一种甲烷水合物分解-电解燃料电池制造技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，本发明专利技术提供了一种甲烷水合物分解

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷水合物分解
‑
电解燃料电池


[0001]本专利技术涉及燃料电池
,尤其涉及一种甲烷水合物分解
‑
电解燃料电池。

技术介绍

[0002]对于能源利用来说，研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已经成为实现绿色化发展的重要趋势，而燃料电池技术的应用被普遍视为一种有效的解决方案。甲烷是进入未来碳约束世界的过渡燃料，也是重要的温室气体。CH4和水电解之后的H2均是优质的燃料电池原料。由于煤层条件和抽采技术水平的限制，抽采出的煤矿瓦斯中低浓度煤矿瓦斯大量排空，不仅造成极大的资源浪费，还加剧了温室效应。目前低浓度瓦斯发电技术还不完善，低浓度瓦斯利用难度高，且其分离和储运过程存在较大的瓦斯气体爆炸风险。
[0003]为提高煤矿瓦斯能源利用率，降低瓦斯储运过程的爆炸风险，必须进一步加大低浓度煤矿瓦斯的高效利用率。因此，研究一种以低浓度煤矿瓦斯为原料进行供电的燃料电池，具有重要的价值和意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种甲烷水合物分解
‑
电解燃料电池。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种甲烷水合物分解
‑
电解燃料电池，包含低浓度瓦斯气体分离模块、甲烷水合物生成模块、反应模块和二氧化碳捕获模块；
[0007]低浓度瓦斯气体分离模块包含压力控制检测单元、温度控制检测单元和气体处理单元；
[0008]甲烷水合物生成模块包含压力控制监控单元、温度控制监控单元、气体消耗量监控单元和水合物生成辅助单元；
[0009]反应模块包含甲烷水合物分解单元、电解水反应单元、甲烷燃料电池反应单元、控制单元和能源输出单元；
[0010]二氧化碳捕获模块包含二氧化碳分离捕获单元和二氧化碳储存单元。
[0011]作为优选，所述低浓度瓦斯气体分离模块采用液化法控制温度分离瓦斯或变压吸附法分离变压吸附床层压力循环分离瓦斯。
[0012]作为优选，甲烷水合物生成模块中，反应压力为3～10MPa，反应温度为1～10℃；水合物生成辅助单元包含热力学促进剂、表面活性剂和多孔介质中的一种或几种，水合物生成在搅拌条件下进行，搅拌速率为300～1200r/min。
[0013]作为优选，所述热力学促进剂包含四氢呋喃、四丁基溴化铵和环戊烷中的一种或几种；所述表面活性剂包含十二烷基硫酸钠、聚甲醛、月桂基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基硫酸钠和十六烷基硫酸钠中的一种或几种；所述多孔介质包含SiO2多孔材料、泡沫金属和微格金属中的一种或几种。
[0014]作为优选，甲烷水合物分解单元中，反应温度为5～10℃，反应压力为0.1MPa。
[0015]作为优选，电解水反应单元中，水的电阻为17～19MΩ
·
cm，阴极催化剂为Pt、Rh或Pd，极板为不锈钢板，集电器为多孔钛板。
[0016]作为优选，甲烷燃料电池反应单元中，氢燃料电池的电极材料为金属铂或石墨，甲烷燃料电池的正极为铜和陶瓷的混合物或多孔镍，负极为多孔镍，阳极催化剂为Pt/C或Pt
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Ru/C。
[0017]作为优选，控制单元包含温度传感器、压力传感器、水量控制系统和热控制系统。
[0018]作为优选，二氧化碳储存单元中，储存温度为
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5～10℃，储存压力为0.1～3MPa，储存形式为二氧化碳水合物。
[0019]本专利技术的有益效果包括：
[0020]本专利技术主要根据低浓度瓦斯以及瓦斯水合物的性质和煤矿地理位置提供了一种甲烷水合物分解
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电解燃料电池。煤矿开采大多为低浓度瓦斯，考虑煤矿地理位置和特征比较复杂，不便于交通运输和能源供给，本专利技术以低浓度瓦斯为原料经过一系列反应处理形成燃料电池，低浓度瓦斯得到高效利用，将低浓度瓦斯进行分解提纯，以水合物的形式进行储存和运输，以燃料电池的形式为煤矿提供能源供给，解决了煤矿瓦斯中低浓度煤矿瓦斯大量排空问题。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的甲烷水合物分解
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电解燃料电池的侧视图，其中，1为分离反应釜、2为进气口、3为温度传感器、4为压力传感器、5为二氧化碳储气罐、6为氮气储气罐、7为甲烷储气罐、8为搅拌器、9为水合物生成分解复合反应釜、10为泄压阀、11为过滤器、12为水循环系统、13为载荷、14为电解质、15为甲烷燃料电池负极、16为甲烷燃料电池正极、17为氧气供应罐、18为热控制系统、19为废气储存罐、20为水量监控系统、21为阳极板、22为阴极板、23为直流电源、24为氢燃料电池负极、25为氢燃料电池正极、26为多孔介质、27为氢气储罐；
