一种适用于水下密闭空间的甲醇重整制氢系统技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于水下密闭空间的甲醇重整制氢系统，包括重整反应单元

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水下密闭空间的甲醇重整制氢系统


[0001]本专利技术涉及特种动力领域，进一步地涉及一种适用于水下密闭空间的甲醇重整制氢系统
。

技术介绍

[0002]氢气作为燃料电池最佳燃料，存在点火能量小
、
爆炸极限范围宽
、
体积密度低等特点，导致在水下应用时，存在安全性差
、
储氢密度低
、
存储加注困难，直接影响水下潜器的续航力
、
能量密度
、
安全性等关键指标，制约了燃料电池在船舶的应用和推广
。
[0003]甲醇是一种高密度储氢液体，通过重整制氢，可在线实时提供高纯氢气，相比高压气态储氢
、
低温液态储氢
、
金属储氢
、
有机液体储氢技术，其优势主要体现在：
[0004](1)
本质安全
。
氢气现用现制，不用存储大量
、
高压氢气，安全可靠
。
[0005](2)
储氢密度高
。
甲醇的理论储氢密度达
12.5
％，当甲醇重整制氢与燃料电池匹配应用时，通过液态水循环利用，理论储氢密度可达
18.75
％
。
[0006](3)
体积能量密度高
。
常温常压下甲醇的体积能量密度为
16.6MJ/L,70MPa
的高压氢气的体积能量密度为
4.9MJ/L/>，
21K
液氢的体积能量密度为
8.4MJ/L
，甲醇体积能量密度是
70MPa
高压氢气的3倍以上，是低温液氢的2倍
。
[0007](4)
燃料存储
、
加注方便，无需改造船坞
。
甲醇作为液态燃料，可常温常压存储，同时可利用现有的输送
、
加注体系实现远距离输送
、
加注
。
[0008]专利申请号
201410741183.2
和
201410736363.1
，提出了一种封闭式甲醇水蒸气重整燃电池氢源系统和制氢方法，该专利的工艺流程：甲醇水重整反应后，通过
CO
选择性反应器将
CO
氧化为
CO2，后经冷却
、
气水分离，重整混合气中的
CO<10ppm
，通入
PEM
燃料电池，燃料电池的阳极尾气与氧气的反应热为重整器和蒸发器供热
。
重整器
、
蒸发器出来的反应气体，经气水分离，
CO2经压缩部分封存在
CO2储备装置中，另一部分
CO2循环使用，用于调节燃烧器温度
。
该装置实现了系统封闭运行，但在水下应用时，
CO2储备装置的容量直接影响甲醇重整制氢装置的工作时间，从而影响水下续航力等关键指标
。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种适用于水下密闭空间的甲醇重整制氢系统，甲醇和水在一定的温度和压力下，在催化剂作用下发生重整反应，重整反应后的高温混合气经提纯，为燃料电池提供高纯氢气，提纯后的余气进入燃烧器燃烧，为重整反应供热
。
该系统能源利用率高，且无需增加
CO2储存装置，可以携带更多的甲醇燃料进行制氢，保证长时间运行的安全性和可行性
。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0011]一种适用于水下密闭空间的甲醇重整制氢系统，包括重整反应单元
、
钯膜提纯单元和燃烧供热单元，所述重整反应单元包括甲醇水蒸发器和重整反应器，所述甲醇水蒸发器用于将甲醇和脱盐水的混合物加热至重整反应所需温度，所述甲醇水蒸发器连通所述重
整反应器的入口，将所述混合物送入所述重整反应器，在所述重整反应器内，所述混合物在催化剂的作用下发生反应，生成重整混合气；所述钯膜提纯单元包括钯膜纯化器，所述钯膜纯化器的入口连通所述重整反应器的出口，所述钯膜纯化器具有氢气出口和余气出口，所述钯膜纯化器用于提纯所述重整混合气中的氢气并由所述氢气出口输出至燃料电池进行发电；所述燃烧供热单元包括高压燃烧器和用于为燃烧供氧的液氧供应单元，所述高压燃烧器设有甲醇入口
、
余气入口
、
