一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统及工作方法与流程

本发明涉及能源综合利用，具体地说是涉及一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统及工作方法。

背景技术：

1、能源是人类生存和发展的基石，化石能源作为不可再生能源已经不能满足如今快速发展的经济需求，同时，在碳达峰碳中和理念的倡导下，绿色清洁能源是如今的能源发展趋势。氢能具有来源广泛、清洁环保、高效灵活、应用范围广泛等优势，是目前极具潜力的一种新型能源。

2、氢气的制取包括多种途径，其中电解水制氢技术绿色环保，氢气纯度高，但是其电能消耗较大，为减少化工生产中的能耗和降低成本，利用甲醇蒸气重整制取氢气，是一种先进可行的方法，氢气收率高，能量利用合理，过程控制简单，便于工业操作。

3、燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，以及该复合系统的工作方法。本发明将甲醇重整制氢装置与燃料电池进行有效结合，能够实现能源的高效多元化利用。

2、本发明所采用的技术解决方案是：

3、一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，包括甲醇重整制氢反应器、选择性催化氧化反应器和燃料电池；

4、甲醇重整制氢反应器通过第六运输支路连接甲醇预热器，甲醇预热器通过第一运输支路连接甲醇储罐，在第一运输支路上设置有甲醇泵；

5、甲醇重整制氢反应器还通过第十三运输支路连接第一电加热器；

6、甲醇重整制氢反应器通过第八运输支路连接选择性催化氧化反应器，选择性催化氧化反应器通过第九运输支路连接外界空气；

7、选择性催化氧化反应器的气体出口与燃料电池连接，燃料电池通过第十二运输支路与第十三运输支路或甲醇重整制氢反应器连接。

8、优选的，该复合系统还包括第一换热器和第二换热器，第五运输支路与第二换热器连接，第二换热器通过第四运输支路与第一换热器连接，第一换热器通过第二运输支路连接第一通断阀，第一通断阀连接水泵；

9、所述甲醇重整制氢反应器通过第十四运输支路连接第二换热器，第二换热器与第十五运输支路连接；

10、所述选择性催化氧化反应器通过第十运输支路连接第一换热器，第一换热器通过第十一运输支路连接燃料电池。

11、优选的，该复合系统还包括第三换热器，第三换热器通过第二十一运输支路连接燃料电池；

12、第三换热器通过第十八运输支路连接第二通断阀，第二通断阀通过第十六运输支路连接燃料电池；

13、第二通断阀通过第十七运输支路与第一通断阀连接，第一通断阀通过第十九运输支路连接甲醇预热器，甲醇预热器通过第二十运输支路连接燃料电池。

14、优选的，所述第六运输支路与第二电加热器连接，第二电加热器通过第七运输支路连接甲醇重整制氢反应器。

15、优选的，所述甲醇重整制氢反应器包括氢气催化燃烧反应管道和甲醇水蒸气催化重整反应管道，氢气催化燃烧反应管道和甲醇水蒸气催化重整反应管道呈交错布置；

16、所述氢气催化燃烧反应管道和甲醇水蒸气催化重整反应管道均内置于反应器壳体中，在反应器壳体的内部填充有导热油。

17、优选的，所述氢气催化燃烧反应管道通过第十三运输支路连接第一电加热器，氢气催化燃烧反应管道通过第五运输支路连接第二换热器的出口，通过第十四运输支路连接第二换热器的入口；

18、所述甲醇水蒸气催化重整反应管道通过第六运输支路连接甲醇预热器，通过第五运输支路连接第二换热器，通过第八运输支路连接选择性催化氧化反应器。

19、优选的，所述第九运输支路上设置有电磁调节阀和流量计。

20、优选的，所述甲醇预热器、第一换热器、第二换热器和第三换热器采用管壳式换热器、套管式换热器或者钎焊板式换热器。

21、如上所述的复合系统的工作方法，包括以下步骤：

22、(1)通过第一电加热器加热空气，然后通过第十三运输支路进入甲醇重整制氢反应器，进行预热；将甲醇储罐的甲醇通入甲醇预热器，然后通过第六运输支路进入甲醇重整制氢反应器，被空气催化氧化；

23、(2)启动甲醇泵和水泵，甲醇通过第一运输支路进入甲醇预热器预热，然后通过第六运输支路进入甲醇重整制氢反应器；当甲醇重整制氢反应器中导热油温度超过设定阈值时，启动水泵，水通过第五运输支路进入甲醇重整制氢反应器，甲醇和水发生重整反应，产生富氢气体；

