燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，属于气体分离技术领域。所述系统包括依次连通的燃料电池，压缩单元Ⅰ，氢气浓缩变压吸附单元，压缩单元Ⅱ以及变压吸附提纯单元；所述氢气浓缩变压吸附单元以及变压吸附提纯单元与燃料电池连通。所述变压吸附提纯单元包括变压吸附氢气提纯单元和变压吸附氢气纯化单元，其中，变压吸附氢气提纯单元与燃料电池连通，变压吸附氢气纯化单元与压缩单元Ⅰ连通。本实用新型专利技术根据燃料电池阳极气中氢气含量低，CO

High efficiency hydrogen production system of fuel cell anode gas

【技术实现步骤摘要】
燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统
本技术属于气体分离
，具体为一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统。
技术介绍
碳酸盐燃料电池是以燃料、水、空气为原料的电化学反应发电系统，在该系统的阳极和阴极反应如下：阳极：1)CH4+2H2O+Heat→4H2+CO22)H2+CO32-→H2O+CO2+2e-+Heat；阴极：1/2O2+CO2+2e-→CO32-；阳极的释放气中含有CO2、H2、CH4、H2O及CO，阳极释放气与空气一同进入催化氧化器，在催化氧化器内CO、CH4、H2氧化为CO2和H2O，并在氧化的过程中释放热量，使空气和CO2的温度升高，升温后的空气和CO2气体进入燃料电池的阴极进行燃料电池阴极反应。碳酸盐燃料电池组通过电化学反应生产出电能，是一种分布式发电系统。氢能，是世界公认的清洁能源，世界各国均积极布局氢能产业发展战略。近年来，我国也在持续加大对氢能产业发展的政策引导和支持力度，明确提出将“氢能与燃料电池”作为战略任务、新兴产业，未来将重点大力发展。未来氢能将纳入我国终端能源体系，与电力协同互补，共同成为终端能源体系的消费主体。氢能发展的重要保障是充足的氢气，传统的制氢方法是以煤、天然气等为原料生产大规模生产氢气，而未来的氢能时代需要的是遍布各地的分布式小规模氢气源，因此，需要不断开发新的小规模制氢方式。而碳酸盐燃料电池发电系统是一种小型的分布式发电系统，碳酸盐燃料电池的阳极释放气中含有25％左右的氢气，70％左右的CO2及少量的CO、N2、CH4、H2O，由于阳极释放气的压力低、氢气含量低，相当于天然气制氢装置变压吸附的解吸气，一般只作为燃料使用，如果采用常规流程提纯氢气能耗很高，如采用膜分离需要将原料气压缩至2.0MPa以上，且膜分离的氢气纯度较低，氢损失大，而采用一段法变压吸附提氢时原料气要压缩至0.7MPa以上，而且，氢燃料电池用氢气对微量杂质要求较高，尤其是CO含量，目前氢燃料电池用氢气的标准GB/T37244-2018要求氢气的含量小于等于0.2ppmv。因此，需要开发优化的工艺，既保证较高的氢气质量又要有较低的能耗。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，本技术制氢系统使用少量燃料电池组生产的电能，采用多级变压吸附方法高效生产氢燃料电池用氢气，将燃料电池发电系统从分布式电能系统升级为分布式电能和分布式氢能系统。本技术目的通过以下技术方案来实现：一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，所述系统包括依次连通的燃料电池，压缩单元Ⅰ，氢气浓缩变压吸附单元，压缩单元Ⅱ以及变压吸附提纯单元；所述氢气浓缩变压吸附单元以及变压吸附提纯单元与燃料电池连通。进一步，所述变压吸附提纯单元包括变压吸附氢气提纯单元和变压吸附氢气纯化单元。进一步，所述变压吸附氢气提纯单元与燃料电池连通，所述变压吸附氢气纯化单元与压缩单元Ⅰ连通。进一步，所述压缩单元Ⅰ和氢气浓缩变压吸附单元之间还设置有降温冷却单元Ⅰ，所述压缩单元Ⅱ和变压吸附提纯单元之间还设置有降温冷却单元Ⅱ。进一步，所述燃料电池为碳酸盐燃料电池。进一步，所述氢气浓缩变压吸附单元采用吸附塔数量大于或等于5的低压吸附抽空再生工艺，吸附塔采用活性氧化铝和活性炭类吸附剂的复合吸附床。进一步，所述变压吸附氢气提纯单元的吸附塔数量大或等于5，吸附塔采用活性氧化铝、活性炭类和分子筛类吸附剂的复合吸附床。进一步，所述变压吸附氢气纯化单元的吸附塔数量大于或等于4，吸附塔采用活性碳类和分子筛类的复合吸附床或分子筛单层吸附床。