氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，其包括氢气纯化单元、氢燃料电池发电单元和能量回馈单元；所述氢气纯化单元包括依次串连设置的脱氯机构、压缩机、脱氧机构、水冷却机构、汽水分离机构和终端净化机构，所述燃料电池发电单元包括依至少一个氢燃料电池堆，所述能量回馈单元包括并网逆变机构，所述脱氯机构与氯碱工业放空尾气气源连接，所述终端净化机构与所述氢燃料电池堆连接，所述并网逆变机构分别与所述氢燃料电池堆和交流电网连接。本实用新型专利技术结构简单、组装方便且便于日常维护和检修，且能够直接将对含氢尾气的纯化和燃料电池电堆发电过程进行耦合，从而大大节约了氢气再利用的成本。从而大大节约了氢气再利用的成本。从而大大节约了氢气再利用的成本。

【技术实现步骤摘要】
氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统


[0001]本技术特别涉及一种氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，属于氢气回收利用


技术介绍

[0002]氢气以其来源广、热值高、零污染等特点，长期以来一直被认为是最具发展潜力的清洁能源之一，氢燃料电池是当今氢能应用的重要领域。目前，国内主要氢气来源是煤制氢、天然气、甲醇重整制氢、工业副产氢和电解水制氢，其中，电解水制氢的氢气品质最好，但成本也是最高的。
[0003]为了降低燃料氢气的成本和解决大规模储运问题，将工业副产氢气作为燃料电池的氢源，真正做到变废为宝。氯碱行业是工业副产氢的来源之一，目前，国内大多数氯碱企业生产采用电解饱和氯化钠溶液来获取烧碱、氯气，副产品为氢气，从国内调研数据来看，氢气放空率居高不下，每年至少浪费25万吨氢气。这部分氢气具有纯度高，杂质组分简单等特点，一般情况H2含量大于90％，甚至达到98％以上，因此，分离、回收、纯化高纯氢并且耦合燃料电池电堆发电具有很高的商业价值。
[0004]氯碱工业副产氢是现阶段最适合的制氢方式，主要基于以下两点判断：从制氢工艺的成本和环保性能角度来看，氯碱制氢的工艺成本最为适中，且所制取的氢气纯度高达99.99％，环保和安全性能也较好，是目前较为适宜的制氢方法；从理论储备和经济储备的角度来看，氯碱工业副产氢的经济储备能够满足长三角地区对于氢气的需求，全国范围来看也储备充足。
[0005]目前，制备高纯氢的方法主要有冷凝
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低温吸附法、钯膜扩散法、变压吸附法、金属氢化物法等；然，低温吸附法要求原料氢体积分数≥95％，需要精脱CO2、H2S、H2O等成分，具有投资高、能耗大、操作复杂、占地面积大并且消耗液氮等缺点，其对氢气的回收净化率为90～95％；钯膜扩散法要求原料氢体积分数50～90％，需要精脱硫化物，具有投资较低、能耗高、操作简单、占地面积小、靶膜易中毒开裂等特点，其对氢气的回收净化率95％；变压吸附法要求原料氢体积分数40～90％，不需要预处理，具有投资低、能耗低、操作简单、适用各种规模原料气等特点，其对氢气的回收净化率70～96％；金属氢化物法要求原料氢体积分数50～98％，需要精脱O2、CO2、硫化物等成分，具有投资较低、能耗低、操作简单、占地面积中小，生产能力小、工业化程度低等特点，其对氢气的回收净化率70～95％；

