一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统，属于氢气纯化技术领域。所述系统包括依次连通的储氢罐，CO吸附净化器，氢气换热器以及燃料电池阳极：所述CO吸附净化器包括氢气入口管线，入口管线控制阀门，至少一个吸附器，净化氢气出口管线，出口管线控制阀门以及位于净化氢气出口管线上的CO检测探头，所述氢气入口管线连通储氢罐与吸附器入口，所述净化氢气出口管线连通吸附器出口及氢气换热器，所述吸附器内装填有CO吸附剂。一氧化碳在本实用新型专利技术系统被吸附后，可使进入燃料电池阳极的氢气中CO体积分数控制在0.2μmol/mol以下，避免氢气中CO进入燃料电池阳极、降低贵金属催化剂性能和使用寿命。

A removal system of CO from hydrogen for PEMFC

The utility model provides a CO removal system of hydrogen for proton exchange membrane fuel cell, which belongs to the technical field of hydrogen purification. The system includes successively connected hydrogen storage tank, CO adsorption purifier, hydrogen heat exchanger and fuel cell anode: the CO adsorption purifier includes hydrogen inlet pipeline, inlet pipeline control valve, at least one adsorber, purified hydrogen outlet pipeline, outlet pipeline control valve and CO detection probe on purified hydrogen outlet pipeline, and the hydrogen inlet pipeline is connected The hydrogen storage tank is connected with the inlet of the adsorber, the purified hydrogen outlet pipeline is connected with the outlet of the adsorber and the hydrogen heat exchanger, and the adsorber is filled with CO adsorbent. After the carbon monoxide system of the utility model is adsorbed, the volume fraction of CO in the hydrogen entering the anode of the fuel cell can be controlled below 0.2 \u03bc mol / mol, so as to avoid the CO in the hydrogen entering the anode of the fuel cell and reduce the performance and service life of the noble metal catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统
本技术属于燃料电池氢气纯化
，具体为一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有发电效率高、环境友好、氢燃料来源广泛等优点，在固定电站、车载电源、便携式电源、航空航天等领域具有广阔的应用前景,得到了世界各国政府高度重视。目前影响质子交换膜燃料电池商业化的重要因素之一是催化剂的中毒和失效，其中氢燃料中微量的CO杂质即可导致铂、钯等贵金属催化剂活性大幅降低，严重时甚至完全失去活性。ISO14687-2-2012《氢燃料.产品规格.第2部分:道路车辆用质子交换膜(PEM)燃料电池的应用》和我国团体标准TCECA-G0015-2017《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》中规定，质子交换膜燃料电池汽车用氢气中各组分体积分数要求为：H2≥99.97％，Ar+N2≤100μmol/mol，CO2≤2μmol/mol，CH4≤2μmol/mol，特别要求CO≤0.2μmol/mol。GB/T34872-2017《质子交换膜燃料电池供氢系统技术要求》中规定，氢气的最小体积分数99.99％，CO2≤2μmol/mol，总烃(以甲烷计)≤2μmol/mol，也要求CO≤0.2μmol/mol。这是因为铂、钯等贵金属电极对CO吸附作用大于对H2的吸附作用，使CO吸附在铂电极上阻碍H2的电化学反应，使能量转化效率降低、缩短电池使用寿命，甚至完全失活。由于目前我国示范运行的燃料电池加氢站，即使采用体积分数≥99.999％的高纯氢气，根据GB/T3634.2中的规定高纯氢中的氮气体积分数≤5μmol/mol，氧气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳的体积分数都≤1μmol/mol，可见其中一氧化碳的体积分数不能保证≤0.2μmol/mol的要求。如果采用GB/T36342规定的氢气体积分数≥99.9999％的超纯氢，氮气、氧气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳等杂质气体的体积分数可满足燃料电池用氢要求，但是超纯氢的生产需要储氢合金吸放法、低温吸附法和钯膜扩散法等。钯膜扩散法的分离成本高、生产量小，储氢合金吸放法中氢化物使用寿命短及生产不稳定，低温吸附法需要使用液氮、对设备要求高，都不适合装载在燃料电池系统中用于一氧化碳的深度脱除。一般来说，超纯氢的价格是高纯氢价格的5倍以上，所以使用高纯氢可显著节约燃料电池用氢成本。根据目前规模制氢技术的经济性和氢气品质现状，为了显著降低燃料电池运行的成本，一些加氢站提供体积含量为99.999％的氢气供燃料电池使用。在合格氢气的输运过程中，可能被外界一氧化碳污染，也需要将一氧化碳脱除后才能供燃料电池使用。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有燃料电池用氢气中CO含量超标的问题，提供一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统。