24、(3)富氢气体通过第八运输支路进入选择性催化氧化反应器，去除其中的杂质气体，氢气经第十运输支路进入第一换热器换热，然后通过第十一运输支路进入燃料电池，用作反应原料气；

25、(4)启动燃料电池，由燃料电池的富氢尾气进入甲醇重整制氢反应器，进入正常运行状态；

26、(5)运行阶段：燃料电池冷却水气化进料甲醇得到甲醇气，进料的热水经过选择性催化氧化后的重整气及催化燃烧烟气换热气化后得到水蒸气，水蒸气和甲醇气进入甲醇重整反应器，发生甲醇重整反应，重整后的富氢气体利用选择性催化氧化反应器去除剩余的甲醇和co，然后通过第十运输支路和第十一运输支路进入燃料电池，并进行燃烧发电，燃料电池的富氢尾气进入甲醇重整制氢反应器，发生氢气催化燃烧反应，为甲醇重整制氢反应器提供热量。

27、本发明的有益技术效果是：

28、(1)本发明将甲醇重整制氢装置与燃料电池进行有效结合，能够实现能源的高效多元化利用，通过热量回收和综合利用，提高了整个甲醇发电系统的能效，在输出电力的同时能够通过换热器进行热量交换，实现多余热量的有效利用。相较传统发电装置提升了对燃料中所含能量的利用率。

29、(2)本发明通过集成催化燃烧和催化重整，即甲醇重整制氢反应器包括氢气催化燃烧反应管道和甲醇水蒸气催化重整反应管道，并通过外部导热油进行热量交换，实现了反应和供热装置集约化，减少了整个反应系统的空间占用。

30、(3)本发明复合系统可实现不依赖外部能源冷启动，避免了启动阶段需要能源供应的问题。

31、(4)本发明复合系统不仅能够实现向外输出电能，同时还能够提供热能，减少系统的能量耗散，实现能量的多元化输出利用，提高能量利用效率，更有利于节能减排绿色发展。

技术特征：

1.一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，其特征在于：包括甲醇重整制氢反应器、选择性催化氧化反应器和燃料电池；

2.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，其特征在于：该复合系统还包括第一换热器和第二换热器，第五运输支路与第二换热器连接，第二换热器通过第四运输支路与第一换热器连接，第一换热器通过第二运输支路连接第一通断阀，第一通断阀连接水泵；

3.根据权利要求2所述的一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，其特征在于：该复合系统还包括第三换热器，第三换热器通过第二十一运输支路连接燃料电池；

4.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，其特征在于：所述第六运输支路与第二电加热器连接，第二电加热器通过第七运输支路连接甲醇重整制氢反应器。

5.根据权利要求3所述的一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，其特征在于：所述甲醇重整制氢反应器包括氢气催化燃烧反应管道和甲醇水蒸气催化重整反应管道，氢气催化燃烧反应管道和甲醇水蒸气催化重整反应管道呈交错布置；

6.根据权利要求5所述的一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，其特征在于：所述氢气催化燃烧反应管道通过第十三运输支路连接第一电加热器，氢气催化燃烧反应管道通过第五运输支路连接第二换热器的出口，通过第十四运输支路连接第二换热器的入口；

7.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，其特征在于：所述第九运输支路上设置有电磁调节阀和流量计。

8.根据权利要求3所述的一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统，其特征在于：所述甲醇预热器、第一换热器、第二换热器和第三换热器采用管壳式换热器、套管式换热器或者钎焊板式换热器。

9.如权利要求1-8中任一所述的复合系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种甲醇重整制氢供能燃料电池复合系统及工作方法，该系统包括甲醇重整制氢反应器、选择性催化氧化反应器和燃料电池；甲醇重整制氢反应器通过第六运输支路连接甲醇预热器，甲醇预热器通过第一运输支路连接甲醇储罐；甲醇重整制氢反应器通过第八运输支路连接选择性催化氧化反应器，选择性催化氧化反应器通过第九运输支路连接外界空气；选择性催化氧化反应器的气体出口与燃料电池连接，燃料电池通过第十二运输支路与第十三运输支路或甲醇重整制氢反应器连接。本发明将甲醇重整制氢装置与燃料电池进行有效结合，在输出电力的同时能够通过换热器进行热量交换，实现多余热量的有效利用。

技术研发人员：徐宏宁,范皓文,王杰
受保护的技术使用者：青岛创启信德新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8