本发明涉及化工领域，具体是一种制备高纯度氢气的装置及方法。
背景技术：
1、氢气燃烧后产生的唯一废物是水，在燃烧过程中不会有任何的有害排放，是一种相对环保的能源选择，而在工业上一般采用蒸气重整法、部分氧化法等方法制得。
2、其中甲醇因为来源广泛且价格低廉，在成本上更具优势且甲醇蒸气重整法能够产生相对高纯的的氢气，因而在工业制氢领域多采用甲醇制氢，甲醇蒸气重整法制氢过程中会产生副产物二氧化碳以及少量的一氧化碳杂质，通常情况下对氢气进行提纯后剩余气体内的二氧化碳和一氧化碳会进行高温燃烧后全部形成二氧化碳并向外界排放，这不仅排放了温室气体也造成一部分一氧化碳不能完全与水蒸气反应生成氢气，导致原料的浪费，反应过程的效率有所降低。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，提供一种制备高纯度氢气的装置及方法，本技术方案解决了中间产物一氧化碳不能反应完全导致制氢效率降低以及副产物二氧化碳直接排放导致浪费的问题。
2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种制备高纯度氢气的装置，包括反应釜，所述反应釜的左侧固定连接有高压蒸汽炉，所述高压蒸汽炉的上方设有蒸气输出电磁阀，所述蒸气输出电磁阀安装在高压蒸汽炉的上方设置的管道的中部，所述高压蒸汽炉的上方通过管道连通有蒸气输出管，所述高压蒸汽炉的左侧连接有甲醇存储罐，所述甲醇存储罐的上方设有蒸发器，所述蒸发器通过连接管与甲醇存储罐连通，所述蒸发器的上方设有甲醇输出电磁阀，所述甲醇输出电磁阀安装在蒸发器的上方设置的管道的中部，所述蒸发器的上方通过管道连通有甲醇输出管，所述反应釜的右侧连接有冷凝器，所述冷凝器的下方连接有气液分离器，所述气液分离器的下方连接有储水箱，所述气液分离器的一侧连接有变压吸附单元，所述变压吸附单元的上方连接有提纯单元，所述提纯单元的一侧与冷凝器连接，所述提纯单元的右侧连接有二氧化碳吸附单元，所述二氧化碳吸附单元的一侧连通有原料回收管，所述原料回收管的另一端与反应釜的侧面连通，所述原料回收管的下方设有二氧化碳排出口，所述二氧化碳排出口与二氧化碳吸附单元连通，
4、其中，所述反应釜的内部设有若干甲醇蒸气排出管与水蒸气排出管，若干所述甲醇蒸气排出管的上端均与甲醇输出管连通，所述甲醇蒸气排出管的表面均匀开设有若干甲醇排出孔，若干所述水蒸气排出管的上端均与蒸气输出管连通，所述蒸气输出管与甲醇输出管的外侧包覆有保温棉，所述水蒸气排出管的表面均匀开设有若干水蒸气排出孔，所述反应釜的内部设有多个催化床，多个所述催化床的表面均开设有多个通气孔，所述反应釜的内部设有加热器。
5、优选的，所述冷凝器的内部设有冷凝管，所述冷凝管的上端延伸至反应釜的侧壁与反应釜连通，所述冷凝管的下端与气液分离器连通，所述冷凝管的下方出口处设有第一挡流板，所述第一挡流板的下方设有多个第二挡流板，所述气液分离器的一侧设有丝网，所述丝网的一端与气液分离器的侧壁固定连接，所述变压吸附单元的侧壁设有第三加压泵，所述第三加压泵的输入端通过连接管与气液分离器连通，所述变压吸附单元的顶部设有第四加压泵，所述第四加压泵的输出端通过连接管与提纯单元连通，所述变压吸附单元的内部填充有吸附剂，所述提纯单元的内部设有多个腔体隔板，所述腔体隔板将提纯单元的内部分隔为多个过滤腔，多个所述过滤腔的内部均设有氢气过滤膜，所述提纯单元的顶部连通有氢气排出管。
6、优选的，所述高压蒸汽炉的内部设有加热单元，所述加热单元与外部电路电性连接，所述高压蒸汽炉的顶部内壁设置有用于监测高压蒸汽炉内部温度的第二温度传感器，所述第二温度传感器的一侧设置有用于监测高压蒸汽炉内部压力的第二压力传感器。
7、优选的，所述甲醇存储罐的内部设有第一输送泵，所述第一输送泵的输出端通过连接管与蒸发管连通，所述蒸发管的外侧设有对其进行加热的加热管。
8、优选的，所述反应釜的侧壁设置有多个用于监测反应温度的第一温度传感器，所述反应釜的侧壁与底部设置有多个用于监测反应压力的第一压力传感器。
9、优选的，所述储水箱的内部安装有第二输送泵，所述第二输送泵的输出端通过连接管与冷凝水进水管连通，所述冷凝水进水管的另一端与冷凝器连通，所述冷凝器的内部设有储液腔，所述冷凝器的上方连通有冷凝水排出管，所述冷凝水排出管的另一端与储水箱连通，所述储水箱的两侧固定连接有多个散热鳍片。
10、优选的，多个所述第二挡流板为圆弧形设置，所述丝网的内部填充有干燥剂。
