一种基于催化燃烧的甲醇重整制氢系统及方法

技术领域

本发明涉及甲醇重整制氢技术领域，进一步地涉及一种基于催化燃烧的甲醇重整制氢系统及方法。

背景技术

氢能是一种来源广泛、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富的新型能源，具备可储运、可发电的独特优势，是实现可再生能源大规模、跨季节存储及运输的最佳方案之一。

甲醇的氢碳比最高，其液态存储和加注过程非常便捷，是重要的高密度储氢载体。甲醇重整制氢反应温度低，技术较为成熟。传统的甲醇重整制氢反应温度在200℃-300℃，常连接变压吸附设备来提纯氢气。但大多数采用孤立的预热、蒸发、重整及供热等模块，各个模块内使用的设备体积庞大，管线流程长，系统复杂。

而且传统的甲醇重整制氢供热常使用中间换热载体如导热油为反应提供热量，但导热油长期使用易裂解变质，存在安全隐患，使用导热油需要配备高温油泵、膨胀槽、导热油炉等设备，进一步造成系统复杂且占体积较大，不利于集成。同时，变压吸附设备布置的复杂程度高，且提纯氢气也需要较多吸附剂，综合限制了甲醇重整制氢小型化、有限空间场景的使用。

中国专利文献CN105152133A公开了一种用于燃料电池的在线高纯氢气制备系统及其控制方法，采用甲醇催化燃烧对整个系统供热，但是将重整反应器、汽化器和换热器进行分开布置，系统部件较多、设备管路复杂，散热损失较大，换热部件为管壳式换热器，传热传质性能较低，热响应速度慢，且未实现重整燃烧一体化以及提纯单元一体化。

中国专利文献CN112142004A公开了一种甲醇水重整反应制氢及提纯方法，其中将甲醇水换热、汽化、过热及重整等设备独立分开，且多采用管壳式方式，设备体积庞大；同时热源均采用电加热器形式，为满足变压吸附提纯方式，排热多被冷却，导致系统复杂、热损耗较大、能耗不高。

发明内容

针对现有技术中存在的甲醇重整制氢系统复杂、占用空间大、运行成本高等问题，本发明的目的在于提供一种基于催化燃烧的甲醇重整制氢系统及方法，该系统将预热器、汽化器、重整器集成为一体化重整装置，将富氢加热器、提纯设备和甲烷化设备集成为一体化提纯装置，大幅简化了设备体积及系统工艺流程；增设了为汽化器和重整器启动和运行提供燃烧原料的燃烧原料供应单元，利用燃烧原料燃烧生成的高温燃烧尾气来预热一体化提纯装置，并为预热器供热，同时将提纯出的尾气通入汽化器内，代替甲醇与氧化剂燃烧，为甲醇水汽化供热，极大地提高了能源利用率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于催化燃烧的甲醇重整制氢系统，包括一体化重整装置、一体化提纯装置、甲醇水原料供应单元和冷却器；所述一体化重整装置包括沿物料流动方向依次设置的预热器、汽化器和重整器；所述重整器内设有甲醇气重整区域，所述甲醇气重整区域设有重整气出口；所述汽化器内设有甲醇水汽化区域；所述预热器内设有甲醇水预热区域，所述甲醇水预热区域与所述甲醇水原料供应单元连通，所述甲醇水原料供应单元用于为所述预热器提供甲醇水原料；所述甲醇水预热区域、所述甲醇水汽化区域和所述甲醇气重整区域依次连通；所述一体化提纯装置包括沿物料流动方向依次设置的富氢气加热器、提纯设备和甲烷化设备；所述富氢气加热器设有第一富氢气入口和富氢气出口，所述第一富氢气入口与所述重整气出口连通；所述提纯设备设有第二富氢气入口和提纯氢气出口，所述第二富氢气入口与所述富氢气出口连接，所述提纯氢气出口与所述甲烷化设备的入口连通；所述冷却器设有提纯氢气入口，所述提纯氢气入口与所述甲烷化设备的出口连通。

