一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术公开的一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统，属于燃料电池技术领域。主要包括甲醇重整反应单元、第一换热单元、第一气液分离单元、第二气液分离单元、催化燃烧单元、第二换热单元、第三换热单元、燃料电池单元和混气装置。本实用新型专利技术直接利用甲醇重整气作为阳极原料，不做氢气提纯分离处理，缩短简化了工艺流程；同时，阳极尾气经过催化燃烧，充分释放阳极尾气中未反应的氢气的热量，提高燃料电池发电系统热效率，并将经过催化燃烧的阳极尾气与阴极进气混合，作为阴极原料循环利用，提高燃料利用率，提高熔融碳酸盐燃料电池发电系统热电综合效率，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统


[0001]本技术属于燃料电池
，具体涉及一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]熔融碳酸盐燃料电池是一种工作于650
°
C的高温燃料电池，采用富氢气体作为原料，可以直接将原料中的化学能转化为电能，是一种清洁高效、低噪音、低污染的发电方式。
[0003]目前，以氢气、天然气、合成气为原料的熔融碳酸盐燃料电池发电系统成本相对偏高，而甲醇重整制氢是一种成本较低、清洁高效的制氢方式，将其与熔融碳酸盐燃料电池结合，将甲醇重整制得的氢气通入燃料电池阳极，实现用甲醇为原料的燃料电池发电系统，可降低发电成本。但是，传统甲醇重整制氢装置要配备气体分离装置来提纯甲醇重整气中的氢气，工艺复杂冗长，成本偏高，熔融碳酸盐燃料电池燃料利用率低。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本技术的目的在于提供一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统，缩短了以甲醇为原料的熔融碳酸盐燃料电池发电系统工艺流程，降低了熔融碳酸盐燃料电池发电系统成本及发电成本，充分利用了燃料中的能量。
[0005]本技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]本技术公开了一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统，包括甲醇重整反应单元、第一换热单元、第一气液分离单元、第二气液分离单元、催化燃烧单元、第二换热单元、第三换热单元、燃料电池单元和混气装置；
[0007]甲醇重整反应单元的进口连接有甲醇进料管，甲醇重整反应单元的出口与第一换热单元的热侧进口连接，第一换热单元的热侧出口与第一气液分离单元的进口连接，第一气液分离单元的气相出口与第二换热单元的冷侧进口连接，第二换热单元的冷侧出口与燃料电池单元的阳极燃料进料口连接，燃料电池单元的阳极尾气出口与催化燃烧单元的进口连接，催化燃烧单元的进口还连接有 O2进气管，催化燃烧单元的出口与第二换热单元的热侧进口连接，第二换热单元的热侧出口与第二气液分离单元的进口连接，第二气液分离单元的气相出口与混气装置的进口连接，混气装置的进口还连接有空气进气管和CO2进气管，混气装置的出口与第三换热单元的冷侧进口连接，第三换热单元的冷侧出口与燃料电池单元的阴极燃料进料口连接，燃料电池单元的阴极尾气出口与第三换热单元的热侧进口连接，第三换热单元的热侧出口连接有阴极尾气排出管；第一气液分离单元和第二气液分离单元的液相出口均连接有冷凝水排出管。
[0008]优选地，第二换热单元的冷侧出口与燃料电池单元的阳极燃料进料口之间的连接管路上设有阳极气体流量检测及控制装置，第三换热单元的冷侧出口与燃料电池单元的阴极燃料进料口之间的连接管路上设有阴极气体流量检测及控制装置，空气进气管上设有空气流量检测及控制装置，CO2进气管上设有CO2流量检测及控制装置，第二气液分离单元的气
相出口与混气装置的进口之间的连接管路上设有阳极尾气流量检测及控制装置；阳极气体流量检测及控制装置、阴极气体流量检测及控制装置、空气流量检测及控制装置、CO2流量检测及控制装置和阳极尾气流量检测及控制装置均分别与系统的控制单元连接。
[0009]优选地，第二气液分离单元的气相出口与混气装置的进口之间的连接管路上设有压缩单元。
[0010]进一步优选地，压缩单元进口前设有除沫装置。
[0011]优选地，第一换热单元为气
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液型换热器，第二换热单元和第三换热单元为气
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气型换热器。
[0012]优选地，第一气液分离单元和第二气液分离单元的冷凝水出口均分别与第一换热单元的冷侧入口连接。
[0013]进一步优选地，甲醇重整反应单元的出口与第一换热单元的热侧进口之间的连接管路上设有温度检测装置，第一气液分离单元和第二气液分离单元的冷凝水出口与第一换热单元的冷侧入口之间的连接管路上均分别设有流量检测及控制装置，温度检测装置和流量检测及控制装置均分别与系统的控制单元连接。
[0014]优选地，混气装置内的壁面为圆滑曲面，混气装置内设有扰流部件。
[0015]优选地，第二换热单元与第二气液分离单元之间设有第一余热换热器，阴极尾气排出管上设有第二余热换热器，第一余热换热器和第二余热换热器均用于加热外部介质。
[0016]与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：
[0017]本技术公开的一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统，燃料电池单元所需的阳极燃料为富氢气体，阴极燃料为二氧化碳和空气，可以充分利用甲醇重整制氢工艺产生的氢气和二氧化碳作为燃料，甲醇重整制氢工艺成本低；直接使用甲醇重整气，只去除水蒸汽，不对其中的氢气和二氧化碳做分离提纯处理，工艺路线简单。燃料电池阳极尾气做催化燃烧处理，充分利用了阳极尾气中未反应的氢气的热量，提高发电电池系统热效率；后续将经过催化燃烧的阳极尾气与阴极进气混合，作为阴极原料，重复利用。综合利用了尾气的余热，提高了燃料电池发电系统综合热电效率，减少了系统能耗。
