一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置。所述装置使用天然气或城市燃气为原料，先利用重整制得CO、H2与CO2的混合气，再经过高温变换、低温变换、选择性氧化或选择性甲烷化过程去除CO至＜10ppm，再作为质子交换膜燃料电池向外供电，过程中的热量进行梯级利用，梯级加热原料气、梯级加热冷却水，并把热水经过热水溴化锂吸收式制冷装置后向外供冷，经过利用后的热水再用于供生活用热水。本实用新型专利技术装置整体具有工艺先进、空间布局紧凑合理、燃料效率高、热量回收利用效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置
本技术涉及一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置，属于以城市燃气或天然气为原料的燃料电池分布式发电及热电冷三联供领域。
技术介绍
氢能具有热值高、无污染的优点，是一种优越、清洁、高效的新能源。目前的制氢技术主要有天然气制氢、核能制氢、太阳能制氢、生物质制氢等方式，世界上有90％的氢气是以天然气为原料实现的，通过天然气水蒸气重整制氢或部分氧化制氢获得氢资源。而氢气的燃料电池技术是利用氢能解决能源危机的终极方案。燃料电池热电联供技术适用于分布式发电和中小微型应用的场合。目前质子交换膜燃料电池技术已经很成熟，功率等级已达到兆瓦级，与城市燃气或天然气制氢的结合将有广泛的应用前景。以城市燃气或天然气为原料的家庭用燃料电池热电联供技术有利于提高能源利用效率，减少CO2、NOx、SOx等温室气体和污染物的排放。这种热电联供技术重要基于天然气或城市燃气制氢与燃料电池系统的结合，目前在日本和美国已经有应用案例，发展迅速，而我国尚无类似的工业化产品，开发适合于我国家庭热电使用特点的热电联供技术迫在眉睫，借助广大农村地区“煤改气”的发展机遇，实现家庭的热电联供，有利于解决散煤燃烧带来的大气污染。目前，国内关于天然气分布式发电和天然气制氢的技术报道如下：专利申请CN104917205A提供一种基于天然气分布式能源和水源热泵的联合供能系统，属于能源供应
，包括电力供应系统和冷热供应系统，所述电力供应系统包括变配电系统,所述变配电系统连接有发电机组和市电，所述发电机组和市电均能单独为所述变配电系统供电，所述冷热供应系统包括电制冷机组和水源热泵机组，所述电制冷机组能单独为用户供冷，所述水源热泵机组能单独为用户供冷或者供热，所述电制冷机组和水源热泵机组分别与所述变配电系统连接。专利申请CN203412636U公开了一种结合液化天然气冷能利用的天然气分布式能源利用系统。它包括液化天然气增压泵、液化天然气换热器、低温透平膨胀机、燃气轮机和烟气余热溴化锂冷暖机；液化天然气增压泵的出口端与液化天然气换热器相连通,从液化天然气换热器延伸出，之后与低温透平膨胀机相连通；所述低温透平膨胀机与一发电机相连接；低温透平膨胀机还通过一管路与所述液化天然气换热器相连通,从液化天然气换热器延伸出，之后与燃气轮机相连通；燃气轮机分别与烟气余热溴化锂冷暖机和一发电机相连接。本技术考虑到了液化天然气含有的大量可利用冷能，通过回收利用可以将部分冷能转化为电能，可获得高品质冷源，同时可以为不同温度等级的冷库提供冷量以及空调制冷。专利申请CN106150679A涉及一种医院天然气分布式供能系统。该系统包括内燃机、烟气热水型溴化锂制冷制热两用机组、烟气热水换热器、热水储存罐和三通调节阀,内燃机连接有天然气管道、缸套水管道、烟气管道和中冷水管道，缸套水管道还与烟气热水型溴化锂制冷制热两用机组连接，烟气管道还通过三通调节阀分别与烟气热水型溴化锂制冷制热两用机组、烟气热水换热器连接，烟气热水换热器与热水储存罐连接，中冷水管道还与热水储存罐连接。专利申请CN205536305U涉及一种楼宇式分布式能源站供冷系统。目前还没有一种减少夏季楼宇式分布式能源对大电网压力的楼宇式分布式能源站供冷系统。本技术内燃机排烟管的一端和燃气内燃机连接，另一端和烟气热水型溴化锂机组连接,其特点是：燃气内燃机和板式换热器之间通过内燃机缸套水出水管和内燃机缸套水回水管连接，烟气热水型溴化锂机组和板式换热器之间通过板式换热器高温热源水出水管和板式换热器高温热源水回水管连接，太阳能热水系统高温热源水出水管的一端和太阳能热水系统连接，另一端和板式换热器高温热源水出水管连接，太阳能热水系统高温热源水回水管的一端和太阳能热水系统连接。本技术减少夏季楼宇式分布式能源对大电网的压力。技术CN205135790U公开了一种分布式能源系统,涉及能源
，用于在生物质产量较低的季节，保证分布式能源系统能够为用电设备提供充沛的电能。该分布式能源系统包括内燃机和发电机，其中，所述发电机分别与用电设备、所述内燃机连接,所述分布式能源系统还包括储气装置，所述储气装置包括相互隔离的第一腔体和第二腔体，其中，所述第一腔体与所述内燃机的进气口连通，用于向所述内燃机提供生物质气，所述第二腔体与所述内燃机的进气口连通，用于向所述内燃机提供天然气。专利申请CN205641306U公开了一种天然气分布式能源余热回收系统，天然气分布式能源余热回收装置通过管路与散热器连接，散热器通过管路与水冷/暖空调连接，水冷/暖空调通过管路与天然气分布式能源余热回收装置连接。散热器形状、大小可调,使用安装灵活,在一些小空间可根据采暖标准自定义设定；散热器+水冷/暖空调的结合，相对于常规使用模式，降低了投资成本及运行成本。专利申请CN104901412A提供了一种基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，属于能源供应
