【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制氢领域,特别涉及了一种封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统。
技术介绍
氢能及燃料电池技术是当今国际能源科技与产业开发的焦点内容之一。以燃料电池为基础的移动动力和分布式供能系统具有清洁、高效、灵活的特征,将为终端能源利用提供新的重要形式。然而要利用氢燃料电池为各种分布式能源系统提供动力,首先必须具有来源广泛、可靠且廉价的氢源。工业规模的煤和天然气制氢虽然技术成熟,但经过氢气压缩、储存及输运等环节将导致用氢终端价格大幅上升;同时现阶段氢能利用配套基础设施也未建立,因此规模制氢目前尚无法满足各种规模的燃料电池对分散氢源的需求。以醇类、烃类等化石燃料现场重整制氢供燃料电池发电被认为是近中期最现实的氢源解决方案之一。目前化石燃料现场制氢与燃料电池联用已经在不间断电源、家用热电联供系统以及分散电站等氢能应用领域获得了最先的市场机会。液体燃料甲醇由于具有能量密度高、重整温度低、不含硫、来源广泛、容易输运、补充和储存等特点,成为化石燃料现场制氢的首选燃料,利用其现场制氢不仅可以回避氢气储运成本过高及基础设施缺乏等瓶颈问题,同时可以充分展示氢燃料电池分布式发电的高度灵活性和供电安全性。特别是在未来输氢管网不能覆盖的地区以及军事领域,液体燃料现场制氢供燃料电池发电将发挥独特的优势。甲醇重整制氢反应中,主要有甲醇水蒸汽重整制氢(MSR),甲醇部分氧化催化重整制氢(POR)和甲醇自热催化重整制氢(ATR)三种方法,其中甲醇水蒸汽重整的化学反应方程式如下:CH3OH+H2O→CO2+3H2ΔH298=49.5kJ/ ...
【技术保护点】
一种封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,包括甲醇供应装置、液氧装置、二氧化碳储备装置、水储备装置和甲醇制氢装置系统;其中:甲醇制氢装置中包括制燃烧蒸发器、重整器、燃烧器、一氧化碳选择性氧化反应器以及其他辅助系统;燃烧器、重整器、蒸发器和一氧化碳选择性氧化反应器为模块化集成结构;甲醇供应装置、液氧装置和甲醇制氢装置的入口连通;二氧化碳储备装置、液态水储备装置分别和甲醇制氢的入口和出口连通。
【技术特征摘要】
1.一种封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,包括甲醇供应装置、液氧装置、二氧化碳储备装置、水储备装置和甲醇制氢装置系统;
其中:甲醇制氢装置中包括制燃烧蒸发器、重整器、燃烧器、一氧化碳选择性氧化反应器以及其他辅助系统;燃烧器、重整器、蒸发器和一氧化碳选择性氧化反应器为模块化集成结构;
甲醇供应装置、液氧装置和甲醇制氢装置的入口连通;二氧化碳储备装置、液态水储备装置分别和甲醇制氢的入口和出口连通。
2.按照权利要求1所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:其他辅助系统主要包括循环增压机、压缩机、净化器和氢气混合气体缓冲罐;蒸发器燃烧侧的出口气体经过冷却分离之后,一部分进入循环增压机,后进入CO选择性氧化反应器的进行预热,之后进入燃烧器;另一部分气体进入压缩机进行增压之后进入到二氧化碳储备装置;净化器和CO选择性氧化反应器的出口以及氢气混合气体缓冲罐相连。
3.按照权利要求1所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:燃烧器和重整器为耦合性匹配结构,两边分别由导热性的隔板隔开,其耦合形式可以是板翅式结构、套筒翅片式、金属蜂窝以及列管换热器式等一种或上述几种的组合体;耦合性的燃烧、重整器采用模块化的结构,相互之间采用法兰形式进行连接。
4.按照权利要求3所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:模块化的重整器侧包含甲醇水蒸汽重整催化剂。
5.按照权利要求3所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:模块化的燃烧器侧包含燃烧催化剂。
6.按照权利要求1所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:蒸发器内部由燃烧侧和甲醇水混合物流动侧组成,两边分别由导热性的隔板隔开,导热性隔板的形式可以是板翅式结构、套筒翅片式、列管翅片式金属蜂窝以及列管换热器式等一种或上述几种的组合体;其中优选板翅式结构、套筒翅片式、列管翅片式;蒸发器同样采用模块化的结构,相互之间以及和重整器之间主要采用法兰形式进行连接。
7.按照权利要求1所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:重整器和一氧化碳选择性氧化反应器之间设置一个换热器;换热器与循环压缩机的出口,重整器燃烧侧的进口、重整器重整侧的出口,CO选择性能氧化反应器的进口相连通。
8.按照权利要求1所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统,其特征在于:一氧化碳选择性氧化反应器的两侧由隔热板隔开;导热性隔板的形式可以是板翅式结构、套筒翅片式、列管翅片式、金属蜂窝以及列管换热器式等一种或上述几种的组合体;其中优选板翅式结构、套筒翅片式、列管翅片式;CO选择性氧化反应器采用模块化的结构,相互之间以及和其他换热器之间主要采用法兰形式进行连接。
9.一种采用权利要求1所述的封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统的制氢方法,其特征在于:
甲醇和水通过经过蒸发器气化之后,进入重整器反应得到重整气体,然后通过一氧化碳选择性氧化反应器进一步降低重整气中的一氧化碳浓度,最后通入燃料电池系统进行电化学反应;未反应的部分尾气、氧气和预热的二氧化碳混合进入燃烧器、蒸发器;系统生成的水、二氧化碳分别进入水储备装置和二氧化碳储备装置;
蒸发器燃烧侧的出口气体经过冷却分离之后,一部分进入循环增压机后进入一氧化碳选择性氧化反应器和换热器中进行预热,之后进入燃烧器;另一部分气体进入压缩机进行增压之后进入到二氧化碳储备装置;净化器主要是和一氧化碳选择性氧化反应器...
【专利技术属性】
技术研发人员:苏宏久,袁中山,王树东,倪长军,李德意,杨晓野,
申请(专利权)人:中国科学院大连化学物理研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁;21
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