工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统及方法。所述工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统包括：依次通过管路连接的第一分离净化单元、第一压力调节单元、第二分离净化单元、第一变压吸附单元、第二压力调节单元、第二变压吸附单元和回用解吸气处理单元；所述第二变压吸附单元还与所述第一压力调节单元连接，以将所述第二变压吸附单元输出的产品气输送回第一压力调节单元进行循环吸附处理，所述第一变压吸附单元还与氢燃料电池堆单元连接。本发明专利技术提供的系统和方法工业附加值高、分离净化成本低、杂质去除率高、可实现满足回用条件的气体回收二次利用、耦合氢燃料电池发电并网使用。耦合氢燃料电池发电并网使用。耦合氢燃料电池发电并网使用。

【技术实现步骤摘要】
工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统及方法


[0001]本专利技术特别涉及一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统及方法，属于机械


技术介绍

[0002]近年来，在国家相关部委的推动下，我国氢能产业在产业化和规模化发展方面取得了重大突破，氢能产业进入前所未有的加速发展阶段。中国具有丰富的氢能供给经验和产业基础，经过多年的工业积累，中国已是世界上最大的制氢国，初步评估现有工业制氢产能为2500万吨/年，可为氢能及燃料电池产业化发展初期阶段提供低成本的氢源。
[0003]当前，氢的制取技术主要有三种比较成熟的路线：一是以煤炭、石油、天然气为代表的化石能源重整制氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产提纯制氢；三是以电解水制氢为代表的可再生能源制氢；其中，化石能源重整制氢具有污染、而且会排出二氧化碳等温室气体；电解水制氢成本高，采用市电生产，制氢成本高达30～40元/千克，且电解水制氢1千克的碳排放量高达35.84千克，是化石能源重整制氢单位碳排放的3～4倍，工业副产氢可满足短期需求的低成本分布式氢源，主要分布在钢铁、化工等行业，主要来源包括焦炉煤气制氢、氯碱副产品制氢、轻烃裂解副产氢等几种方式，因副产氢纯度较低、成分复杂，目前这种混合废气通常只有燃烧这种低效利用途径，甚至直接送到火炬排空，一是造成环境污染，二是造成资源浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统及方法，以克服现有技术中的不足。/>[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，其包括：依次通过管路连接的第一分离净化单元、第一压力调节单元、第二分离净化单元、第一变压吸附单元、第二压力调节单元、第二变压吸附单元和回用解吸气处理单元；
[0007]以及，所述第二变压吸附单元还与所述第一压力调节单元连接，以将所述第二变压吸附单元输出的产品气输送回第一压力调节单元进行循环吸附处理，所述第一变压吸附单元还与氢燃料电池堆单元连接；
[0008]其中，所述第一分离净化单元至少用于除去含氢废气中的焦油、挥发性有机物及碳原子数为2的有机化合物中的至少一种杂质，所述第二分离净化单元至少用于除去含氢废气中的氧气和/或水分，所述第一变压吸附单元和第二变压吸附单元至少用于分离出产品气和满足回用条件的解吸气；
[0009]所述第一压力调节单元、第二压力调节单元至少用于调节管路中气体的输送压力；
[0010]所述回用解吸气处理单元至少用于收集储存解吸气；
[0011]所述氢燃料电池堆单元至少用于将所述产品气转化为电能。
[0012]本专利技术实施例还提供了一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电的方法，其包括：
[0013]1)将含氢废气经除尘处理后输入包括除焦油机构、除挥发性有机物机构的第一分离净化单元中，以脱除含氢废气中的焦油、挥发性有机物及碳原子数为2的有机化合物；
[0014]2)将预处理后的混合气体的压力调节至0.8-2.2Mpa后输入包括脱氧机构、脱水机构的第二分离净化单元中，以将混合气体中的O2含量降至1ppm以下，水分含量降至0.5％以下；
[0015]3)将脱水后的混合气体输入包含多个吸附塔的第一PSA变压吸附机构中进行变压吸附处理，将第一PSA变压吸附机构中非吸附相的产品气输入氢燃料电池堆单元中进行发电，其中，所述产品气中H2含量≥99.97％、CO含量≤0.2ppm的产品气；
[0016]4)将第一PSA变压吸附机构产生的解吸气的压力调节至0.6Mpa后输入第二PSA变压吸附机构进行变压吸附处理，将第二PSA变压吸附机构中非吸附相的产品气的压力调节至0.8-2.2Mpa后输入第二分离净化单元中，将第二PSA变压吸附机构中的解吸气输入原生产流程再次循环利用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0018]1)本专利技术实施例提供的一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，资源利用率高，废气中的氢及可以回用的气体等有效气处理率达到100％、处理后的可以回用的气体回燃气管网继续利用，处理后合格的氢气用于燃料电池发电，清洁无污染，满足环保及能源可持续发展的要求；
[0019]2)本专利技术实施例提供的一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电方法，工艺简单，采用净化前处理和两级PSA耦合联用技术，实现了工业含氢废气的精密净化，从而达到氢燃料电池发电的需要，工艺简单，经济效益显著；
[0020]3)本专利技术实施例提供的一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电方法，环保清洁，相比于现有的燃烧和直排工艺，该技术更加清洁、环保，真正实现无污染物排放，实现化工废气的最清洁高效利用；
