸收塔140与解析塔141之间设有吸收液再循环管线，吸收液再循环管线上设有吸收液循环泵143。 [0030] 在谷电时段或弃电时段，开启电加热器冷熔盐入口阀106，冷熔盐泵102将冷熔盐储罐101中的冷熔盐输送至熔盐电加热器108，冷熔盐（160℃‑300℃）经熔盐电加热器108升温成为热熔盐（400℃‑600℃）进入热熔盐储罐110进行存储，达到以热能存储电能的目的。 [0031] 在装置制氢运行工况下，热熔盐自热熔盐储罐110经热熔盐泵111加压后泵送至混盐罐117，通过调整混盐罐冷熔盐入口阀107与混盐罐热熔盐入口阀115的开度控制冷熔盐和热熔盐的流量，使冷熔盐和热熔盐在混盐罐117中均匀混合并产出适合温度的熔盐（300℃‑350℃），适合温度的熔盐去往油盐换热器121，热熔盐和导热油在油盐换热器121中换热后将热量传递给导热油，熔盐温度降低成为冷熔盐，经冷熔盐回流管116返回冷熔盐罐，准备下一次循环。 [0032] 在装置制氢运行工况下，导热油经油盐换热器121后升高温度至约300℃，自油盐换热器121去往汽化过热器131，在汽化过热器131释放部分热量后温度降低至约280℃后去往转化反应器132，在转化反应器132中继续释放热量后通过管线去往导热油罐118准备下一次循环。 [0033] 在装置制氢运行工况下，甲醇和除盐水分别从甲醇储罐122和除盐水罐123中通过甲醇计量泵124、除盐水计量泵126泵送至原料液储罐128，在原料液储罐128中与来自裂解气水洗塔135以及裂解气储罐136中的未反应甲醇和水混合后成为原料液，原料液经原料液计量泵129泵送至预热器130，在预热器130中与来自转化反应器132的裂解气体进行换热并升高温度，原料液经预热器130升高温度后进入汽化过热器131，在汽化过热器131中进行汽化并过热到反应温度后进入转化反应器132，在转化反应器132中进行转化反应生成裂解气体，裂解气体中含有氢气、二氧化碳、一氧化碳以及未反应的甲醇和水蒸气，裂解气体自转化反应器132去往预热器130，在预热器130中与原料液换热后降低温度后去往冷凝器133，反应气体以及未反应的甲醇和水蒸气等经冷凝后去往裂解气水洗塔135，在裂解气水洗塔135中分离出裂解气体、水和甲醇混合物，水洗分离后的裂解气体进入裂解气缓冲罐136，在裂解气缓冲罐136暂存后进入吸收塔140，经吸收塔140分离二氧化碳后产出氢气，氢气进入所述氢气储罐142进行存储，未反应的水和甲醇通过疏水阀再进入原料液储罐128，吸收饱和的吸收液进入解析塔141降压解析后经吸收液循环泵143打回吸收塔140循环使用。 [0034] 本实施方案中，提出带有熔盐储能系统的甲醇水蒸气裂解制氢装置，该装置集成了熔盐储能、换热与甲醇水蒸气裂解制氢工艺，采用熔盐作为储能介质，以导热油作为载热介质进行甲醇水蒸气裂解制氢，利用光伏、风电的弃电或峰谷电价的差异实现能量的合理利用，降低制氢成本，在运行过程中不产生污染物，环境友好。系统具有运行稳定，制氢效率高，经济性高，可小型化的特征，可应用于分布式制氢系统。 [0035] 以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。

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