一些技术方案中，该甲醇重整制氢系统还包括：燃烧原料供应单元，所述燃烧原料供应单元包括甲醇储罐和氧化剂储罐；所述冷却器还设有第三燃烧尾气入口；所述汽化器内还设有汽化加热区域，所述汽化加热区域设有第一燃烧原料入口和第一燃烧尾气出口，所述第一燃烧原料入口分别与所述甲醇储罐和所述氧化剂储罐连接；所述重整器内还设有重整加热区域，所述重整加热区域设有第二燃烧原料入口和第二燃烧尾气出口，所述第二燃烧原料入口分别与所述甲醇储罐和所述氧化剂储罐连接；所述富氢气加热器还设有第一预热尾气入口和第一预热尾气出口，所述第一预热尾气入口分别与所述第一燃烧尾气出口和第二燃烧尾气出口连通；所述提纯设备还设有第二预热尾气入口和第二预热尾气出口，所述第二预热尾气入口与所述第一预热尾气出口连通，所述第二预热尾气出口与所述第三燃烧尾气入口连通；所述预热器内还设有加热区域，所述加热区域设有第三预热尾气入口和第三预热尾气出口；所述第三预热尾气入口与所述第二预热尾气出口连通，用于利用高温的燃烧尾气预热甲醇水原料；所述第三预热尾气出口与所述第三燃烧尾气入口连通。

一些技术方案中，所述提纯设备还设有提纯尾气出口，所述汽化加热区域设有提纯尾气入口；所述提纯尾气出口与所述提纯尾气入口连通，用于向所述汽化加热区域提供与氧化剂进行燃烧的提纯尾气；所述提纯尾气出口与所述提纯尾气入口之间的管路上设有高温调节阀。

一些技术方案中，所述甲醇气重整区域设有甲醇气重整流道，所述甲醇气重整流道内设有重整催化剂；所述甲醇水汽化区域内设有甲醇水汽化流道。

一些技术方案中，所述重整加热区域和所述汽化加热区域均设有燃烧催化流道，所述燃烧催化流道内设有燃烧催化剂，所述燃烧催化剂用于催化甲醇与氧化剂进行燃烧。

一些技术方案中，所述富氢加热器还包括预热尾气加热盘管，所述预热尾气加热盘管环绕设置在所述提纯设备的外壁上，所述预热尾气加热盘管的入口与所述第一预热尾气出口连接，所述预热尾气加热盘管的出口与所述第三燃烧尾气入口连接，所述预热尾气加热盘管用于利用燃烧尾气的热量预热所述提纯设备。

一些技术方案中，所述冷却器还设有提纯氢气出口和第三燃烧尾气出口；所述甲醇重整制氢系统还包括：氢气背压阀和尾气背压阀，所述氢气背压阀与所述提纯氢气出口连通；所述尾气背压阀与所述第三燃烧尾气出口连通。

一些技术方案中，所述一体化重整装置和所述一体化提纯装置为一体结构，所述一体结构的外壁包覆保温材料。

本发明还提供了一种基于催化燃烧的甲醇重整制氢方法，应用于上述的甲醇重整制氢系统，其特征在于，包括：

S1、所述甲醇水供应单元向所述预热器内通入甲醇水原料，预热后的甲醇水原料进入所述汽化器进行汽化，随后进入所述重整器进行重整，得到富氢气；

S2、富氢气经所述富氢气加热器加热后，进入所述提纯设备进行提纯，得到提纯氢气，所述甲烷化设备脱除提纯氢气内的杂质后送入所述冷却器，经所述冷却器冷却后排入下游的用气装置。

一些技术方案中，所述甲醇重整制氢方法还包括：S3、提纯尾气进入所述汽化加热区域燃烧供热，所述汽化加热区域内和所述重整加热区域内产生的燃烧尾气，依次进入所述富氢气加热器、所述提纯设备和所述预热器中供热。

与现有技术相比，本发明所提供的基于催化燃烧的甲醇重整制氢系统具有以下有益效果：

1、本发明提供的甲醇重整制氢系统将预热器、汽化器、重整器集成为一体化重整装置，将富氢加热器、提纯设备和甲烷化设备集成为一体化提纯装置，大幅简化了设备体积及系统工艺流程；