[0021]4)本专利技术实施例提供的一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电方法，处理成本低廉、处理效率高、无二次污染、所需设备规模小、工艺放大较容易，与传统含氢废气处理方法相比能最大限度的回收提纯氢资源。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例提供的一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电方法的流程示意图。
具体实施方式
[0024]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，得以提出本专利技术的技术方案。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。
[0025]本专利技术立足于工业含氢废气氢含量较低、杂质复杂的特点，提供了一种工业废气净化提纯氢气，并且耦合高效氢燃料电池清洁发电的工艺技术和方法，实现废气资源利用，并且回收纯化满足回用条件的气体，最大程度实现废气综合利用，实现环保与能源高效综合利用，具有重大的经济和社会效益。
[0026]本专利技术实施例提供了一种工业附加值高、分离净化成本低、杂质去除率高、可实现满足回用条件的气体回收二次利用、耦合氢燃料电池发电并网使用的系统和方法，解决工业含氢废气氢含量较低、杂质复杂、有用气体无法回收利用的问题，具有清洁、安全、高效等优点。
[0027]本专利技术实施例提供了一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，其包括：依次通过管路连接的第一分离净化单元、第一压力调节单元、第二分离净化单元、第一变压吸附单元、第二压力调节单元、第二变压吸附单元和回用解吸气处理单元；
[0028]以及，所述第二变压吸附单元还与所述第一压力调节单元连接，以将所述第二变压吸附单元输出的产品气输送回第一压力调节单元进行循环吸附处理，所述第一变压吸附单元还与氢燃料电池堆单元连接；
[0029]其中，所述第一分离净化单元至少用于除去含氢废气中的焦油、挥发性有机物及碳原子数为2的有机化合物中的至少一种杂质，所述第二分离净化单元至少用于除去含氢废气中的氧气和/或水分，所述第一变压吸附单元和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，其特征在于包括：依次通过管路连接的第一分离净化单元、第一压力调节单元、第二分离净化单元、第一变压吸附单元、第二压力调节单元、第二变压吸附单元和回用解吸气处理单元；以及，所述第二变压吸附单元还与所述第一压力调节单元连接，以将所述第二变压吸附单元输出的产品气输送回第一压力调节单元进行循环吸附处理，所述第一变压吸附单元还与氢燃料电池堆单元连接；其中，所述第一分离净化单元至少用于除去含氢废气中的焦油、挥发性有机物及碳原子数为2的有机化合物中的至少一种杂质，所述第二分离净化单元至少用于除去含氢废气中的氧气和/或水分，所述第一变压吸附单元和第二变压吸附单元至少用于分离出产品气和满足回用条件的解吸气；所述第一压力调节单元、第二压力调节单元至少用于调节管路中气体的输送压力；所述回用解吸气处理单元至少用于收集储存解吸气；所述氢燃料电池堆单元至少用于将所述产品气转化为电能。2.根据权利要求1所述工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述第一分离净化单元包括除焦油机构和/或除挥发性有机物机构；优选的，所述第一分离净化单元还包括第一气体缓冲机构，所述除焦油机构、除挥发性有机物机构、第一气体缓冲机构依次通过管路连接，所述第一气体缓冲机构还与所述第一压力调节单元连接；优选的，所述第一气体缓冲机构包括缓冲罐或气囊。3.根据权利要求1所述工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述第一压力调节单元和第二压力调节单元均包括增压压缩机、稳压阀组、减压阀组中的任意一者或两者以上的组合。4.根据权利要求1所述工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述第二分离净化单元包括脱氧机构和/或脱水机构；优选的，所述脱氧机构包括脱氧塔，所述脱水机构包括脱水塔；和/或，所述第一变压吸附单元和第二变压吸附单元均包括PSA变压吸附机构；优选的，所述PSA变压吸附机构包括至少一个吸附塔和至少一个缓冲罐，所述吸附塔和缓冲罐通过管路连接。5.根据权利要求1所述工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述回用解吸气处理单元包括依次串连的第二气体缓冲机构和第一减压机构，所述第一减压机构还与燃料气管网连接；优选的，所述第二气体缓冲机构包括缓冲罐或气囊，所述第一减压机构包括减压阀组；和/或，所述氢燃料电池堆单元包括质子交换膜氢燃料电池和与之配套的水系统、气系统。6.根据权利要求1所述工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述第一变压吸附单元还经产品气处理单元与所述氢燃料电池堆单元连接，所述产品气处理单元至少用于收集、释放产品气；优选的，所述产品气处理单元包括第三气体缓冲机构和第二减压机构，所述第三气体缓冲机构和第二减压机构依次连接；
优选的，所述第三气体缓冲机构包括缓冲罐或气囊，所述第二减压机构包括减压阀组；和/或，所述工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电池发电系统还包括逆变及并网单元，所述逆变及并网单元与所述氢燃料电池堆单元连接，所述逆变及并网单元至少用于将氢燃料电池堆单元产生的电能并网使用；优选的，所述逆变并网单元包括能量回馈机构，所述能量回馈机构包括单向逆变器或双向储能逆变器，所述能量回馈机构依次通过三相桥式变换器、变压器与电网连接。7.根据权利要求1所述工业含氢废气净化分离耦合氢燃料电...

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