供氧入口和燃烧尾气出口；所述液氧供应单元包括高压液氧储罐和液氧蒸发换热器，所述高压液氧储罐经所述液氧蒸发换热器与所述高压燃烧器的供氧入口连接；所述高压燃烧器的余气入口连通所述钯膜纯化器的余气出口，所述重整混合气经所述钯膜纯化器提纯得到的余气在所述高压燃烧器内与液氧进行燃烧；所述高压燃烧器的燃烧尾气出口依次连通所述重整反应器
、
所述甲醇水蒸发器和所述液氧蒸发换热器，用于将高温燃烧尾气的热量供应给所述重整反应器
、
所述甲醇水蒸发器和所述液氧蒸发换热器后排出
。
[0012]一些技术方案中，甲醇燃烧补充支路，所述甲醇燃烧补充支路与所述高压燃烧器的甲醇入口连通，用于在所述余气燃烧供热不足时向所述高压燃烧器内补充甲醇进行燃烧为系统供热
。
[0013]一些技术方案中，所述甲醇燃烧补充支路上还设有甲醇预热器，所述甲醇预热器与所述高压燃烧器的燃烧尾气出口连通，用于利用高温燃烧尾气的热量提前预热补充的甲醇，提高系统能源利用率
。
[0014]一些技术方案中，所述燃烧供热单元还包括排气背压阀，所述排气背压阀用于控制系统背压，将换热后的高压燃烧尾气排出
。
[0015]一些技术方案中，所述重整反应单元还包括脱盐水储罐
、
甲醇储罐和用于混合甲醇和脱盐水的甲醇水混合器，所述甲醇水混合器的出口连通所述甲醇水蒸发器
。
[0016]一些技术方案中，所述液氧供应单元还包括用于精确控制燃烧供氧量的低温阀和流量控制器，所述低温阀设置在所述高压液氧储罐和所述液氧蒸发换热器之间的管路上，所述流量控制器设置在所述液氧蒸发换热器和所述高压燃烧器之间的管路上
。
[0017]一些技术方案中，所述钯膜提纯单元还包括设置在所述钯膜纯化器下游的氢气冷却器，用于冷却通入所述燃料电池的氢气
。
[0018]一些技术方案中，所述重整反应单元和所述钯膜提纯单元均设有调温装置，所述调温装置用于控制所述重整反应器和所述钯膜纯化器的运行温度
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术所提供的适用于水下密闭空间的甲醇重整制氢系统具有以下有益效果：
[0020]1、
甲醇和脱盐水重整后，提纯的余气与氧气在高压燃烧器内进行氧化反应生成的高温高压燃烧尾气依次流经重整反应器
、
甲醇水蒸发器
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于水下密闭空间的甲醇重整制氢系统，其特征在于，包括重整反应单元
、
钯膜提纯单元和燃烧供热单元，所述重整反应单元包括甲醇水蒸发器和重整反应器，所述甲醇水蒸发器用于将甲醇和脱盐水的混合物加热至重整反应所需温度，所述甲醇水蒸发器连通所述重整反应器的入口，将所述混合物送入所述重整反应器，在所述重整反应器内，所述混合物在催化剂的作用下发生反应，生成重整混合气；所述钯膜提纯单元包括钯膜纯化器，所述钯膜纯化器的入口连通所述重整反应器的出口，所述钯膜纯化器设有氢气出口和余气出口，所述钯膜纯化器用于提纯所述重整混合气中的氢气并由所述氢气出口输出至燃料电池进行发电；所述燃烧供热单元包括高压燃烧器和用于为燃烧供氧的液氧供应单元，所述高压燃烧器设有甲醇入口
、
余气入口
、
供氧入口和燃烧尾气出口；所述液氧供应单元包括高压液氧储罐和液氧蒸发换热器，所述高压液氧储罐经所述液氧蒸发换热器与所述高压燃烧器的供氧入口连接；所述高压燃烧器的余气入口连通所述钯膜纯化器的余气出口，所述重整混合气经所述钯膜纯化器提纯得到的余气在所述高压燃烧器内与液氧进行燃烧；所述高压燃烧器的燃烧尾气出口依次连通所述重整反应器
、
所述甲醇水蒸发器和所述液氧蒸发换热器，将高温燃烧尾气的热量依次供应给所述重整反应器
、
所述甲醇水蒸发器和所述液氧蒸发换热器后排出
。2.
根据权利要求1所述的甲醇重整制氢系统，其特征在于，还包括：甲醇燃烧补充支路，所述甲醇燃烧补充支路与所述高压燃烧器的甲醇入口连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜忠选，王林涛，李海亮，林志民，孙春华，石汪权，杨振威，邓笔财，刘俊毅，郭晓宁，王晓磊，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：