本发明专利技术属于能源领域，具体涉及一种烷烃裂解与燃料电池复合发电系统，由烷烃催化裂解系统（Ａ），钯膜过滤系统（Ｂ）和质子交换膜燃料电池发电系统（Ｃ）组成；该发明专利技术将烷烃裂解制氢，钯膜分离提纯，燃料电池发电连接制备出一套复合的烷烃直接发电的系统。本发明专利技术集成化程度高，易于作为中小型移动电站的发电亦可以适用于汽车潜艇等移动电源的发电。本发明专利技术减少原料气对燃料电池的不稳定影响，且降低了成本，简化了制备工艺，同时避开裂解气中含有ＣＯ气体可能造成燃料电池的中毒失效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源领域，具体涉及一种烷烃裂解与燃料电池复合发电系统，即烷烃催化 裂解制备氢气、氢气提纯与燃料电池连接的复合发电装置。
技术介绍
随着经济的发展，人类迫切需要开发环境友好的新能源。氢能作为高效、洁净的二次 能源，早在20世纪70年代中期就已经受到入们的高度重视。近来，氢气又有新的用途，用 作燃料电池的燃料。质子交换膜燃料电池，以贵金属铂作为电极催化剂，以纯氢作燃料， 不经过燃烧，直接把燃料的化学能转换成电能的装置。它具有能量转换效率高、无污染、 启动快、比能量高等优点，己被看作电动车、潜艇和各种可移动设备最佳的电源候选者， 成为世界各国竞相研究的热点。目前,制氢的方法主要有电解水法、光解水法、碳及碳氢 化合物重整制合成气法和催化裂解法等。其中，电解水法的成本高，光解水法尚处于研究阶 段，制合成气法以其成本低和技术成熟成为当前大规模制氢最常用的方法。通常,碳氢化合 物制合成气法包括碳氢化合物的水蒸气重整、二氧化碳重整、自热重整和催化部分氧化法 (POM)制氢，但部分氧化反应温度高,且CH4/ 02混合气有爆炸的潜在危险，很难实现工业 放大。以上这些过程的共同缺点是生成C0、 C02和H2的混合物，分离困难,制氢成本是其 最致命的弱点，而且，为了氢燃料电池的使用(H2中CO浓度小于20 X1(T)和工业生产对 洁净氢的需求，C0必须从H2中除去。通过无氧条件下直接裂解垸烃可以制备不含碳氧化物的H2(可直接共PEMFC燃料电池 使用)和碳纳米管(CNTs，具有非常优良的机械强度、导电性与导热性)。由于能够同时得到 这两种非常重要的产品，所以该技术路线引起了许多研究者的重视。目前己有许多制备 CNTs的方法，其中催化裂解法因其简单易行，产率较高且适于批量生产而显示了较好的 工业应用前景。专利CN1179878C采用甲垸直接无氧条件下裂解制氢或者氢垸混合气的方法，但是该方 法制备的氢气由于含有大量的甲垸会影响到氢气在燃料电池上的分压，降低燃料电池的性 能，同时会造成材料的浪费。由于氢气的储存运输具有一定的危险，限制了燃料电池的商业化进程。解决氢气的储 存与运输这一难题主要从两方面入手。1采用其它易存储运输的燃料代替氢气。2采用其 它燃料裂解制氢。针对第一种方法，现在主要采用直接廉价而又便于运输的甲醇、乙醇等 作燃料。但是由于甲醇与氢气相比难于电化学活性低，且易渗透过质子交换膜，因此电池的性能较低。针对第二种方法主要采用裂解甲醇或者氨气制氢，但是由于甲醇的裂解气中含有co, co这种气体对铂催化剂具有较强的毒化作用，微量的co,便会导致催化剂的中毒， 严重影响了电池的使用寿命。甲烷乙烷丙烷等烷烃在直接裂解过程中并不产生co，对燃料电池的催化剂不会造成中毒，但是在直接通入燃料电池过程中，由于有大量的原料气，会 影响氢气在催化剂上的吸附，导致燃料电池的性能波动太大，并且容易造成燃料气的浪费。
技术实现思路
本专利技术目的是为了降低燃料气的浪费，提高燃料电池的性能，减少原料气对电池地影 响，而提供了一种将甲烷裂解，钯膜纯化制氢，燃料电池发电联合起来的烷烃裂解与燃料 电池复合发电系统。本专利技术的技术方案为利用烷烃可以非氧条件下'直接裂解制备氢气，裂解效率大于60%，然而该裂解气同时含有将近40%未裂解气烷烃，该气体会降低氢气在燃料电池上的分压，影响到氢气的利用率。本专利技术提供了一种将烷烃裂解重整制氢，经过钯膜过滤，提高氢气纯 度并将气体直接通入燃料电池发电这一复合发电系统。通过将烷烃直接裂解制备氢气。采用裂解不含氧的垸烃，制成气中不含的C0或者C02，所制备的气体不含CO,从而不会导致质 子交换膜燃料电池的催化剂的中毒。