[發明專利]針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置及PEMFC發電系統

有效

• 申請號: 201811415458.8
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109638324B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 梁鳳麗;束莉楠;毛軍逵;賀振宗;屠澤燦
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M4/92;H01M4/90
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

1.針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：該裝置為圓筒狀結構，其內部為三層結構，其中，最外層為燃燒反應室，中間層為重整催化反應室，最內層為水煤氣反應室，相鄰層之間設有間隔壁；燃燒反應室用于擔載燃燒催化劑，重整催化反應室用于擔載重整催化劑，水煤氣反應室用于擔載水煤氣反應催化劑，且水煤氣反應室內設有氫氣透過膜；重整催化反應室與水煤氣反應室相通，重整催化反應室生成的產物進入水煤氣反應室內繼續發生反應，產生的氫氣通過氫氣透過膜純化并收集。

2.根據權利要求1所述針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：所述燃燒催化劑包括主催化劑、載體和載體助劑。

3.根據權利要求2所述針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：燃燒催化劑中的主催化劑為貴金屬Pt或Ru，載體為Al₂O₃，載體助劑為金屬Ce、La、Zr或Y。

4.根據權利要求2或3所述針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：所述燃燒催化劑采用浸漬或者涂覆法制備而成。

5.根據權利要求1所述針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：所述重整催化劑包括主催化劑、催化助劑和載體助劑。

6.根據權利要求5所述針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：重整催化劑中的主催化劑為金屬Ni，催化助劑為貴金屬Pt、Ru或Pd，載體助劑為金屬Ce、La、Zr或Mg。

7.根據權利要求5或6所述針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：所述重整催化劑采用多步浸漬和中間高溫焙燒法制備而成。

8.根據權利要求1所述針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：所述水煤氣反應室分為前端反應室和后端反應室，其中，前端反應室采用Fe-Cr系氧化物催化劑，反應溫度為400~500℃；后端反應室采用CuO-ZnO-Al₂O₃系催化劑，反應溫度為200~300℃。

9.根據權利要求1所述針對多種碳氫燃料的一體化多套管結構的純氫催化裝置，其特征在于：所述氫氣透過膜為SSZ-13分子篩薄膜。

10.基于權利要求1所述純氫催化裝置的PEMFC發電系統，其特征在于：包括純氫催化裝置、質子交換膜燃料電池系統、能量耦合與控制系統、余熱回收利用系統、鋰電池系統、儲水罐、水蒸氣發生器、氧氣罐、雜質過濾機和燃料存儲罐；純氫催化裝置的出氣管與質子交換膜燃料電池系統的進氣管連接，純氫催化裝置的出氣管和質子交換膜燃料電池系統的出氣管分別與余熱回收利用系統的進氣管連接，余熱回收利用系統的出氣管與純氫催化裝置的進氣管連接；儲存有多種碳氫燃料的燃料存儲罐連接至雜質過濾機，過濾后的燃料從雜質過濾機的出口流入純氫催化裝置；儲水罐將水傳輸至水蒸氣發生器加熱，水蒸氣發生器內設有溫度傳感器，水蒸氣發生器將達到預設溫度的水蒸氣送入純氫催化裝置的重整催化反應室，而將未達到預設溫度的水蒸氣返回至儲水罐；氧氣罐中的氧氣通入純氫催化裝置的燃燒反應室與燃料發生燃燒反應，進入純氫催化裝置的重整催化反應室的水蒸氣與燃料發生重整反應，重整反應的產物進入水煤氣反應室發生水煤氣反應，反應產物中氫氣通過氫氣透過膜被純化并收集；在質子交換膜燃料電池系統中，純氫催化裝置產生的氫氣進入質子交換膜燃料電池系統的陽極，外部環境下的濕空氣通過空氣凈化膜過濾掉雜質后進入質子交換膜燃料電池系統的陰極；質子交換膜燃料電池系統產生的直流電進入能量耦合與控制系統，鋰電池系統與能量耦合與控制系統通過直流電相互連通，鋰電池系統作為質子交換膜燃料電池系統的輔助儲能裝置，用于緩沖質子交換膜燃料電池系統的動態負載；能量耦合與控制系統包括綜合熱管理系統和變流器，所述綜合熱管理系統用于控制質子交換膜燃料電池系統的電堆溫度、提供質子交換膜燃料電池系統的最佳的氣體通入流量以及控制鋰電池系統的輸入輸出能量，通過調控質子交換膜燃料電池系統的化學反應產生的熱量，實現質子交換膜燃料電池系統電能的最大輸出，并將質子交換膜燃料電池系統產生的直流電通過變流器轉換成交流電輸出至負載；余熱回收利用系統中設有燃燒室，質子交換膜燃料電池系統產生的熱量和水蒸氣傳輸至燃燒室加熱，純氫催化裝置中被氫氣透過膜過濾下來的廢氣傳輸至燃燒室加熱，加熱完成后為純氫催化裝置提供熱量。