一种甲醇水燃料重整制氢系统技术方案

本发明专利技术提供了一种甲醇水燃料重整制氢系统，其包括依次连接的催化燃烧器、重整器、水汽变换器、选择氧化器、燃料储存箱和燃料电池。本发明专利技术通过水汽变换器和选择氧化器对富氢混合气体进行分阶段氧化处理，逐步降低气体中的CO浓度，保证CO得以被完全去除。本发明专利技术系统的启动耗时短，能快速达到重整制氢条件，能耗低，制氢速度快，制氢成本低，具有高效的能量转换效率，环保节能，与燃料电池电堆对接后，发电效率较高。较高。较高。

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇水燃料重整制氢系统


[0001]本专利技术涉及甲醇重整制氢
，尤其是涉及一种甲醇水燃料重整制氢系统。

技术介绍

[0002]能源和环境已成为目前世界各国发展所面临的首要问题。以氢气作为能源的混合动力汽车以及燃料电池汽车的问世为缓解能源危机以及保护环境提供了切实有效的解决方案，进一步提高车载制氢效率为燃料电池提供高纯氢源逐渐成为人们关注的重点。甲醇具有含氢量高、不含硫、重整产物中一氧化碳CO含量低以及反应温度低等优点，一直是重整制氢的重要原料。甲醇水蒸气重整反应制取的混合气中氢气含量高，是目前最常用的一种重整制氢方式。甲醇水蒸气重整制氢的机理为利用甲醇与水蒸气在催化剂的作用下，发生甲醇重整化学反应，制备富氢混合气体。
[0003]现有的甲醇重整制氢系统中，其一氧化碳CO分离装置的温度一般在400℃以上，采用的是钯膜、钯合金膜或钯复合膜。其中，虽然钯膜对氢具有较好的选择性，但钯膜的价格昂贵，且氢脆现象严重，使用寿命短，氢的渗透速率低，导致提纯效率低，提纯效率仅达到75％左右，造成极大能量资源损失。钯合金膜(主要为钯银、钯钇合金)的氢渗透率也不高，且机械性能差，大于500℃时易发生晶粒长大现象，膜使用寿命短，仍不能满足实际所需的高纯氢纯化和分离的要求。并且，用钯及其合金膜提纯对动力设备的要求高，要求在1MPa以上的压力条件下运行，扩容难度大并且扩容后设备整体的紧凑性降低。钯复合膜(支撑钯膜)是将钯金属膜负载于多孔材料(陶瓷、石英、不锈钢等)的表面而制成的。然而，虽然钯复合膜的成本较低，提纯效率较高，产量大，但钯复合膜分离的氢气纯度较低，制得的氢气纯度一般只有99％左右，很难达到99.999％以上。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种甲醇水燃料重整制氢系统，能够最终使重整富氢混合气体中的CO得以被完全去除，以提高氢气的纯化效率，降低了纯化成本。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种甲醇水燃料重整制氢系统，包括催化燃烧器、重整器、水汽变换器、选择氧化器、燃料储存箱和燃料电池；
[0006]所述燃料储存箱的出口通过液体燃料管分别与所述重整器的入口、所述催化燃烧器的液体燃料入口相连；所述重整器的出口与所述水汽变换器的入口相连，所述水汽变换器的出口与所述选择氧化器的入口相连，所述选择氧化器的出口与所述燃料电池的电堆入口相连，所述燃料电池的电堆富氢出口与所述催化燃烧器的气体燃料入口相连。
[0007]进一步地，所述催化燃烧器、所述重整器、所述水汽变换器、所述选择氧化器均为横向水平设置，且所述重整器设于所述燃烧器的上方，所述水汽变换器设于所述重整器上方，所述选择氧化器设于所述水汽变换器上方。
[0008]进一步地，在所述重整器上方且在所述水汽变换器下方设有预热汽化排气烟道，
所述催化燃烧器的出口与所述预热汽化排气烟道的进口相连；
[0009]所述预热汽化排气烟道内设有预热汽化盘管，所述燃料储存箱的出口为依次通过所述液体燃料管和所述预热汽化盘管与所述重整器的入口相连。
[0010]进一步地，在所述预热汽化排气烟道的上方且在所述水汽变换器的下方设有换热排气烟道，所述预热汽化排气烟道的出口与所述换热排气烟道的进口相连，所述预热汽化排气烟道与所述换热排气烟道之间设有第一保温棉。
[0011]进一步地，所述水汽变换器与所述选择氧化器之间设有第二保温棉，所述第二保温棉下侧靠近所述水汽变换器处设有第一电加热片，所述第二保温棉上侧靠近所述选择氧化器处设有第二电加热片；所述选择氧化器上方设有散热风扇。
[0012]进一步地，所述重整器上侧及下侧均设有隔热板，所述重整器的上侧和下侧的隔热板之间的空间形成重整室，所述重整室分割有多个反应腔，其多个反应腔依次连接形成反应床流道，该反应床流道内填充有重整催化剂。
[0013]进一步地，所述水汽变换器的上侧和下侧均设有隔热板，所述水汽变换器的上侧和下侧的隔热板之间的空间形成水汽变换反应室和水汽变换冷却室，其中，所述水汽变换器中靠近入口一侧为水汽变换反应室，所述水汽变换器中靠近出口一侧为水汽变换冷却室；
[0014]所述水汽变换反应室分割有多个反应腔，其多个反应腔依次连接形成反应床流道，该反应床流道内填充有水汽变换催化剂；
[0015]所述水汽变换冷却室分割有多个冷却腔，其多个冷却腔依次连接形成冷却流道。