11、优选的，所述提纯单元的外侧设有第一加压泵，所述第一加压泵的输入端与底层过滤腔的上部连通，所述第一加压泵的输出端与中层过滤腔的下部连通，所述第一加压泵的上方设有第二加压泵，所述第二加压泵的输入端与中层过滤腔的上部连通，所述第二加压泵的输出端与顶层过滤腔的下部连通，所述过滤腔的下部均与气体输出管连通，所述气体输出管的入口处均设有止逆阀。
12、优选的，所述气体输出管延伸至二氧化碳吸附单元的底部，所述二氧化碳吸附单元的内部填充有分子筛。
13、如上所述的一种制备高纯度氢气的方法，包括如下步骤：
14、s1.启动第一输送泵和加热管将甲醇溶液送至蒸发管内并加热为气态，打开甲醇输出电磁阀将甲醇气体送至反应釜内；
15、s2.启动加热单元23对高压蒸汽炉内的水进行加热，由第二温度传感器和第二压力传感器监测内部温度和压力，打开蒸气输出电磁阀将蒸气送至反应釜内；
16、s3.气体甲醇与水蒸气在反应釜内的高温高压环境下与催化床上的催化剂催化下发生反应生成氢气、一氧化碳和二氧化碳，第一温度传感器和第一压力传感器对反应釜内部温度和压力进行监测，由加热器对反应釜内的温度进行调节，控制反应温度为250-300℃，反应压力为2-5mpa；
17、s4.反应后的混合气体进入冷凝器，第二输送泵将储水箱内的冷水通过冷凝水进水管送至冷凝器内对冷凝管进行冷却，热水经上方的冷凝水排出管送回储水箱内，在冷凝管内水蒸气液化，进入气液分离器后水经多个挡流板阻挡流入下方，氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合气体经过丝网内的干燥剂进一步干燥后进入变压吸附单元内，变压吸附单元进行加压使氢气被吸附在吸附剂上的孔洞内，未被吸附的混合气体进入提纯单元进一步进行提纯，变压吸附单元内进行减压将吸附的氢气释放，通过管道排出收集，进入提纯单元的混合气体在压力作用下其中的氢气先通过氢气过滤膜，过滤后的气体经过加压泵进入下一个过滤腔继续进行过滤提纯，提纯后的氢气经氢气排出管排出收集，其中一氧化碳和二氧化碳的混合气体经过气体输出管进入二氧化碳吸附单元，分子筛在压力作用下对二氧化碳吸附收集，少量一氧化碳通过原料回收管送至反应釜内继续反应，减少二氧化碳吸附单元内的压力后释放二氧化碳，通过二氧化碳排出口进行收集。
18、本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
19、1、设置有变压吸附单元和提纯单元对氢气进行多次提纯，制得的氢气纯度更高，变压吸附单元内部设有吸附剂，在混合气体进入后对其进行加压使吸附剂对氢气进行吸附，吸附完成后剩余气体进入提纯单元进一步进行过滤提纯，通过对变压吸附单元内部进行减压释放氢气并排出收集，提纯单元利用多级氢气过滤膜对氢气进行分离提纯，过滤提纯后的氢气纯度更高，同时过滤后的废气内部含有少量一氧化碳与大量二氧化碳，经过二氧化碳吸附单元内的分子筛在压力和吸附作用下对二氧化碳进行吸附收集后，一氧化碳通过原料回收管被送回反应釜内继续作为原料与水蒸气发生反应，副产物二氧化碳被分离收集，不仅提升了制氢的效率，也减少了副产物二氧化碳直接排放造成的危害，提高了经济效益。
20、2、反应釜内安装有多个温度传感器和压力传感器对反应过程的温度和压力进行精确的监测，使反应温度和压力保持在最佳范围，使制氢反应稳定高效。
1.一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：包括反应釜(1)，所述反应釜(1)的左侧固定连接有高压蒸汽炉(2)，所述高压蒸汽炉(2)的上方设有蒸气输出电磁阀(21)，所述蒸气输出电磁阀(21)安装在高压蒸汽炉(2)的上方设置的管道的中部，所述高压蒸汽炉(2)的上方通过管道连通有蒸气输出管(22)，所述高压蒸汽炉(2)的左侧连接有甲醇存储罐(3)，所述甲醇存储罐(3)的上方设有蒸发器(31)，所述蒸发器(31)通过连接管与甲醇存储罐(3)连通，所述蒸发器(31)的上方设有甲醇输出电磁阀(32)，所述甲醇输出电磁阀(32)安装在蒸发器(31)的上方设置的管道的中部，所述蒸发器(31)的上方通过管道连通有甲醇输出管(33)，所述反应釜(1)的右侧连接有冷凝器(4)，所述冷凝器(4)的下方连接有气液分离器(5)，所述气液分离器(5)的下方连接有储水箱(6)，所述气液分离器(5)的一侧连接有变压吸附单元(9)，所述变压吸附单元(9)的上方连接有提纯单元(7)，所述提纯单元(7)的一侧与冷凝器(4)连接，所述提纯单元(7)的右侧连接有二氧化碳吸附单元(8)，所述二氧化碳吸附单元(8)的一侧连通有原料回收管(81)，所述原料回收管(81)的另一端与反应釜(1)的侧面连通，所述原料回收管(81)的下方设有二氧化碳排出口(84)，所述二氧化碳排出口(84)与二氧化碳吸附单元(8)连通，