然而在裂解烷烃的过程中会产生乙烯等杂质气体，同时没有裂解的原料会降低氢气在 催化剂上得分压，影响到燃料电池的性能，本专利技术从解决此问题考虑，采用钯膜进一步对 气体进行过滤，提高氢气的浓度。同时将未发生反应的气体返回到原料器中，进一步催化， 提高原料气体的利用率。由于随着全球能源的消耗，环境污染的加重，氢气在质子交换膜 上的需求量逐渐加大。采取一种便携，连续的供氢系统以迫在眉睫。本专利技术针对氢气不便 于运输、储存，采用便于液化的垸烃做氢源直接制氢，供给燃料电池的使用，比较适合中 小型规模的燃料电池发电系统。应用随着质子交换膜(PEM)燃料电池商业化进程的加快， 对不含一氧化碳的氢气生产需求与日俱增，甲垸催化裂解可以制得不含一氧化碳的氢气。 在PEMFC系统中， 一方面CO很容易吸附在电极的铂催化剂上，导致催化剂失去活性，使电池 性能下降。通过将气体用钯膜过滤，制得较纯的氢气，并将该氢气直接通入质子交换膜燃 料电池，即使燃料气中含有少量的甲垸并不会对燃料电池的性能有所减少。另一方面，城 市天然气的主要成分是Cft ，还含有少量的C晶、C3H8、等随着燃料电池技术的发展与应用， 氢作为燃料电池的燃料，在未来能源结构中的地位将日益重要，各发达国家越来越重视对 氢能的发展。近期氢能发展主要以化石燃料为原料实现廉价氢的生产，而从建立燃料电池 汽车加氢站和提供分散氢源方面考虑，则要求有先法的小规模天然气现场制氢与气体纯化 技术。本专利技术集成化程度高，易于作为中小型移动电站的发电亦可以适用于汽车潜艇等移动电源的发电。本专利技术的具体技术方案为 一种烷烃裂解与燃料电池复合发电系统，其特征在于由烷 烃催化裂解系统A，钯膜过滤系统B和质子交换膜燃料电池发电系统C组成。其中所述的烷烃催化裂解系统包括密封卡套1、.热电炉2、催化剂层3、外套管4。加 热电炉为通用的管式加热电阻炉，用于对甲烷裂解系统进行加热。外套管为石英管、陶瓷 管或者不锈钢管，是甲烷裂解的场所，密封卡套为不锈钢卡套。外套管的两端用不锈钢卡套1密封，不锈钢卡套上有进气管a和出气管b与气体相通。外套管与密封卡套之间用聚 四氟胶垫密封。进气口为原料气-垸烃气入口，出气口与钯膜过滤系统相联接。上述的烷烃裂解系统的反应温度为500 — 800。C;垸烃裂解系统的反应气体压力为 0.05-0.2mP。所述的催化剂层采用的催化剂为Ce02、 ,5、 Si02、 A1A、 CaO-AlA、 MgO -A120:,、氧化金刚石或者是担载金属的碳材料，其中担载的金属至少为Co、 Ru、 Ni、 Rh、 Pt、 Re、 Ir、 Pd、 Cu、 W、 Fe或Mo中的一种，担载金属的碳材料市场有售。其中所述的钯膜过滤系统由加热电炉19、密封卡套5、钯膜陶瓷管6，外套管7压力 显示表8和压力调节阀9构成。其中所述的加热电炉为通用的管式加热电阻炉，用于对钯 膜过滤(分离)系统进行加热。加热电炉内侧有热电偶用于检测电炉温度。外套管为不锈 钢套管外壳，内部安装负载钯膜的陶瓷管。原料气通入该套管，氢气通过钯膜渗透到陶瓷 管内部，制得高纯氢。钯膜陶瓷管是氢气过滤分离的主要元件。由于钯膜在30(TC-40(TC 只有对氢气具有透过能力，可用于氢气的滤纯。钯膜陶瓷管与外套管之间用密封卡套5固 定。在密封卡套中间夹有密封垫10用于密封，防止气体泄漏，密封卡套的材质优选为不 锈钢。钯膜陶瓷管接有出气口，用于输出纯的氢气。外套管具有一个入气口c与一个出气 口 d。分别用于混合气的进入，残余气的排出，出气管上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种烷烃裂解与燃料电池复合发电系统，其特征在于由烷烃催化裂解系统（Ａ），钯膜过滤系统（Ｂ）和质子交换膜燃料电池发电系统（Ｃ）组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邵宗平，王纬，孙良良，冉然，蔡锐，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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