[發明專利]一種零碳排放的乙醇重整制氫燃料電池系統

在審

• 申請號: 202110440214.0
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113140766A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 沈秋婉;邵子城;李世安;楊國剛;黃乃寶;潘新祥;許懿婧;徐菱翌
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M8/0668;H01M8/1246;H01M8/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發明提供一種零碳排放的乙醇重整制氫燃料電池系統，包括重整制氫裝置、乙醇水溶液儲存裝置、換熱裝置、氫燃料電池、富氧CO₂氣流產生裝置和CO₂液化回收裝置；富氧CO₂氣流產生裝置利用富氧燃燒技術持續產生O₂濃度在20％以上的富氧CO₂氣流，并將其用于氫燃料電池的陰極燃料供應，重整制氫裝置將乙醇水蒸氣制成富H₂氣體用于氫燃料電池的陽極燃料供應。重整制氫裝置等產生的CO₂經富氧燃燒技術的循環利用后變成高純CO₂氣流，并由CO₂液化回收裝置定期回收儲存、利用。本發明可以通過富氧燃燒技術，并利用各裝置產生的CO₂生產出持續的富氧CO₂氣流，并將其用于整個系統的氧氣供應。不是將CO₂尾氣直接排放到大氣中，實現了整個系統的零碳排放。

技術領域

本發明涉及氫燃料電池尾氣回收技術領域，具體而言是一種零碳排放的乙醇重整制氫燃料電池系統。

背景技術

目前在實際應用中，燃料電池的氫氣通常是由高壓儲氫瓶供給，氫氣經過壓縮后以液態形式存在，但是氫氣分子質量小，易從容器中逃逸；氫氣性活潑，易燃易爆炸，爆炸極限范圍大(4～74.2％)安全隱患大；單位質量儲氫密度低，這都增加了氫氣的儲存和運輸難度，且近階段氫氣高密度儲存技術短時間內難以取得突破。另外要保證氫氣供應，就需要大規模的供氫設施，目前基礎供氫設施匱乏，且前期建設投資成本巨大。采用高壓氫氣瓶供應氫燃料電池，其續航能力也難以滿足要求。

采用醇類重整制氫與氫燃料電池結合的方式可以解決上述問題。目前醇類重整制氫研究成果和應用技術最成熟的是甲醇重整制氫，但是甲醇易燃易爆、具有毒性、不易運輸和儲存、存在碳排放問題且成本在有機物制備中較高。于是現在研究了乙醇制氫的燃料電池系統，但是此燃料電池系統中含有大量CO₂的尾氣最終都是直接排放到大氣中或者采用價格昂貴的二氧化碳回收裝置，直接排放方式會增加碳排放，加劇溫室效應，因此考慮將富氧燃燒技術與乙醇制氫的燃料電池系統結合起來，得到高純度的二氧化碳氣流并將之回收處理，實現零碳排放。富氧燃燒技術是利用載氧體在空氣中吸附氧氣，隨后用二氧化碳氣流吹掃時氧氣又重新解吸出來，從而得到氧氣濃度達到20％以上的富氧二氧化碳氣流，并可以將其用于后續裝置的氧化性質氣體供應。

發明內容

根據上述技術問題，而提供一種零碳排放的乙醇重整制氫燃料電池系統。

本發明采用的技術手段如下：

一種零碳排放的乙醇重整制氫燃料電池系統，包括：重整制氫裝置、乙醇水溶液儲存裝置、換熱裝置、氫燃料電池、富氧CO₂氣流產生裝置和CO₂液化回收裝置；

富氧CO₂氣流產生裝置利用富氧燃燒技術產生富氧二氧化碳氣流，所述富氧CO₂氣流產生裝置包括固定床A、固定床B、空氣進氣口、CO₂進氣口、缺氧空氣出口和富O₂氣體出口，所述固定床A和所述固定床B用于氧氣解吸或氧氣吸附，所述固定床A和所述固定床B上具有載氧體；富氧燃燒技術是利用載氧體在空氣中吸附氧氣，隨后用二氧化碳氣流吹掃時氧氣又重新解吸出來，從而得到氧氣濃度達到20％以上的富氧二氧化碳氣流，且載氧體吸附氧氣和解吸氧氣這一過程可以循環進行，并且鑒于所選載氧體的不同，其反應溫度在500-1000℃左右。所述空氣進氣口分別通過閥門a和閥門b與所述固定床A和固定床B的輸入端連接；所述固定床A的輸入端通過閥門c與所述CO₂進氣口連接；所述CO₂進氣口通過閥門d與所述固定床B的輸入端連接；所述缺氧空氣出口通過閥門e與所述固定床A的輸出端連接；所述固定床B的輸出端通過閥門f和閥門g分別與所述缺氧空氣出口和所述富O₂氣體出口連接；所述固定床A的輸出端通過閥門h與富O₂氣體出口連接；