利用上述系统高效制取氢燃料电池用氢气的方法如下：一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的方法，所述方法为将燃料电池阳极释放气经压缩单元Ⅰ增压后进入氢气浓缩变压吸附单元，经氢气浓缩变压吸附单元浓缩的粗氢气经压缩单元Ⅱ增压后进入变压吸附提纯单元；所述变压吸附提纯单元采用一段法变压吸附提氢，或采用包括变压吸附氢气提纯和变压吸附氢气纯化的两段法；所述氢气浓缩变压吸附单元、一段法变压吸附提氢以及两段法变压吸附氢气提纯的解吸气返回燃料电池参与电化学反应；所述变压吸附氢气纯化的解吸气返回作为制氢原料，与燃料电池阳极释放气混合后进入压缩单元Ⅰ重新参与循环。进一步，所述燃料电池为碳酸盐燃料电池；所述压缩单元Ⅰ的压力为0.05～0.4MPa；所述压缩单元Ⅱ的压力为0.5～3.0MPa。进一步，所述压缩单元Ⅰ后还设置有降温冷却单元Ⅰ，所述压缩单元Ⅱ后还设置有降温冷却单元Ⅱ，通过降温冷却单元Ⅰ和降温冷却单元Ⅱ分别将气体温度冷却至20～40℃。进一步，所述氢气浓缩变压吸附为低压吸附抽空再生工艺，吸附床数量大于或等于5，吸附压力为0.05～0.4MPa，优选0.1～0.3MPa，均压次数为1～3次。进一步，所述一段法变压吸附提氢采用抽空再生工艺，吸附床数量大于或等于5，吸附压力0.5～3.0MPa，优选0.7～1.7MPa，均压次数2～5次；或所述一段法变压吸附提氢采用冲洗再生工艺，吸附床数量大于或等于4，吸附压力0.7～3.0MPa，优选0.8～1.7MPa；均压次数2～4次。进一步，所述变压吸附氢气提纯采用抽空再生工艺，吸附床数量大于与等于5，吸附压力0.5～3.0MPa，优选0.7～1.7MPa，均压次数2～5次；所述变压吸附氢气纯化采用冲洗再生工艺，吸附床数量大于或等于4，吸附压力0.5～3.0MPa，优选0.7～1.7MPa；均压次数1～3次。本技术燃料电池阳极气制取氢燃料电池用氢气的系统具体工作过程如下：燃料电池(优选为碳酸盐燃料电池)组阳极释放气中含有25％左右的氢气，70％左右的CO2，少量的CO、N2、CH4、H2O，压力为常压。通过压缩单元Ⅰ将阳极释放气压缩至0.05～0.4MPa(优选0.1～0.3MPa)后经降温冷却单元Ⅰ降温，在20～40℃进入氢气浓缩变压吸附单元，将阳极释放气中90％以上的杂质脱除，氢气浓缩至80％～92％甚至更高纯度；氢气浓缩变压吸附单元采用吸附塔数量大于或等于5的低压吸附抽空再生工艺，均压次数为1～3次，吸附塔采用活性氧化铝和活性炭类吸附剂的复合吸附床。经氢气浓缩变压吸附单元，低压氢气浓缩的粗氢气经压缩单元Ⅱ压缩至0.5～3.0MPa(优选0.7～1.7MPa)后经降温冷却单元Ⅱ降温，在20～40℃进入变压吸附提纯单元，可采用一段法变压吸附提氢直接将氢气提纯至燃料电池用氢标准的氢气，也可采用两段法变压吸附提氢，即变压吸附氢气提纯和变压吸附氢气纯化，变压吸附氢气提纯为将氢气提纯至99％～99.9％(v/v)，变压吸附氢气纯化为将经变压吸附氢气提纯后的氢气纯化为满足氢燃料电池用氢气标准的氢气。其中变压吸附氢气提纯的吸附塔数量大或等于5，均压次数为2～5次，吸附塔采用活性氧化铝、活性炭类和分子筛类吸附剂的复合吸附床；变压吸附氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，其特征在于，所述系统包括依次连通的燃料电池，压缩单元Ⅰ，氢气浓缩变压吸附单元，压缩单元Ⅱ以及变压吸附提纯单元；所述氢气浓缩变压吸附单元以及变压吸附提纯单元与燃料电池连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，其特征在于，所述系统包括依次连通的燃料电池，压缩单元Ⅰ，氢气浓缩变压吸附单元，压缩单元Ⅱ以及变压吸附提纯单元；所述氢气浓缩变压吸附单元以及变压吸附提纯单元与燃料电池连通。


2.如权利要求1所述一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，其特征在于，所述变压吸附提纯单元包括变压吸附氢气提纯单元和变压吸附氢气纯化单元。


3.如权利要求2所述一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，其特征在于，所述变压吸附氢气提纯单元与燃料电池连通，所述变压吸附氢气纯化单元与压缩单元Ⅰ连通。


4.如权利要求1所述一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，其特征在于，所述压缩单元Ⅰ和氢气浓缩变压吸附单元之间还设置有降温冷却单元Ⅰ，所述压缩单元Ⅱ和变压吸附提纯单元之间还设置有降温冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜令兵，殷文华，王键，伍毅，张崇海，李克兵，赵洪法，吴巍，
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