[发明专利]一种基于化学链甲烷重整制氢工艺的热电联产系统

权利要求书

1.一种基于化学链甲烷重整制氢工艺的热电联产系统，其特征在于，该热电联产系统包括甲烷部分氧化反应器(1)、二级水蒸气重整反应器(2)、水蒸气发生器(3)、水蒸气还原反应器(4)、燃料电池组(5)和氧载体循环供料器(6)，其中：

所述甲烷部分氧化反应器(1)与所述氧载体循环供料器(6)保持联接，由此将所述氧载体不断输送至该甲烷部分氧化反应器(1)的内部；当该甲烷部分氧化反应器(1)被预热至第一指定温度后，从外部输入的原料甲烷与此氧载体发生部分氧化反应，生成含有H₂和CO的合成气同时产生大量的热量，该热量的大部分用于提供给所述水蒸气发生器(3)，其余部分则经由第一热交换器(7)分别用于向所述水蒸气还原反应器(4)、二级水蒸气重整反应器(2)及外部供能；此外，发生部分氧化反应后的氧载体经由所述氧载体循环供料器(6)输送至所述水蒸气还原反应器(4)，而所述合成气继续进入所述二级水蒸气重整反应器(2)，并在第二指定温度下与水蒸汽反应合成CO₂和H₂的混合气体，然后送入至所述第一热交换器(7)；

所述水蒸气发生器(3)用于接收外部输入的原料水，并依靠来自所述甲烷部分氧化反应器(1)的热量产生水蒸气，然后继续输送至所述水蒸气还原反应器(4)；

所述水蒸气还原反应器(4)同样与所述氧载体循环供料器(6)保持联接，并当其被预热至所述第一指定温度后，用于将来自所述甲烷部分氧化反应器(1)发生部分氧化反应后的所述氧载体和所述水蒸气执行还原反应，并在生成H₂的同时，使得此氧载体恢复晶格氧然后返回至所述氧载体循环供料器(6)中以便执行下次的循环；此外，所生成的H₂同样送入至所述第一热交换器(7)，然后一并执行降温处理后送入所述燃料电池组(5)产生电力供应；

对于所述氧载体而言，其组分为BaCoO₃钙钛矿型氧化物、CeO₂和K₂CO₃，并且三者的质量百分比依次为BaCoO₃钙钛矿型氧化物占10％～50％，CeO₂占30～80％，K₂CO₃占1～20％；其中，所述CeO₂作为氧载体的供氧核心和基体，所述BaCoO₃钙钛矿型氧化物作为主要反应材料，并通过所述K₂CO₃实现改性以消除积碳。

2.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述甲烷部分氧化反应器(1)、二级水蒸气重整反应器(2)和第一热交换器(7)的额外热能通过散热器(9)向外供能。

3.如权利要求1或2所述的热电联产系统，其特征在于，所述甲烷部分氧化反应器(1)与所述水蒸气发生器(3)之间还配备有第二热交换器(8)，由此进一步起到节能效果。

4.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述第一指定温度设定为850℃，所述第二指定温度设定为600℃。

5.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，对于经过所述二级水蒸气重整反应器反应合成后所获得的混合气体而言，其中H₂的比例为80％～90％，CO₂的比例为10％～20％。

6.如权利要求1-5任一项所述的热电联产系统，其特征在于，所述BaCoO₃钙钛矿型氧化物、CeO₂和K₂CO₃三者的质量百分比设定为40％：50％：10％。