，包括电力供应系统和冷热供应系统，所述电力供应系统包括变配电系统，所述变配电系统连接有发电机组和市电，所述发电机组和市电均能单独为所述变配电系统供电，所述冷热供应系统包括空调制冷机组和地源热泵机组，所述空调制冷机组能单独为用户供冷，所述地源热泵机组能单独为用户供冷或者供热，所述空调制冷机组和地源热泵机组分别与所述变配电系统连接。综上所述，以上公开的联合供能系统很少能适用于建筑物热电冷联供需要，或者不太适用于建筑用能负荷波动、热电冷负荷匹配和移动便利性等方面的要求。因此，需要开发一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置，可以用于如医院、超市、学校、办公楼、住宅等中小型建筑分布式热电冷三联供，也可用做不可间断电源(UPS)，同时也可以作为LNG接收站处理蒸发气(BOG)为站内联供冷、热、电的装置本技术天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置，使用天然气或城市燃气为原料，先利用重整制得CO、H2与CO2的混合气，再经过高温变换、低温变换、选择性氧化或选择性甲烷化过程去除CO至＜10ppm，再作为质子交换膜燃料电池向外供电，过程中的热量进行梯级利用，梯级加热原料气、梯级加热冷却水，并把热水经过溴化锂吸收式制冷装置后向外供冷，经过利用后的热水再用于供生活用热水。本技术提供的天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置，包括水蒸气重整器、高温CO变换和低温CO变换反应器、CO选择性氧化反应器/CO选择性甲烷化反应器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、第六换热器、燃烧器、吸收式冷水机组和质子交换膜燃料电池；气体管路依次与所述第三换热器的管程、第二换热器的管程和第一换热器的管程相连通，所述第一换热器的管程出口依次与所述燃烧器和所述水蒸气重整器相连通，所述水蒸气重整器的气体出口依次与所述第一换热器的壳程、所述第四换热器的壳程、所述高温CO变换和低温CO变换反应器、所述第二换热器的壳程、所述第五换热器的壳程、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置，包括水蒸气重整器、高温CO变换和低温CO变换反应器、CO选择性氧化反应器/CO选择性甲烷化反应器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、第六换热器、燃烧器、吸收式冷水机组和质子交换膜燃料电池；气体管路依次与所述第三换热器的管程、第二换热器的管程和第一换热器的管程相连通，所述第一换热器的管程出口依次与所述燃烧器和所述水蒸气重整器相连通，所述水蒸气重整器的气体出口依次与所述第一换热器的壳程、所述第四换热器的壳程、所述高温CO变换和低温CO变换反应器、所述第二换热器的壳程、所述第五换热器的壳程、所述CO选择性氧化反应器/CO选择性甲烷化反应器、所述第三换热器的壳程和所述第六换热器的壳程相连通，所述第六换热器的壳程出口与所述质子交换膜燃料电池相连通；所述质子交换膜燃料电池的出水口与热水储罐相连通；所述质子交换膜燃料电池的尾气出口与所述燃烧器的原料入口相连通；所述气体管路上设有压缩机，所述压缩机的入口连通城市燃气或天然气与空气的混合物的输入管路，所述压缩机的出口处连通水蒸气入口管路；冷却水管路依次与所述第六换热器、第五换热器和第四换热器的管程相连通，所述第四换热器的管程出口与所述吸收式冷水机组相连通，所述吸收式冷水机组的热水出口与所述热水储罐相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置，包括水蒸气重整器、高温CO变换和低温CO变换反应器、CO选择性氧化反应器/CO选择性甲烷化反应器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、第六换热器、燃烧器、吸收式冷水机组和质子交换膜燃料电池；气体管路依次与所述第三换热器的管程、第二换热器的管程和第一换热器的管程相连通，所述第一换热器的管程出口依次与所述燃烧器和所述水蒸气重整器相连通，所述水蒸气重整器的气体出口依次与所述第一换热器的壳程、所述第四换热器的壳程、所述高温CO变换和低温CO变换反应器、所述第二换热器的壳程、所述第五换热器的壳程、所述CO选择性氧化反应器/CO选择性甲烷化反应器、所述第三换热器的壳程和所述第六换热器的壳程相连通，所述第六换热器的壳程出口与所述质子交换膜燃料电池相连通；所述质子交换膜燃料电池的出水口与热水储罐相连通；所述质子交换膜燃料电池的尾气出口与所述燃烧器的原料入口相连通；所述气体管路上设有压缩机，所述压缩机的入口连通城市燃气或天然气与空气的混合物的输入管路，所述压缩机的出口处连通水蒸气入口管路；冷却水管路依次与所述第六换热器、第五换热器和第四换热器的管程相连通，所述第四换热器的管程出口与所述吸收式冷水机组相连通，所述吸收式冷水机组的热水出口与所述热水储罐相连通。2.根据权利要求1所述的撬装式集成装置，其特征在于：所述质子交换膜燃料电池与直流交流转换器相连接。3.一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，穆祥宇，张瑜，张勃，李颖，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京,11