技术实现思路

[0006]本技术的主要目的在于提供一种氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，以克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述技术目的，本技术采用的技术方案包括：
[0008]本技术实施例提供了一种氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，其包括氢气纯化单元、氢燃料电池发电单元和能量回馈单元，所述氢气纯化单元至少用于对氯碱
工业放空尾气进行纯化处理并将分离获得的氢气输送至燃料电池发电单元，所述氢燃料电池发电单元至少用于以所述氢气为原料进行发电，所述能量回馈单元至少用于将所述氢燃料电池发电单元产生的直流电转换为交流电后接入交流电网；
[0009]所述氢气纯化单元包括依次串连设置的脱氯机构、压缩机、脱氧机构、水冷却机构、汽水分离机构和终端净化机构，所述燃料电池发电单元包括依至少一个氢燃料电池堆，所述能量回馈单元包括并网逆变机构，所述脱氯机构与氯碱工业放空尾气气源连接，所述终端净化机构与所述氢燃料电池堆连接，所述并网逆变机构分别与所述氢燃料电池堆和交流电网连接。
[0010]与现有技术相比，本技术的优点包括：本技术实施例提供的一种氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，结构简单、组装方便且便于日常维护和检修，且能够直接将对含氢尾气的纯化和燃料电池电堆发电过程进行耦合，从而大大节约了氢气再利用的成本。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1是本技术一典型实施案例中提供的一种氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0013]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0014]针对上述工业高纯氢生产工艺和方法的不足，结合氯碱工业尾气原料特点，提出一种可连续从氯碱工业放空尾气中纯化高纯氢并且耦合燃料电池发电的系统，无疑对突破氯碱工业尾气开发利用的技术瓶颈具有积极的社会意义和商业价值。
[0015]本技术实施例提出一种可连续从氯碱工业尾气中纯化高纯氢并且耦合燃料电池发电的系统，通过管道回收氯碱含氢尾气并提纯氢气，经过氢气净化设备对尾气除杂，提高氢气产品质量，达到燃料电池发电的要求，整套系统清洁、安全、高效。
[0016]本技术实施例提供了一种氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，其包括氢气纯化单元、氢燃料电池发电单元和能量回馈单元，所述氢气纯化单元至少用于对氯碱工业放空尾气进行纯化处理并将分离获得的氢气输送至燃料电池发电单元，所述氢燃料电池发电单元至少用于以所述氢气为原料进行发电，所述能量回馈单元至少用于将所述氢燃料电池发电单元产生的直流电转换为交流电后接入交流电网；
[0017]所述氢气纯化单元包括依次串连设置的脱氯机构、压缩机、脱氧机构、水冷却机构、汽水分离机构和终端净化机构，所述燃料电池发电单元包括依至少一个氢燃料电池堆，所述能量回馈单元包括并网逆变机构，所述脱氯机构与氯碱工业放空尾气气源连接，所述终端净化机构与所述氢燃料电池堆连接，所述并网逆变机构分别与所述氢燃料电池堆和交
流电网连接。
[0018]进一步的，所述并网逆变机构包括单向逆变器或双向储能逆变器。
[0019]更进一步的，所述双向储能逆变器包括三相桥式变换器。
[0020]进一步的，所述脱氯机构包括多个脱氯塔，所述多个脱氯塔以串联和/或并联的方式连接。
[0021]更进一步的，所述脱氯机构包括两个并联设置的第一脱氯塔以及一个第二脱氯塔，所述两个第一脱氯塔上均设置有气体入口，所述两个第一脱氯塔的气体入口与氯碱工业放空尾气气源连接，所述两个第一脱氯塔合路后再与所述第二脱氯塔连接，所述第二脱氯塔与压缩机连接。
[0022]进一步的，所述脱氧机构包括并联设置的多个脱氧塔，所述多个脱氧塔交替作业。
[0023]进一步的，所述终端净化机构包括并联设置的多个吸附塔，所述多个吸附塔交替作业。
[0024]进一步的，所述脱氯机构与氯碱工业放空尾气气源之间的进气管路上还设置有第一防爆器，所述压缩机与所述脱氧机构之间的管路上还设置有第二防爆器。
[0025]进一步的，所述汽水分离机构还与排水器连接。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，其特征在于包括氢气纯化单元、氢燃料电池发电单元和能量回馈单元，所述氢气纯化单元至少用于对氯碱工业放空尾气进行纯化处理并将分离获得的氢气输送至燃料电池发电单元，所述氢燃料电池发电单元至少用于以所述氢气为原料进行发电，所述能量回馈单元至少用于将所述氢燃料电池发电单元产生的直流电转换为交流电后接入交流电网；所述氢气纯化单元包括依次串连设置的脱氯机构、压缩机、脱氧机构、水冷却机构、汽水分离机构和终端净化机构，所述燃料电池发电单元包括依至少一个氢燃料电池堆，所述能量回馈单元包括并网逆变机构，所述脱氯机构与氯碱工业放空尾气气源连接，所述终端净化机构与所述氢燃料电池堆连接，所述并网逆变机构分别与所述氢燃料电池堆和交流电网连接。2.根据权利要求1所述氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，其特征在于：所述并网逆变机构包括单向逆变器或双向储能逆变器。3.根据权利要求2所述氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，其特征在于：所述双向储能逆变器包括三相桥式变换器。4.根据权利要求1所述氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，其特征在于：所述脱氯机构包括多个脱氯塔，所述多个脱氯塔以串联和/或并联的方式连接。5.根据权利要求4所述氯碱氢气纯化耦合燃料电池电堆发电系统，其特征在于：所述脱氯机构包括两...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏，刘茂成，张纪尧，
申请(专利权)人：青岛创启信德新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：