[實用新型]一種燃料化學鏈制氫系統

有效

• 申請號: 201820266134.1
• 申請日: 2018-02-24
• 公開（公告）號: CN208700566U
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 蘇慶泉
• 申請（專利權）人: 北京聯力源科技有限公司
• 主分類號: C01B3/16
• 分類號: C01B3/16
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 王偉鋒;劉鐵生

本實用新型是關于一種燃料化學鏈制氫系統，包括兩個完全相同的化學鏈燃燒反應器，化學鏈燃燒反應器包括外管和與外管同軸設置的內管，內管充填有第一載氧體，外管與內管之間的夾層充填有第二載氧體；內管的上端連接有水蒸氣導入管道和燃料導入管道，內管的下端連接有氣體導出管道。當第一化學鏈燃燒反應器導入水蒸氣與還原態載氧體進行載氧體的氧化反應時，第二化學鏈燃燒反應器導入燃料與氧化態載氧體進行載氧體的還原反應。本實用新型的燃料化學鏈制氫系統工藝簡單、反應器緊湊且易于小型化，可高效率地從氣態或者液態燃料制取純氫氣。

技術領域

本實用新型涉及燃料制氫技術領域，特別涉及一種從氣態或者液態燃料高效制取可直接用于質子交換膜燃料電池(PEMFC)純氫電堆的氫氣的燃料化學鏈制氫技術。

背景技術

氫能與燃料電池是新能源技術領域的一個重要發展方向，而如何高效的從天然氣、柴油、煤油、汽油等各種化石燃料、焦爐煤氣等各種煤氣、沼氣等各種生物質氣制取純氫氣是一個重要研究課題。在各種燃料電池中，PEMFC由于具有燃料電池汽車(FCV)和分布式熱電聯供系統兩大用途而備受關注。迄今為止，用于FCV的PEMFC通常采用以純氫氣為燃料的純氫電堆(H₂-PEMFC)，而用于分布式熱電聯供系統的PEMFC通常采用以重整氣(通過碳氫化合物的水蒸氣重整、自熱重整或者部分氧化重整而得，含有20％以上的CO₂)為燃料的重整氣電堆(重整氣-PEMFC)。

H₂-PEMFC相較于重整氣-PEMFC具有發電效率高、成本低和功率密度大的優勢，因而從天然氣等燃料高效制取純氫氣，然后與H₂-PEMFC形成燃料 -H₂-PEMFC分布式熱電聯供系統，將具有良好的節能和經濟效益。

以天然氣為例，常用的天然氣制取純氫氣的工藝流程有水蒸氣重整 +CO水汽變換+PSA法、水蒸氣重整+CO水汽變換+CO₂化學吸收法、以及水蒸氣重整+CO水汽變換+CO₂有機溶劑吸收法。由于PSA、CO₂化學吸收以及CO₂有機溶劑吸收工藝復雜、能耗高且難以小型化，因而并不適用于天然氣-H₂-PEMFC分布式熱電聯供系統。

近年來，以零能耗捕集CO₂為特色的煤炭氣化氣化學鏈制氫開始受到研究者的關注。該化學鏈制氫的工藝流程包括FeO與水蒸氣反應生成Fe₃O₄和氫氣、Fe₃O₄與空氣反應生成Fe₂O₃、以及Fe₂O₃與燃料反應生成FeO和 CO₂+H₂O三個獨立的環節。這樣一來，就需要三個反應器進行巡回切換才能連續獲取氫氣，因而系統十分復雜。再者，該系統排出兩種高溫煙氣(Fe₃O₄與空氣反應排出的煙氣和Fe₂O₃與燃料反應產生的煙氣)，因而熱量的回收利用困難，導致制氫效率降低。因此，現有的化學鏈制氫工藝不適用于天然氣-H₂-PEMFC分布式熱電聯供系統。

實用新型內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本實用新型提供一種可從各種燃料高效制取純氫氣的燃料化學鏈制氫系統，尤其是提供一種基于水蒸氣重整與化學鏈燃燒相結合的燃料化學鏈制氫系統。進而，本燃料化學鏈制氫系統不僅適用于大規模制氫，還易于小型化，從而十分適用于燃料 -H₂-PEMFC分布式熱電聯供系統。

本實用新型的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。