2、本发明增设了为汽化器和重整器启动及运行提供燃烧原料的燃烧原料供应单元，燃烧原料燃烧生成的高温尾气进入一体化提纯装置，在甲醇重整制氢过程开始前预热富氢加热器和提纯设备，同时，一体化提纯装置预热完成后的燃烧尾气进入预热器，为预热器供热，极大地提高了燃烧尾气的热能利用率；

3、本发明中提纯设备提纯出的提纯尾气进入汽化器，代替甲醇与氧化剂燃烧放热，为甲醇水汽化供热，进一步提升系统整体的热能利用率；

4、本发明设置氢气背压阀和尾气背压阀，提纯氢气经氢气背压阀调节压力后排入下游用气装置，该氢气背压阀的调压范围是常压-2MPa，燃烧尾气经尾气背压阀调压后排出系统，该尾气背压阀的调压范围是常压-6MPa，能有效维持在排放燃烧尾气和提纯氢气时系统内部压力的稳定问题；

5、本发明将一体化重整装置和一体化提纯装置集成为一体，并在一体结构的外壁上包覆保温材料，解决了漏热量大，热能损失的问题，同时还减少了保温材料用量。

6、采用本发明提供的甲醇重整制氢系统能实现甲醇转化率＞98％，提纯效率60％—90％可调，氢气流量在1Nm

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明提供的基于催化燃烧的甲醇重整制氢系统的整体结构示意图；

图2为本发明提供的一体化重整装置的正视图；

图3为本发明提供的一体化重整装置的左视图；

图4为本发明提供的一体化重整装置的俯视图；

图5为本发明提供的交叉流道的结构示意图；

图6为本发明提供的一体化提纯单元的结构示意图。

附图标号说明：

1—预热器；101—甲醇水入口；102—第三预热尾气入口；103—第三预热尾气出口；

2—汽化器；201—第一氧化剂供料入口；202—第一甲醇供料入口；203—第一燃烧尾气出口；204—提纯尾气入口；

3—重整器；301—第二氧化剂供料入口；302—第二甲醇供料入口；303—重整气出口；304—第二燃烧尾气出口；

4—富氢气加热器；401—第一富氢气入口；402—第一预热尾气入口；403—富氢气出口；404—第一预热尾气出口；405—预热尾气加热盘管；406—燃烧尾气盘管入口；407—燃烧尾气盘管出口；

5—提纯设备；501—提纯尾气出口；502—第二预热尾气出口；503—第二富氢气入口；504—提纯氢气出口；

6—甲烷化设备；

7—冷却器；701—提纯氢气入口；702—提纯氢气出口；703—第三燃烧尾气入口；704—第三燃烧尾气出口；705—氢气背压阀；706—尾气背压阀；

8—甲醇水储罐；9—甲醇水泵；

10—甲醇储罐；11—甲醇泵；12—第一甲醇供料阀门；13—第二甲醇供料阀门；

14—氧化剂储罐；15—氧化剂泵；16—第一氧化剂供料阀门；17—第二氧化剂供料阀门；

18—高温调节阀；

19—燃烧催化流道；20—加热流道；21—甲醇气重整流道；22—隔板；23—交叉型流道。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种基于催化燃烧的甲醇重整制氢系统，包括一体化重整装置、一体化提纯装置、甲醇水原料供应单元和冷却器7。

其中甲醇水原料供应单元包括甲醇水储罐8和甲醇水泵9。

一体化重整装置包括沿物料流动方向依次设置的预热器1、汽化器2和重整器3。

预热器1的内部设有甲醇水预热区域和加热区域，甲醇水预热区域与甲醇水原料供应单元连通，更具体的，甲醇水预热区域设有甲醇水入口101，甲醇水储罐8、甲醇水泵和甲醇水入口101依次连接，将甲醇水原料供应至醇水预热区域内，利用加热区域的热量对甲醇水原料进行预热。

