燃料电池用集成式制氢装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种燃料电池用集成式制氢装置，包括：箱体；天然气换热管路，设置于所述箱体内，且所述天然气换热管路的入口由箱体的一侧伸出；水蒸气换热管路，设置于所述箱体内，且所述水蒸气换热管路的入口由箱体的另一侧伸出；重整入口混合器，设置于所述箱体内，其第一入口与所述天然气换热管路的出口连通，其第二入口与所述水蒸气换热管路的出口连通；重整反应器，设置于所述箱体内且位于所述重整入口混合器的下方，所述重整反应器的顶部入口与所述重整入口混合器的出口连通；燃烧器，设置于所述箱体内且位于所述重整反应器的下方，其第一入口接入天然气输入管路，其第二入口接入空气输入管路，所述燃烧器用于使天然气和空气混合并燃烧。并燃烧。并燃烧。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池用集成式制氢装置


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体是关于一种燃料电池用集成式制氢装置。

技术介绍

[0002]燃料电池因能量利用率高、碳排放量少，被认为是未来重要的能源利用形式，根据电池中传导离子类型的区别主要分为氧化物类燃料电池和质子类燃料电池。其中高温氧化物燃料电池因整体效率高，有望替代燃机发电成为新一代发电技术的核心装备。然而无论是固体氧化物燃料电池还是质子交换膜燃料电池均需要碳氢化合物提供能源物质，其直接可利用的能源物质为氢气。燃料电池内部应具备稳定高效的制氢系统。
[0003]目前通用的制氢系统包括两类：外重整系统和内重整系统。内重整系统是指天然气通过燃料电池的电堆系统时既能实现氢气的制备，又能实现离子传导发电，是一种集成度更高的系统，然而该类系统目前尚处于不成熟的技术状态。外重整系统是指，碳氢化合物通过燃料电池外置的高效集成的制氢系统进行氢气制备，完成碳氢化合物的转化与氢气的制取，该技术往往需要将脱硫、蒸汽发生、换热、转化、变换等过程集成在一起，是一种高集成度、高效换热的过程。
[0004]目前，国内外对于此方面提出了多项改进方案和措施。例如：现有技术之一公开了一种天然气制氢与质子交换膜燃料电池集成发电的方法及装置，该技术提出了一种四换热的工艺方案，同时利用对质子交换膜燃料电池无毒害的制氢原料气天然气作为钯膜内侧的吹扫气，降低膜内侧的氢气分压，从而提高膜内外氢气分压压差，从而提高天然气重整制氢系统与燃料电池集成系统的整体发电效率。该方法采用多重换热，装置结构较为复杂，集成度相对较低；
[0005]现有技术之二公开了一种封闭式燃料电池氢源系统，包括甲醇供应装置、液氧装置、二氧化碳储备装置、水储备装置、导热油储备系统和甲醇制氢装置系统；其中：甲醇制氢装置中包括制燃烧蒸发器、重整器、燃烧器、一氧化碳选择性氧化反应器以及其他辅助系统；燃烧器、重整器、蒸发器和CO选择性氧化反应器的总体模块化。本专利技术的虽然能够实现整体系统的封闭运行，对甲醇燃料的消耗有一定节省作用，但该系统装置集成度低，不适用于小型的固体氧化物燃料电池的模块化使用。
[0006]现有技术之三公开了一种分体换热式富氢燃料重整制氢系统。该系统包括供热单元、原料加热换热器、重整器、CO净化脱除单元，重整器为换热与重整反应同时进行的板翅式反应器。该系统结构性对独立，可以实现对原料的灵活处置，系统相对稳定。但该装置模块化程度低，集成度低，有待进一步完善。
[0007]现有技术之四公开了一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供系统，包括天然气制氢系统、吸收式制冷系统、布雷顿循环系统、燃料电池、有机朗肯循环系统和供能系统。其中，天然气制氢系统通过布雷顿循环所提供的热源，以天然气为原料重整制氢；燃料电池以天然气为原料进行反应发电，产生的废气在驱动有机朗肯循环的运行后，继续给用户供热。灵活地实现了冷、热、电、氢的复合联供。该系统为冷、热、电、氢联供系统，制氢系
统热交换为整体设计，与单纯制氢系统存在较大差异。
[0008]因此，亟需一种紧凑式、集成高效换热、转化、变换的制氢装置，以解决上述问题。