[0016]进一步地，所述选择氧化器的上侧和下侧均设有隔热板，所述选择氧化器的上侧和下侧的隔热板之间的空间形成选择氧化室，所述选择氧化室分割有多个反应腔，其多个反应腔依次连接形成反应床流道，该反应床流道内填充有选择氧化催化剂。
[0017]进一步地，所述催化燃烧器的上侧和下侧均设有隔热板，所述催化燃烧器的上侧和下侧的隔热板之间的空间形成催化燃烧室，所述催化燃烧室分割有多个燃烧腔，其多个反应腔依次连接形成燃烧流道，该燃烧流道内填充有催化燃烧催化剂。
[0018]进一步地，所述液体燃料管上从所述液体燃料入口至所述燃料储存箱的方向依次设有催化燃烧器电磁阀、燃料电磁阀和液体输送泵；所述液体燃料入口与所述催化燃烧器电磁阀之间的液体燃料管中设有燃料加热棒。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]1、本专利技术系统制备的富氢混合气体通过水汽变换器和选择氧化器进行分阶段催化氧化处理，从而逐步降低富氢混合气体中的CO浓度，联合催化氧化作用对氢气的提纯效果好，提纯效率高，且提纯成本较低。
[0021]2、本专利技术通过优化系统的液体通道和气体通道的流路，充分回收利用燃料电池电堆的尾气，以其产生的燃烧热来提供系统运行所需的热量，同时还利用燃烧尾气的热量加热甲醇水燃料，维持系统内部体系热量的均衡，满足系统自身供热的需求，换热降温后的燃烧尾气还可作为冷源冷却水汽变换器中的富氢混合气体，以确保CO的去除效果。因此，本专利技术显著降低了甲醇重整制氢系统的能耗，并对能源进行了充分的回收利用，还降低了系统燃烧尾气的排放温度，使其达到排放要求。
[0022]3、本专利技术系统对甲醇的转化率可达100％，并能完全去除重整混合气体中的CO，系
统的启动耗时短，能快速达到重整制氢条件，能耗低，制氢速度快，制氢成本低，具有高效的能量转换效率，环保节能，与燃料电池电堆对接后，发电效率较高。
[0023]4、本专利技术系统结构紧凑，各模块功能区分明确，可以通过多模块组合进行扩容增加输出功率，从而降低生产成本。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一实施例提供的甲醇水燃料重整制氢系统的结构示意图；
[0025]图2是本专利技术一实施例提供的甲醇水燃料重整制氢系统的工艺流程图；
[0026]其中，附图标记如下：
[0027]风机1
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1、空气管道1
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2、燃烧管路1
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3、预热汽化排气烟道进口1
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4、预热汽化排气烟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲醇水燃料重整制氢系统，其特征在于，包括催化燃烧器、重整器、水汽变换器、选择氧化器、燃料储存箱和燃料电池；所述燃料储存箱的出口通过液体燃料管分别与所述重整器的入口、所述催化燃烧器的液体燃料入口相连；所述重整器的出口与所述水汽变换器的入口相连，所述水汽变换器的出口与所述选择氧化器的入口相连，所述选择氧化器的出口与所述燃料电池的电堆入口相连，所述燃料电池的电堆富氢出口与所述催化燃烧器的气体燃料入口相连。2.根据权利要求1所述的甲醇水燃料重整制氢系统，其特征在于，所述催化燃烧器、所述重整器、所述水汽变换器、所述选择氧化器均为横向水平设置，且所述重整器设于所述燃烧器的上方，所述水汽变换器设于所述重整器上方，所述选择氧化器设于所述水汽变换器上方。3.根据权利要求2所述的甲醇水燃料重整制氢系统，其特征在于，在所述重整器上方且在所述水汽变换器下方设有预热汽化排气烟道，所述催化燃烧器的出口与所述预热汽化排气烟道的进口相连；所述预热汽化排气烟道内设有预热汽化盘管，所述燃料储存箱的出口为依次通过所述液体燃料管和所述预热汽化盘管与所述重整器的入口相连。4.根据权利要求3所述的甲醇水燃料重整制氢系统，其特征在于，在所述预热汽化排气烟道的上方且在所述水汽变换器的下方设有换热排气烟道，所述预热汽化排气烟道的出口与所述换热排气烟道的进口相连，所述预热汽化排气烟道与所述换热排气烟道之间设有第一保温棉。5.根据权利要求2所述的甲醇水燃料重整制氢系统，其特征在于，所述水汽变换器与所述选择氧化器之间设有第二保温棉，所述第二保温棉下侧靠近所述水汽变换器处设有第一电加热片，所述第二保温棉上侧靠近所述选择氧化器处设有第二电加热片；所述选择氧化器上方设有散热风扇。6.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙少东，王戈，马友河，汤伟，葛棋，樊军，肖延嗣，
申请(专利权)人：摩氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：