汽化器2的内部设有甲醇水汽化区域和汽化加热区域，汽化加热区域用于为甲醇水汽化区域提供热能。

重整器3内设有甲醇气重整区域和重整加热区域，甲醇气重整区域设有重整气出口303，重整加热区域用于为甲醇气重整区域提供热能。

上述的甲醇水预热区域、甲醇水汽化区域和甲醇气重整区域依次连通构成甲醇水重整流程，具体的过程为：甲醇水储罐8内的甲醇水原料经甲醇水泵9泵入甲醇水预热区域，经预热后进入甲醇水汽化区域进行汽化，形成气态的甲醇(为方便表述，下面简称为甲醇气)，随后进入甲醇气重整区域进行重整，得到重整气，此处的重整气是富氢气，最终从重整气出口303排出一体化重整装置。

一体化提纯装置包括沿物料流动方向依次设置的富氢气加热器4、提纯设备5和甲烷化设备6。

其中，富氢气加热器4设有第一富氢气入口401和富氢气出口403，第一富氢气入口401与重整气出口303连通，从一体化重整装置排出的重整气(富氢气)从第一富氢气入口401进入富氢气加热器4内进行加热。

提纯设备5设有第二富氢气入口503和提纯氢气出口504，第二富氢气入口503与富氢气出口403连接，经富氢气加热器4加热至提纯工作温度后的富氢气进入提纯设备5进行提纯，生成提纯尾气和提纯氢气；而提纯氢气出口与甲烷化设备6的入口连通，提纯氢气进入甲烷化设备6内，甲烷化设备6用于除去提纯氢气内的CO等杂质。

冷却器7设有提纯氢气入口701和提纯氢气出口702，提纯氢气入口701与甲烷化设备6的出口连通，经甲烷化设备6处理后的提纯氢气从提纯氢气入口701进入冷却器7，进行冷却后可通过提纯氢气出口702传输至下游的用气装置。

更优选的，还设有氢气背压阀705，提纯氢气出口702与氢气背压阀705依次连接，氢气背压阀705用于调节输送至下游用气装置的提纯氢气的压力，氢气背压阀705采用电磁阀开关控制。

综上，上述的一体化重整装置、一体化提纯装置、甲醇水原料供应单元和冷却器7构成了甲醇重整制氢流程，具体的过程为：

甲醇水储罐8内的甲醇水原料经甲醇水泵9泵入预热器1的甲醇水预热区域，经预热后进入汽化器2的甲醇水汽化区域内，在高温下被汽化为甲醇气，随后进入重整器3内的甲醇气重整区域进行重整，重整得到的富氢气从重整气出口303流入富氢气加热器4的第一富氢气入口401，即进入富氢气加热器4进行加热后，从富氢气加热器4的富氢气出口403流入提纯设备5的第二富氢气入口503，在提纯设备5内进行提纯，生成的提纯氢气由提纯氢气出口504进入甲烷化设备6的入口，在甲烷化装置6内脱除CO等杂质后，由甲烷化设备6的出口进入冷却器7的提纯氢气入口701，经冷却器7冷却后的提纯氢气经提纯氢气出口702排出，经氢气背压阀705调节压力后排入下游的用气装置。

上述的一体化重整单元中重整器3、汽化器2和预热器1集成一体，一体化提纯单元中富氢气加热器4、提纯设备5和甲烷化设备6集成一体，一体化重整单元和一体化提纯单元均由板式或板翅式结构组成，更优选的是由交叉型板式或板翅式换热单元组成。

在一些实施方式中，将上述的一体化重整装置和一体化提纯装置集成于一体，形成一体结构，并在一体结构的外壁包覆保温材料，做成热盒结构，减少热损耗，节省保温材料用量。

采用该醇重整制氢系统能实现甲醇转化率＞98％，提纯效率60％—90％可调，氢气流量在1Nm

实施例2

在实施例1的基础上，如图1所示，该甲醇重整制氢系统还包括燃烧原料供应单元，燃烧原料供应单元包括甲醇储罐10和氧化剂储罐14，氧化剂储罐14内储存的氧化剂优选为空气或纯氧。

上述汽化器2的汽化加热区域还设有第一燃烧原料入口和第一燃烧尾气出口203，第一燃烧原料入口分别与甲醇储罐10和氧化剂储罐14连接，更优选的是，第一燃烧原料入口可以是在汽化加热区域设置的第一氧化剂供料入口201和第一甲醇供料入口202，第一氧化剂供料入口201与氧化剂储罐14连接，第一甲醇供料入口202与甲醇储罐10连接。