2.根据权利要求1所述的一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：所述冷凝器(4)的内部设有冷凝管(43)，所述冷凝管(43)的上端延伸至反应釜(1)的侧壁与反应釜(1)连通，所述冷凝管(43)的下端与气液分离器(5)连通，所述冷凝管(43)的下方出口处设有第一挡流板(51)，所述第一挡流板(51)的下方设有多个第二挡流板(52)，所述气液分离器(5)的一侧设有丝网(53)，所述丝网(53)的一端与气液分离器(5)的侧壁固定连接，所述变压吸附单元(9)的侧壁设有第三加压泵(91)，所述第三加压泵(91)的输入端通过连接管与气液分离器(5)连通，所述变压吸附单元(9)的顶部设有第四加压泵(92)，所述第四加压泵(92)的输出端通过连接管与提纯单元(7)连通，所述变压吸附单元(9)的内部填充有吸附剂，所述提纯单元(7)的内部设有多个腔体隔板(74)，所述腔体隔板(74)将提纯单元(7)的内部分隔为多个过滤腔(75)，多个所述过滤腔(75)的内部均设有氢气过滤膜(76)，所述提纯单元(7)的顶部连通有氢气排出管(73)。
3.根据权利要求1所述的一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：所述高压蒸汽炉(2)的内部设有加热单元(23)，所述加热单元(23)与外部电路电性连接，所述高压蒸汽炉(2)的顶部内壁设置有用于监测高压蒸汽炉(2)内部温度的第二温度传感器(24)，所述第二温度传感器(24)的一侧设置有用于监测高压蒸汽炉(2)内部压力的第二压力传感器(25)。
4.根据权利要求1所述的一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：所述甲醇存储罐(3)的内部设有第一输送泵(34)，所述第一输送泵(34)的输出端通过连接管与蒸发管(311)连通，所述蒸发管(311)的外侧设有对其进行加热的加热管(312)。
5.根据权利要求1所述的一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：所述反应釜(1)的侧壁设置有多个用于监测反应温度的第一温度传感器(14)，所述反应釜(1)的侧壁与底部设置有多个用于监测反应压力的第一压力传感器(15)。
6.根据权利要求1所述的一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：所述储水箱(6)的内部安装有第二输送泵(63)，所述第二输送泵(63)的输出端通过连接管与冷凝水进水管(61)连通，所述冷凝水进水管(61)的另一端与冷凝器(4)连通，所述冷凝器(4)的内部设有储液腔(42)，所述冷凝器(4)的上方连通有冷凝水排出管(41)，所述冷凝水排出管(41)的另一端与储水箱(6)连通，所述储水箱(6)的两侧固定连接有多个散热鳍片(62)。
7.根据权利要求2所述的一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：多个所述第二挡流板(52)为圆弧形设置，所述丝网(53)的内部填充有干燥剂。
8.根据权利要求1所述的一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：所述提纯单元(7)的外侧设有第一加压泵(71)，所述第一加压泵(71)的输入端与底层过滤腔(75)的上部连通，所述第一加压泵(71)的输出端与中层过滤腔(75)的下部连通，所述第一加压泵(71)的上方设有第二加压泵(72)，所述第二加压泵(72)的输入端与中层过滤腔(75)的上部连通，所述第二加压泵(72)的输出端与顶层过滤腔(75)的下部连通，所述过滤腔(75)的下部均与气体输出管(82)连通，所述气体输出管(82)的入口处均设有止逆阀。
9.根据权利要求8所述的一种制备高纯度氢气的装置，其特征在于：所述气体输出管(82)延伸至二氧化碳吸附单元(8)的底部，所述二氧化碳吸附单元(8)的内部填充有分子筛(83)。
10.根据权利要求1-8所述的一种制备高纯度氢气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