技术实现思路

[0009]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种燃料电池用集成式制氢装置，能够将高效换热、转化和变换集成在一起，且结构简单、紧凑。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0011]本专利技术所述的燃料电池用集成式制氢装置，包括：箱体，用于为制氢过程提供密闭空间；天然气换热管路，设置于所述箱体内，且所述天然气换热管路的入口由箱体的一侧伸出，所述天然气换热管路用于通入天然气并对天然气进行换热；水蒸气换热管路，设置于所述箱体内，且所述水蒸气换热管路的入口由箱体的另一侧伸出，所述水蒸气换热管路用于通入水并对水进行换热，使其成为水蒸气；重整入口混合器，设置于所述箱体内，其第一入口与所述天然气换热管路的出口连通，其第二入口与所述水蒸气换热管路的出口连通，所述重整入口混合器用于将水蒸气和天然气混合；重整反应器，设置于所述箱体内且位于所述重整入口混合器的下方，所述重整反应器的顶部入口与所述重整入口混合器的出口连通，所述重整反应器用于使天然气和水蒸气在其中充分反应并生成CO和H2；燃烧器，设置于所述箱体内且位于所述重整反应器的下方，其第一入口接入天然气输入管路，其第二入口接入空气输入管路，所述燃烧器用于使天然气和空气混合并燃烧，为制氢过程提供高温条件。
[0012]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，还包括变换反应器，若干个变换反应器绕所述重整反应器周向设置且位于所述箱体内，每个所述变换反应器的入口通过变换反应入口管路与所述重整反应器的底部出口连通，其出口接入变换反应出口管路后汇入产品气输出管路，所述变换反应器用于将CO和水蒸气反应生成CO2和H2。
[0013]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，还包括烟气出口，所述烟气出口设置于所述箱体的顶部。
[0014]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，由空气输入管路通入燃烧器的空气与由天然气输入管路通入燃烧器的天然气的流量比为5:1—15:1。
[0015]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，所述重整反应器内设置有催化剂；所述重整反应器入口气中甲烷与水蒸气体积比为10
‑
2，入口气温度为500
‑
800℃；入口气硫含量小于0.1ppm。
[0016]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，所述催化剂为镍基催化剂，其空速为5000
‑
40000h
‑1。
[0017]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，所述天然气换热管路包括依次连接的天然气底部换热管路和天然气侧壁换热管路，常温状的天然气由天然气换热管路的入口通入，经天然气底部换热管路换热后温度为200～300℃，再经天然气侧壁换热管路换热后温度为400～450℃；所述水蒸气换热管路包括依次连接的水蒸气底部换热管路和水蒸气侧壁换热管路，常温状的水由水蒸气换热管路的入口通入蒸发为水蒸气，经水蒸气底部换热管路换热后温度为200～300℃，再经水蒸气侧壁换热管路换热后温度为400～450℃。
[0018]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，所述重整入口混合器的第一入口的
天然气和第二入口的水蒸气的温度分别为400～450℃；所述重整入口混合器的出口混合气体的温度为500
‑
800℃。
[0019]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，所述变换反应器的入口气体的温度为300
‑
500℃，其出口气体温度为400
‑
600℃，其输出的产品气一氧化碳含量小于1％。
[0020]所述的燃料电池用集成式制氢装置，优选地，所述箱体外层采用耐高温的材料制作，箱体内层采用耐高温的保温材料制作。
[0021]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0022](1)本专利技术系统集成度高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用集成式制氢装置，其特征在于，包括：箱体，用于为制氢过程提供密闭空间；天然气换热管路，设置于所述箱体内，且所述天然气换热管路的入口由箱体的一侧伸出，所述天然气换热管路用于通入天然气并对天然气进行换热；水蒸气换热管路，设置于所述箱体内，且所述水蒸气换热管路的入口由箱体的另一侧伸出，所述水蒸气换热管路用于通入水并对水进行换热，使其成为水蒸气；重整入口混合器，设置于所述箱体内，其第一入口与所述天然气换热管路的出口连通，其第二入口与所述水蒸气换热管路的出口连通，所述重整入口混合器用于将水蒸气和天然气混合；重整反应器，设置于所述箱体内且位于所述重整入口混合器的下方，所述重整反应器的顶部入口与所述重整入口混合器的出口连通，所述重整反应器用于使天然气和水蒸气在其中充分反应并生成CO和H2；燃烧器，设置于所述箱体内且位于所述重整反应器的下方，其第一入口接入天然气输入管路，其第二入口接入空气输入管路，所述燃烧器用于使天然气和空气混合并燃烧，为制氢过程提供高温条件。2.根据权利要求1所述的燃料电池用集成式制氢装置，其特征在于，还包括变换反应器，若干个变换反应器绕所述重整反应器周向设置且位于所述箱体内，每个所述变换反应器的入口通过变换反应入口管路与所述重整反应器的底部出口连通，其出口接入变换反应出口管路后汇入产品气输出管路，所述变换反应器用于将CO和水蒸气反应生成CO2和H2。3.根据权利要求1所述的燃料电池用集成式制氢装置，其特征在于，还包括烟气出口，所述烟气出口设置于所述箱体的顶部。4.根据权利要求1所述的燃料电池用集成式制氢装置，其特征在于，由空气输入管路通入燃烧器的空气与由天然气输入管路通入燃烧器的天然气的流量比为5:1—15:1。5.根据权利要求1所述的燃料电池用集成式制氢装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，侯海龙，王秀林，姚辉超，侯建国，王修康，张瑜，段品佳，穆祥宇，宋鹏飞，隋依言，周树辉，张雨晴，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：