上述重整器3的重整加热区域还设有第二燃烧原料入口和第二燃烧尾气出口304，第二燃烧原料入口分别与甲醇储罐10和氧化剂储罐14连接，更优选的是，第二燃烧原料入口可以是在重整加热区域设置的第二氧化剂供料入口301和第二甲醇供料入口302，第二氧化剂供料入口301与氧化剂储罐14连接，第二甲醇供料入口302与甲醇储罐10连接。

具体的过程为：甲醇储罐10通过第一甲醇供料入口202向汽化加热区域内通入甲醇，氧化剂储罐14通过第一氧化剂供料入口201向汽化加热区域内通入氧化剂，甲醇和氧化剂在汽化加热区域内进行燃烧放热，为甲醇水汽化区域提供甲醇水汽化所需的热能。

甲醇储罐10通过第二甲醇供料入口302向重整加热区域内通入甲醇，氧化剂储罐14通过第二氧化剂供料入口301向重整加热区域内通入氧化剂，甲醇和氧化剂在重整加热区域内进行燃烧放热，为甲醇气重整区域提供甲醇水汽化所需的热能。

在一些实施方式中，该燃烧原料供应单元还设有甲醇泵11和氧化剂泵15，甲醇泵11用于为送入汽化加热区域和重整加热区域内的甲醇提供动力，氧化剂泵15用于为送入汽化加热区域和重整加热区域内的氧化剂提供动力。

在一些实施方式中，该燃烧原料供应单元还包括第一甲醇供料阀门12、第二甲醇供料阀门13、第一氧化剂供料阀门16和第二氧化剂供料阀门17。

具体的，第一甲醇工料阀门12设置在甲醇储罐10和第二甲醇供料入口302之间的管路上，用于控制送入重整加热区域内的甲醇量；第二甲醇工料阀门13设置在甲醇储罐10和第一甲醇供料入口202之间的管路上，用于控制送入汽化加热区域内的甲醇量。

第一氧化剂供料阀门16设置在氧化剂储罐14与第二氧化剂供料入口301之间的管路上，用于控制送入重整加热区域内的氧化剂量；第二氧化剂供料阀门17设置在氧化剂储罐14与第一氧化剂供料入口201之间的管路上，用于控制送入汽化加热区域内的氧化剂量。

在一些实施方式中，冷却器7还设有第三燃烧尾气入口703和第三燃烧尾气出口704。

富氢气加热器4还设有第一预热尾气入口402和第一预热尾气出口404，第一预热尾气入口402分别与汽化加热区域的第一燃烧尾气出口203和重整加热区域的第二燃烧尾气出口304连通。在汽化加热区域内甲醇和氧化剂燃烧产生的燃烧尾气依次经第一燃烧尾气出口203和第一预热尾气入口402进入富氢气加热器4，同时，在重整加热区域甲醇和氧化剂燃烧产生的燃烧尾气依次经第二燃烧尾气出口304和第一预热尾气入口402进入富氢气加热器4，利用燃烧尾气与富氢气加热器4进行预热。

提纯设备5还设有第二预热尾气入口和第二预热尾气出口502，第二预热尾气入口与富氢气加热器4的第一预热尾气出口404连通，燃烧尾气预热富氢气加热器4后，依次经第一预热尾气出口404和第二预热尾气入口进入提纯设备5，燃烧尾气对提纯设备5进行预热。

而提纯设备5的第二预热尾气出口502与冷却器7的第三燃烧尾气入口703连通，预热后的提纯设备5将燃烧尾气从第二预热尾气出口502排出，经第三燃烧尾气入口703进入冷却器7，经冷却后从冷却器7的第三燃烧尾气出口704排出。

在一些实施方式中，该甲醇重整制氢系统还设有尾气背压阀706，第三燃烧尾气出口704与尾气背压阀706依次连接，用于调节第三燃烧尾气出口704排出的燃烧尾气的压力，尾气背压阀706采用电磁阀开关控制。