本技术目的通过以下技术方案来实现：一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统，所述系统包括依次连通的储氢罐，CO吸附净化器，氢气换热器以及燃料电池阳极：所述CO吸附净化器包括氢气入口管线，入口管线控制阀门，至少一个吸附器，净化氢气出口管线，出口管线控制阀门以及位于净化氢气出口管线上的CO检测探头，所述氢气入口管线连通储氢罐与吸附器入口，所述净化氢气出口管线连通吸附器出口及氢气换热器，所述吸附器内装填有CO吸附剂；当吸附器为多个时，吸附器之间采用并联方式排布，所述系统还包括再生气入口管线以及再生废气出口管线，所述再生气入口管线一端与靠近氢气换热器入口的氢气出口管线连通，另一端与靠近吸附器出口的氢气出口管线连通，所述再生废气出口管线与吸附器入口处氢气入口管线连通。作为本技术所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统的一个具体实施例，当吸附器为一个时，所述氢气入口管线与净化氢气出口管线之间设置有带控制阀门的旁路管线。作为本技术所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统的一个具体实施例，所述再生气入口管线以及再生废气出口管线上设置有控制阀门。作为本技术所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统的一个具体实施例，所述储氢罐与CO吸附净化器之间设置有减压阀。作为本技术所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统的一个具体实施例，当吸附器为多个时，所述吸附器内还设置有换热器，换热器的一端与热废气连通，并设置控制阀门，另一端设置有冷废气管线，并设置控制阀门。进一步，所述换热器为盘管换热器或列管换热器。吸附剂再生可用净化氢气冲洗吸附剂，也可利用燃料电池发电产生的热废气加热再生，或拆除吸附饱和的吸附器后离线加热再生。利用燃料电池发电产生的热废气通过吸附器外部夹套换热器加热吸附剂，或内设盘管换热器、列管换热器等加热吸附剂，使吸附剂得到解吸再生，再用吸附剂体积1～10倍体积的净化氢气冲洗吸附剂。该吸附器冷却后，以备下一次吸附脱除氢气中的CO。作为本技术所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统的一个具体实施例，所述CO吸附剂为载铜吸附剂，每个吸附器内载铜吸附剂的装填容积为0.2升～100升。作为本技术所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统的一个具体实施例，所述载铜吸附剂以活性炭、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝、介孔材料为载体，氯化亚铜为活性组分，可添加其他助剂。作为本技术所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统的一个具体实施例，所述活性炭的比表面积不低于900m3/g，内部孔隙以大于0.8纳米的孔道为主，在25℃、CO绝对压力0.1MPa条件下吸附剂的CO吸附量不低于40mL/g。作为本技术所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统的一个具体实施例，所述沸石分子筛采用A型、X型、Y型、ZSM型；所述介孔材料为碳基介孔材料或MCM、SBA、KIT硅基介孔材料中的一种或多种。一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除方法，利用上述所述的系统进行CO的脱除：当吸附器为一个时，氢气从储氢罐出来后，经减压阀和氢气入口管线进入吸附器，在吸附剂的作用下对氢气中的CO进行吸附脱除，经吸附净化后的氢气从氢气出口管线进入氢气换热器，换热后的氢气进入燃料电池阳极，当CO检测探头监测到CO含量超标时，表明吸附器吸附饱和，将吸附器更换，并通过旁路管线为燃料电池阳极临时供氢。当吸附器为多个时，氢气从储氢罐出来后，经减压阀和氢气入口管线分流进入其中一个或几个吸附器，在吸附剂的作用下对氢气中的CO进行吸附脱除，经吸附净化后的氢气从氢气出口管线进入氢气换热器，换热后的氢气进入燃料电池阳极，当CO检测探头监测到CO含量超标时，表明工作的吸附器吸附饱和，则改变控制阀门开关状态，使其它吸附器进入到吸附工作状态，并打开再生气入口管线以及再生废气出口管线上的控制阀门，使净化后的氢气通入到吸附饱和的吸附器内，利用净化氢气冲洗再生吸附剂，通过控制阀门开关状态改变，使吸附、再生过程在各个吸附器之间切换，实现氢气连续净化输出。本技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统，其特征在于，所述系统包括依次连通的储氢罐，CO吸附净化器，氢气换热器以及燃料电池阳极：/n所述CO吸附净化器包括氢气入口管线，入口管线控制阀门，至少一个吸附器，净化氢气出口管线，出口管线控制阀门以及位于净化氢气出口管线上的CO检测探头，所述氢气入口管线连通储氢罐与吸附器入口，所述净化氢气出口管线连通吸附器出口及氢气换热器，所述吸附器内装填有CO吸附剂；/n当吸附器为多个时，吸附器之间采用并联方式排布，所述系统还包括再生气入口管线以及再生废气出口管线，所述再生气入口管线一端与靠近氢气换热器入口的氢气出口管线连通，另一端与靠近吸附器出口的氢气出口管线连通，所述再生废气出口管线与吸附器入口处氢气入口管线连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统，其特征在于，所述系统包括依次连通的储氢罐，CO吸附净化器，氢气换热器以及燃料电池阳极：
所述CO吸附净化器包括氢气入口管线，入口管线控制阀门，至少一个吸附器，净化氢气出口管线，出口管线控制阀门以及位于净化氢气出口管线上的CO检测探头，所述氢气入口管线连通储氢罐与吸附器入口，所述净化氢气出口管线连通吸附器出口及氢气换热器，所述吸附器内装填有CO吸附剂；
当吸附器为多个时，吸附器之间采用并联方式排布，所述系统还包括再生气入口管线以及再生废气出口管线，所述再生气入口管线一端与靠近氢气换热器入口的氢气出口管线连通，另一端与靠近吸附器出口的氢气出口管线连通，所述再生废气出口管线与吸附器入口处氢气入口管线连通。


2.如权利要求1所述一种质子交换膜燃料电池用氢气中CO的脱除系统，其特征在于，当吸附器为一...

【专利技术属性】
技术研发人员：管英富，张剑锋，杨云，何秀容，陶宇鹏，刘晓阳，张汇霞，
申请(专利权)人：四川天一科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51