[發明專利]一種天然氣重整聯合二氧化碳制氫發電系統及方法

在審

• 申請號: 202110253073.1
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112813454A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 姚輝超;張超;王秀林;侯建國;吳青;陳海平;穆祥宇;宋鵬飛;王成碩;張瑜;王夕友;隋依言;王睿;侯海龍;王斯
• 申請（專利權）人: 中海石油氣電集團有限責任公司
• 主分類號: C25B5/00
• 分類號: C25B5/00;C25B1/02;C25B9/00;C01B3/48;H01M8/0612
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發明公開了一種天然氣重整聯合二氧化碳制氫發電系統及方法。所述天然氣重整聯合二氧化碳制氫發電系統，包括天然氣蒸汽重整制氫系統和二氧化碳電池系統；天然氣蒸汽重整制氫系統與二氧化碳電池系統連通，天然氣蒸汽重整制氫系統產生的氫氣和二氧化碳通過連通的管路進入二氧化碳電池系統中正極室中的導電介質中；二氧化碳電池系統中正極和負極通過導線連接，對外供電；二氧化碳電池系統中正極室內產生氫氣。本發明二氧化碳電池系統具有提純凈化氫氣的作用，天然氣經過蒸汽重整和一氧化碳變換后，通入二氧化碳電池系統的水溶液導電介質中，能夠實現氫氣的提出分離，省去傳統天然氣蒸汽重整工藝系統中的提純分離裝置(如膜分離裝置、變壓吸附裝置等)。

技術領域

本發明涉及一種天然氣重整聯合二氧化碳制氫發電系統及方法，屬于天然氣利用技術領域。

背景技術

氫氣作為清潔高效的二次能源，氫氣在常見燃料中熱值最高，約是石油的3倍、酒精的3.9倍、煤炭的45倍，發電效率與綜合能效遠高于傳統化石能源。氫能通過燃料電池技術應用于交通領域，既可節約能源，提高能效，還可部分替代石油和天然氣，降低對外依存度，有助于提升我國能源安全水平。氫能的制取來源廣泛，不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重整、生物質熱裂解或微生物發酵等途徑制取，還可以通過焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業副產氣制取，也可以利用電解水制取。從化石能源中獲取，有助于一次能源清潔高效利用，提升供給側質量。據統計，2018年全球氫氣產量約為6000萬噸，其中96％來源于傳統化石能源，電解水占4％，而天然氣制氫約占50％，其中又以天然氣蒸汽重整(SMR)占絕大多數。

隨著人們對氫氣清潔能源需求的不斷增長，天然氣蒸汽重整制氫工藝無疑將在未來氫氣生產中繼續發揮重要的作用，然而這一工藝也面臨著高投資、高能耗及高碳排放的問題。對烴類重整制氫進行過程優化，以提高其運行效率而減少其過程能耗和碳排放，具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種天然氣重整聯合二氧化碳制氫發電系統及方法，具體是利于天然氣蒸汽重整制取氫氣，同時利用反應產物二氧化碳發電制氫，本發明能夠解決天然氣蒸汽重整制氫造成二氧化碳排放的問題，使二氧化碳變廢為寶產生電能并生成氫氣。

本發明提供的聯合系統，包括兩個工段：天然氣蒸汽重整制氫系統和二氧化碳電池系統，第一段主要是天然氣蒸汽重整制取氫氣和二氧化碳；第二段主要利用二氧化碳電池系統將二氧化碳在原電池的作用下產生電能并制取氫氣。

其中，天然氣蒸汽重整制氫系統主要作用是將天然氣進行蒸汽重整，再通過一氧化碳變換，將一氧化碳和水蒸氣繼續反應得到氫氣和二氧化碳；二氧化碳電池系統利用電化學原理，將二氧化碳制備氫氣和發電。

具體地，本發明提供的天然氣重整聯合二氧化碳制氫發電系統，包括天然氣蒸汽重整制氫系統和二氧化碳電池系統；

所述天然氣蒸汽重整制氫系統與所述二氧化碳電池系統連通，所述天然氣蒸汽重整制氫系統產生的氫氣和二氧化碳通過連通的管路進入所述二氧化碳電池系統中正極室中的導電介質中；

所述二氧化碳電池系統中正極和負極通過導線連接，對外供電；

所述二氧化碳電池系統中所述正極室內產生氫氣。

上述的制氫發電系統中，所述二氧化碳電池系統中，所述正極為貴金屬/碳組成的復合電極材料，所述負極為金屬鈉；

所述貴金屬可為Pt、Pd等，其能夠高效導電的同時催化氫離子(H⁺)得到電子最終生成氫氣。

上述的制氫發電系統中，所述二氧化碳電池系統中，所述正極室內的導電介質為凈化后的海水或水，負極室內的導電介質為非水基導電有機溶液，

所述非水基導電有機溶液可為鈉的醇醚磺酸鹽溶液等；

上述的制氫發電系統中，所述正極室與所述負極室通過導電隔板隔開，所述導電隔板只允許鈉離子通過；