在一些实施方式中，冷却器7可采用板式、板翅式等三股流换热器，两股气体分别为从第三燃烧尾气入口703进入的提纯尾气和从提纯氢气入口进入的高纯氢气，冷却介质可采用冷却水和乙二醇水等介质。

本系统还设有预热流程，具体的过程为：在正式开启甲醇重整制氢流程之前，先开启甲醇泵11和氧化剂泵15，甲醇储罐10和氧化剂储罐14分别向汽化器2的汽化加热区域和重整器3的重整加热区域通入甲醇和氧化剂，汽化加热区域内和重整加热区域内均发生甲醇和氧化剂燃烧过程，燃烧产生燃烧尾气，并释放大量的热能，以分别对汽化器2的甲醇水汽化区域和重整器3的甲醇气重整区域进行预热。

随后，汽化加热区域内和重整加热区域内产生的燃烧尾气分别经第一燃烧尾气出口203和第二燃烧尾气出口304进入第一预热尾气入口402，高温的燃烧尾气的对富氢气加热器4进行预热。

富氢气加热器4预热后，燃烧尾气经第一预热尾气出口、第二预热尾气入口进入提纯设备5，对提纯设备5进行预热，再由第二预热尾气出口502排出，经第三燃烧尾气入口703进入冷却器7，冷却后的燃烧尾气经第三燃烧尾气出口704和尾气排压阀18排出系统。

完成预热流程后，即可开启正式的甲醇重整制氢流程。

实施例3

在实施例1和实施例2的基础上，预热器1的加热区域设有第三预热尾气入口102和第三预热尾气出口103。

具体的，第三预热尾气入口102与提纯设备5的第二预热尾气出口502连通，提纯设备5预热后的燃烧尾气经第二预热尾气出口502进入第三预热尾气入口102，利用燃烧尾气的热量预热预热器1的加热区域。

而第三预热尾气出口103与冷却器7的第三燃烧尾气入口703连通，燃烧尾气对加热区域进行预热后排入冷却器7，经冷却后依次经第三燃烧尾气出口704、尾气背压阀706排出系统。

实施例4

在上述实施例1-3的基础上，提纯设备5还设有提纯尾气出口501，汽化器2的汽化加热区域设有提纯尾气入口204，提纯尾气出口501与提纯尾气入口204连通，在甲醇重整制氢流程进行中，富氢气经提纯设备5提纯后生成提纯氢气和提纯尾气，提纯氢气进入甲烷化设备6，而提纯尾气从提纯尾气出口501排出，由提纯尾气入口204进入汽化加热区域，与氧化剂进行燃烧，释放热量。

在一些实施方式中，提纯尾气出口501与提纯尾气入口204之间的管路上设有高温调节阀18。

在预热流程进行时，通过调节第二甲醇供料阀门13和第二氧化剂供料阀门17来调节进入汽化加热区域内的甲醇量和氧化剂量，进行燃烧放热，以预热甲醇水汽化区域达到汽化的反应温度。

在甲醇重整制氢流程进行过程中，采用高温调节阀18调节提纯尾气进入汽化加热区域内，此时可关闭第二甲醇供料阀门13，第二氧化剂供料阀门17保持开启，持续供给氧化剂，利用提纯尾气和氧化剂燃烧放热，为甲醇水汽化区域的甲醇水汽化供应热能。

第一燃烧尾气出口203的管路和第二燃烧尾气出口304的管路合并为一路，即汽化加热区域内提纯尾气和氧化剂燃烧产生的燃烧尾气与重整加热区域内的燃烧尾气合并为一路后，从第一预热尾气入口402一同进入富氢气加热器4进行预热。

进一步的，高温调节阀18采用高温高压密封形式，选用电动执行结构，能够实现反向流动系数/正向流动系数＜0.05％，同时还能调节提纯尾气的前后压差，实现对汽化器2内甲醇水汽化区域和汽化加热区域之间的压差调节。

实施例5

在实施例1-4的基础上，如图2至图5所示，在重整器3内，甲醇气重整区域设有甲醇气重整流道21，在甲醇气重整流道21内设有重整催化剂，优选的，重整催化剂布置在甲醇气重整流道21中，可采用涂覆或整体填充形式。