[0022]图2为本专利技术的甲烷水合物分解
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电解燃料电池的工作流程图。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种甲烷水合物分解
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电解燃料电池，包含低浓度瓦斯气体分离模块、甲烷水合物生成模块、反应模块和二氧化碳捕获模块；
[0024]低浓度瓦斯气体分离模块包含压力控制检测单元、温度控制检测单元和气体处理单元；
[0025]甲烷水合物生成模块包含压力控制监控单元、温度控制监控单元、气体消耗量监控单元和水合物生成辅助单元；
[0026]反应模块包含甲烷水合物分解单元、电解水反应单元、甲烷燃料电池反应单元、控制单元和能源输出单元；
[0027]二氧化碳捕获模块包含二氧化碳分离捕获单元和二氧化碳储存单元。
[0028]低浓度瓦斯气体分离，优选利用液化浓缩提纯的方法来加大煤矿瓦斯中的瓦斯浓度，即甲烷的浓度。方法主要有低温精馏法、膜分离法、溶剂法、合成水合物法和变压吸附法。瓦斯的具体浓度由勘测部门提供。
[0029]本专利技术所述低浓度瓦斯气体分离模块优选采用液化法控制温度分离瓦斯或变压吸附法分离变压吸附床层压力循环分离瓦斯；所述液化法控制温度分离瓦斯设置温度传感器和压力传感器对温度和压力进行实时监控并控制其在指定区间，温度传感器为主要分离依据，以保证利用温度梯度分离出气体。低浓度瓦斯气体主要包含甲烷(沸点为
‑
161.5℃)、二氧化碳(沸点为
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78.5℃)、氮气(沸点为
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196℃)；本专利技术优选控制反应釜内温度为
‑
196～
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161.5℃(包含
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196℃，不包含
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161.5℃)，分离出氮气；反应釜内温度为
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161.5～
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78.5℃(包含
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161.5℃，不包含
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78.5℃)，分离出甲烷，反应釜内温度≥
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78.5℃，分离出二氧化碳，低浓度瓦斯气体分离模块分离出的甲烷进入甲烷水合物生成模块。
[0030]本专利技术所述变压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷水合物分解
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电解燃料电池，其特征在于，包含低浓度瓦斯气体分离模块、甲烷水合物生成模块、反应模块和二氧化碳捕获模块；低浓度瓦斯气体分离模块包含压力控制检测单元、温度控制检测单元和气体处理单元；甲烷水合物生成模块包含压力控制监控单元、温度控制监控单元、气体消耗量监控单元和水合物生成辅助单元；反应模块包含甲烷水合物分解单元、电解水反应单元、甲烷燃料电池反应单元、控制单元和能源输出单元；二氧化碳捕获模块包含二氧化碳分离捕获单元和二氧化碳储存单元。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述低浓度瓦斯气体分离模块采用液化法控制温度分离瓦斯或变压吸附法分离变压吸附床层压力循环分离瓦斯。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，甲烷水合物生成模块中，反应压力为3～10MPa，反应温度为1～10℃；水合物生成辅助单元包含热力学促进剂、表面活性剂和多孔介质中的一种或几种，水合物生成在搅拌条件下进行，搅拌速率为300～1200r/min。4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述热力学促进剂包含四氢呋喃、四丁基溴化铵和环戊烷中的一种或几种；所述表面活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兰云，徐永亮，王燕，李瑶，冯威，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：