[0018]进一步地，通过在系统的关键部位设置流量检测及控制装置，能够控制系统的关键运行参数，保证系统高效、稳定地运行。
[0019]进一步地，第二气液分离单元的气相出口与混气装置的进口之间的连接管路上设有压缩单元，能够控制循环尾气的速度及流量。
[0020]更进一步地，压缩单元进口前设有除沫装置，防止未完全去除的水分影响压缩单元的正常运行。
[0021]进一步地，第一换热单元采用气
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液型换热器，第二换热单元和第三换热单元采用气
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气型换热器，具有较高的换热效率，提高余热利用率。
[0022]进一步地，利用第一气液分离单元和第二气液分离单元的冷凝水对混合气进行降温，提高了能源利用率，减少了系统能耗。
[0023]进一步地，混气装置内的壁面采用圆滑曲面，保证内部气体的均匀流动无死角，同时扰流部件能够提高气体的混合程度。
[0024]进一步地，设置第一余热换热器和第二余热换热器能够再次将剩余热量充分利用，对外做供暖、溴化锂制冷等使用。
附图说明
[0025]图1为本技术的系统整体结构示意图。
[0026]图中：1
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甲醇重整反应单元；2
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第一换热单元；3
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第一气液分离单元；4
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第二气液分离单元；5
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催化燃烧单元；6
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第二换热单元；7
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压缩单元；8
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第三换热单元；9
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燃料电池单元；10
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混气装置；11
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甲醇储罐；12
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阳极气体流量检测及控制装置；13
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阴极气体流量检测及控制装置；14
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空气流量检测及控制装置；15
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CO2流量检测及控制装置；16
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阳极尾气流量检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统，其特征在于，包括甲醇重整反应单元(1)、第一换热单元(2)、第一气液分离单元(3)、第二气液分离单元(4)、催化燃烧单元(5)、第二换热单元(6)、第三换热单元(8)、燃料电池单元(9)和混气装置(10)；甲醇重整反应单元(1)的进口连接有甲醇进料管，甲醇重整反应单元(1)的出口与第一换热单元(2)的热侧进口连接，第一换热单元(2)的热侧出口与第一气液分离单元(3)的进口连接，第一气液分离单元(3)的气相出口与第二换热单元(6)的冷侧进口连接，第二换热单元(6)的冷侧出口与燃料电池单元(9)的阳极燃料进料口连接，燃料电池单元(9)的阳极尾气出口与催化燃烧单元(5)的进口连接，催化燃烧单元(5)的进口还连接有O2进气管，催化燃烧单元(5)的出口与第二换热单元(6)的热侧进口连接，第二换热单元(6)的热侧出口与第二气液分离单元(4)的进口连接，第二气液分离单元(4)的气相出口与混气装置(10)的进口连接，混气装置(10)的进口还连接有空气进气管和CO2进气管，混气装置(10)的出口与第三换热单元(8)的冷侧进口连接，第三换热单元(8)的冷侧出口与燃料电池单元(9)的阴极燃料进料口连接，燃料电池单元(9)的阴极尾气出口与第三换热单元(8)的热侧进口连接，第三换热单元(8)的热侧出口连接有阴极尾气排出管；第一气液分离单元(3)和第二气液分离单元(4)的液相出口均连接有冷凝水排出管。2.根据权利要求1所述的直接利用甲醇重整气的燃料电池系统，其特征在于，第二换热单元(6)的冷侧出口与燃料电池单元(9)的阳极燃料进料口之间的连接管路上设有阳极气体流量检测及控制装置(12)，第三换热单元(8)的冷侧出口与燃料电池单元(9)的阴极燃料进料口之间的连接管路上设有阴极气体流量检测及控制装置(13)，空气进气管上设有空气流量检测及控制装置(14)，CO2进气管上设有CO2流量检测及控制装置(15)，第二气液分离单元(4)的气相出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，程健，张瑞云，卢成壮，许世森，李卫东，王保民，杨冠军，黄华，白发琪，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司，
类型：新型
国别省市：