重整催化剂可采用铜基、镍基和贵金属Pt或Pd形式，主要用于催化甲醇气进行重整反应，在高温环境下，甲醇气在重整催化剂的作用下重整生成富氢气。

而重整加热区域设有燃烧催化流道19，燃烧催化流道19内设有燃烧催化剂，优选的，燃烧催化剂布置在燃烧催化流道19中，可采用涂覆或整体填充形式。

燃烧催化剂可采用镍基和贵金属形式，主要用于催化甲醇与氧化剂进行燃烧放热。

上述的甲醇气重整流道21和燃烧催化流道19通过隔板22隔开。

在汽化器2内，甲醇水汽化区域设有甲醇水汽化流道，主要用于汽化甲醇水原料。

汽化加热区域设有燃烧催化流道19，燃烧催化流道19内有燃烧催化剂，上述的燃烧催化流道19和燃烧催化剂与重整加热区域的燃烧催化流道19和燃烧催化流道内相同，此处不再赘述。

上述的甲醇水汽化流道和燃烧催化流道19通过隔板22隔开。

在预热器1中，甲醇水预热区域设有甲醇水流道，甲醇水流道504主要用来预热从甲醇水泵9增压来的甲醇水原料。

而加热区域设有加热流道20，加热流道20主要用于利用从一体化提纯装置排出的燃烧尾气来预热甲醇水流道。

上述的甲醇水流道和加热流道20内不填充催化剂，且两个流道通过隔板22隔开。

上述的甲醇气重整流道21、燃烧催化流道19、甲醇水汽化流道、甲醇水流道和加热流道20优选采用交叉型流道23，可采用平直型、锯齿型、多孔型及波纹型流道等。

实施例6

在实施例1-5的基础上，如图6所示，本实施例提供一种富氢加热器4与提纯设备5的一种组合方式，具体的：富氢加热器4还包括预热尾气加热盘管405，预热尾气加热盘管405环绕设置在提纯设备5的外壁上，预热尾气加热盘管405具有燃烧尾气盘管入口406和燃烧尾气盘管出口407，用于利用燃烧尾气的热量预热提纯设备6。

在上述的实施方式中，富氢加热器4保留第一预热尾气出口404，但取消提纯设备5的第二预热尾气入口和第二预热尾气出口502，即燃烧尾气不进入提纯设备5进行预热。

预热尾气加热盘管的入口406与富氢加热器4的第一预热尾气出口404连接，预热尾气加热盘管的出口407直接与冷却器7的第三燃烧尾气入口703连接，或是直接与预热器1内加热区域的第三预热尾气入口102连接，燃烧尾气进入加热区域。

综上，在本实施例中，通过在提纯设备5外壁上设置环绕的预热尾气加热盘管405，燃烧尾气在预热富气加热器4后直接进入预热尾气加热盘管405对提纯设备进行预热。

在甲醇重整制氢流程进行过程中，重整气从第一富氢气入口401进入富氢加热器4内，被加热至提纯工作温度后，从富氢气出口403送入第二富氢气入口503，高温的富氢气在提纯设备5中进行提纯，提纯氢气从提纯氢气出口504排入甲烷化设备6，而提纯尾气从提纯尾气出口501排出。

实施例7

本实施例提供使用实施例1-6中所述的甲醇重整制氢系统的甲醇重整制氢方法，具体步骤包括：

S1、甲醇水供应单元向甲醇水预热区域通入甲醇水原料，预热后的甲醇水原料进入甲醇水汽化区域进行汽化，随后进入甲醇气重整区域进行重整，得到富氢气。

S2、富氢气经富氢气加热器4加热后，进入提纯设备5进行提纯，得到提纯氢气和提纯尾气，甲烷化设备6脱除提纯氢气内的杂质后送入冷却器7，经冷却器7冷却后排入下游的用气装置。

