[實用新型]乙醇重整燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720605421.6
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN206907859U
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 碗海鷹;碗山鷹;王源
• 申請（專利權(quán)）人: 晉城市阿邦迪能源有限公司
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M8/04014;H01M8/04225
• 代理公司: 太原倍智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)14111
• 代理人: 張宏

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種乙醇重整制氫的小型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

以目前全球?qū)κ怯上牡乃俣扔嬎悖厍虻氖蛢α磕軌蚓S持20a。煤的儲量能夠維持70a。因此，化石能源將逐漸被非化石能源取代。

在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀最理想的能源。在燃燒相同的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境。

燃料電池是把氫能轉(zhuǎn)化為電能的最佳載體。目前燃料電池的氫氣來源的四種基本方式（電解水、氣化、重油的部分氧化和醇類重整反應(yīng)）中，醇類燃料由于其獨特的優(yōu)點而倍受矚目。但甲醇的毒性和不可再生性使乙醇作為無毒和可再生能源，呈現(xiàn)出優(yōu)勢。與燃料電池的其他燃料相比，乙醇具有獨特的優(yōu)點：第一，從原料來源看，乙醇既可從化石資源中獲取，還可從自然界中直接獲取，如通過谷物和糖類的發(fā)酵制取，通過生物質(zhì)降解等，因此，化石資源耗盡后，仍可利用地球表面植被和農(nóng)作物來獲得乙醇作為燃料；第二，是乙醇在存儲和處理上的安全性。乙醇常溫常壓下為液態(tài)，還可處理成固態(tài)，利于存儲和運輸。乙醇毒性非常低，使其在處理和使用上安全性提高。第三，乙醇在催化劑上具有熱擴散性，在高活性的催化劑上，乙醇重整在低溫范圍發(fā)生；第四是乙醇的比能量遠遠高于甲醇和氫氣。

乙醇低溫水蒸氣重整在300-550℃范圍內(nèi)，高溫水蒸氣重整在650-930℃范圍內(nèi)。乙醇高溫水蒸氣重整反應(yīng)的有害副產(chǎn)物主要為一氧化碳，但經(jīng)過后續(xù)步驟的水汽轉(zhuǎn)換和一氧化碳的選擇性氧化，濃度可低于幾十個10^-5。但在高溫下會有碳的析出。析出的碳覆蓋堆積在催化劑的表面將會引起催化的失活，因此高溫時生產(chǎn)的碳是重整制氫的另一個有害副產(chǎn)物。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種乙醇重整燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

為解決以上技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種乙醇重整燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括燃燒室、重整反應(yīng)室以及蒸發(fā)器，所述的燃燒室用于乙醇與助燃劑燃燒產(chǎn)生熱量，燃燒室與燃料乙醇輸入管和助燃劑輸入管相連；所述的蒸發(fā)器用于交換燃燒室的熱量將原料乙醇和水汽化，蒸發(fā)器的輸入端口與原料乙醇輸入管和原料水輸入管相連，蒸發(fā)器的輸出端口與重整反應(yīng)室相連；所述的重整反應(yīng)室用于原料乙醇與水進行重整反應(yīng)產(chǎn)生重整合成氣，重整反應(yīng)室上有原料混合氣輸入端口和重整合成氣輸出端口，原料混合氣輸入端口與蒸發(fā)器的輸出端口相連；重整反應(yīng)室內(nèi)設(shè)兩層催化劑固定床，第一催化劑固定床內(nèi)固定載Pd催化劑，第二催化劑固定床內(nèi)固定Ni基催化劑，重整合成氣輸出端口連接CO凈化反應(yīng)室，CO凈化反應(yīng)室輸出端口連接質(zhì)子交換膜燃料電池。

甲醇重整反應(yīng)器啟動時，燃料乙醇與助燃劑空氣或氧氣混合，噴到燃燒室中，在點火器的作用下迅速燃燒產(chǎn)生熱。燃燒室產(chǎn)生的熱量迅速向蒸發(fā)器和重整反應(yīng)室內(nèi)腔傳導(dǎo)，原料乙醇和水在蒸發(fā)器內(nèi)汽化形成原料混合氣體，熱的混合氣體進入重整反應(yīng)室在催化劑的作用下發(fā)生重整反應(yīng)產(chǎn)生富氫氣體。富氫氣體進一步經(jīng)過CO凈化反應(yīng)室降低CO含量，然后輸送至燃料電池產(chǎn)生電力，沒有完全使用的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物會送回燃燒室為反應(yīng)提供熱量。

重整反應(yīng)室內(nèi)，乙醇首先經(jīng)過第一催化劑固定床，在載Pd催化劑作用下轉(zhuǎn)化為甲烷、碳氧化物和氫，然后再經(jīng)過第二催化劑固定床，在Ni基催化劑作用下進行甲烷水蒸氣重整把上述混合物轉(zhuǎn)化為合成氣，采用兩層催化劑的重整反應(yīng)時可以防止焦炭的形成并能提供接近平衡氣的合成氣。

本實用新型所述的乙醇重整燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，使用乙醇作為燃料和重整原料，乙醇在存儲和處理上的安全性。在啟動時乙醇燃燒產(chǎn)生熱，提供重整反應(yīng)所需要的溫度，與傳統(tǒng)重整反應(yīng)器相比，一方面，直接使用液體燃料簡化結(jié)構(gòu)，另一方面點燃后即可快速加熱至所需的反應(yīng)溫度，減少了啟動時間，工作穩(wěn)定，可靠性強。

附圖說明

此處的附圖用來提供對本實用新型的進一步說明，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用來解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-燃燒室，2-重整反應(yīng)室，3-蒸發(fā)器，4-燃料乙醇輸入管，5-助燃劑輸入管，6-原料乙醇輸入管，7-原料水輸入管，8-CO凈化反應(yīng)室，9-質(zhì)子交換膜燃料電池，10-第一催化劑固定床，11-第二催化劑固定床，12-蠕動泵。

具體實施方式