需要说明的是，冷却后的提纯氢气经氢气背压阀705调压后排入下游的用气装置。

S3、提纯尾气进入汽化加热区域燃烧供热，汽化加热区域内和重整加热区域内产生的燃烧尾气依次进入富氢气加热器4、提纯设备5和预热器1中供热。

优选的，汽化加热区域和重整加热区域内产生的燃烧尾气合并为一路后进入富氢气加热器4中供热。

更优选的，燃烧尾气在预热富气加热器4后进入预热尾气加热盘管405对提纯设备5进行预热。

综上，提纯尾气进入汽化加热区域与氧化剂燃烧，产生的高温尾气可预热富氢气加热器4和提纯设备5，并为预热器1供热，提高了整体热能利用率，减少了燃烧原料甲醇的用量。

下面结合具体实施例来说明本发明提供的甲醇重整制氢系统：

实施例8在实施例1-7的基础上，本实施例提供的甲醇重整制氢系统中，氧化剂供给为高压纯氧，并应用于高压排放。

如图1所示，在先开始预热流程：甲醇经甲醇泵11增压达到2.5MPa后，通过第一甲醇供料阀门12和第二甲醇供料阀门13调节流量后分别进入重整器3的重整加热区域和汽化器2的汽化加热区域，高压纯氧(压力＞2.5MPa)经第一氧化剂供料阀门16和第二氧化剂供料阀门17调节流量(压力约2.5MPa)后进入重整加热区域，甲醇和高压纯氧燃烧释放热量加热一体化重整装置达到反应温度，而燃烧尾气依次流经富氢气加热器601和提纯装置602预热整个一体化提纯装置；而后，燃烧尾气依次流经预热器1的加热区域和冷却器7，最终经尾气背压阀706调压(约2.5MPa)后排出。

其次，在一体化重整装置和一体化提纯装置达到反应温度时，开启甲醇重整流程，甲醇水经甲醇水泵9增压后达到工作压力(2.6MPa～6MPa)，进入预热器1的甲醇水预热区域进行预热，随后进入汽化器2的甲醇水汽化区域内汽化成甲醇气，达到工作温度210℃～280℃后，甲醇气进入重整器3的甲醇气重整区域中进行反应，生成重整气，即富氢气。然后，富氢气进入富氢加热器4加热达到提纯工作温度(350℃～450℃)后进入提纯设备5进行提纯，分为两路，一路获得提纯氢气，并进入甲烷化设备6进行除杂，再经冷却器7冷却后，经由氢气背压阀705调压后排出；另一路的提纯尾气经高温调节阀18调压后(达到高压纯氧的压力，约2.5MPa)，进入汽化器2的汽化加热区域中，混合氧化剂燃烧释放热量为甲醇水汽化供热，此时关闭第二甲醇供料阀门13，停止向汽化加热区域内通入甲醇。而重整器3的仍由甲醇和氧化剂供热。

而后，汽化器2及重整器3产生的燃烧尾气经第一预热尾气入口402进入富氢加热器4为富氢气加热，而后进入预热尾气加热盘管405继续预热提纯设备5，并进入预热器1的加热区域预热甲醇水，此处的预热过程可看做在甲醇重整流程中对燃料尾气热能的进一步利用，燃烧尾气最后经冷却器7排出冷却后，由尾气背压阀9调压排出。

当氧化剂供给为高压纯氧并应用于高压排放时，甲醇增压后的压力需和高压纯氧的压力(常压-6MPa)保持一致。

与此同时，甲醇水增压后的压力需略高于汽化加热区域内的压力以及重整加热区域内的压力。

实施例9

在上述实施例的基础上，本实施例提供的甲醇重整制氢系统中，氧化剂供给为常压空气，并应用于常压排放。

与实施例8的不同之处在于：当氧化剂供给为常压空气时，氧化剂泵15优选为空压机，常压空气经空压机增压后进入重整器3和汽化器2中，甲醇经甲醇泵11增压后达到空气机的出口压力，即空气增压后的压力与甲醇增压后的压力保持一致。

甲醇水增压后的压力与实施例8相同，仍然采用实施例8中所述的高压，但同样能大幅度提高提纯设备5的提纯效率，提纯尾气减压后进入汽化器2中和空气混合燃烧，提纯尾气减压后的压力和空气增压后的压力保持一致。

其他操作步骤与实施例8相同所述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。