[实用新型]应用于甲醇重组燃料电池的氢气纯化装置

说明书

本实用新型涉及一种应用于甲醇重组燃料电池的氢气纯化装置，包括集成于同一机柜内的重组反应单元、氢气纯化单元、热交换单元、甲烷化反应单元，其中，热交换单元，采用热交换器用于对重组反应后的粗氢气体进行降温输出，并用于对变压吸附装置输出的纯氢通过该热交换器且利用粗氢气体降温散出的热量进行预升温；甲烷化反应单元，采用甲烷化反应器用于供升温后的纯氢通过并将其中的一氧化碳转化为甲烷，输出一氧化碳含量＜0.1PPM的高纯氢。本实用新型的应用于甲醇重组燃料电池的氢气纯化装置性能稳定、寿命长、可靠性高、纯化后的气体中一氧化碳含量＜0.1PPM且不增加能耗。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种应用于甲醇重组燃料电池的氢气纯化装置及其制备方法。

背景技术

受自然灾害影响，单纯依赖集中式的电力系统无法确保重要设备的持续稳定运转,除影响日常生活外，更可能因此而危害到生命财产的安全，电池作为备用电力无法长效供电，而且电池回收和环境污染问题仍难以解决。在电力基础建设无法到达的偏远地区及海岛，目前仍以柴油发电为主要电力来源，但其噪音大、污染严重、维护频率高、供电弹性低。太阳能、风力等再生能源发电技术受日照、地域和气候影响较大，目前仍无法进行有效稳定供电。燃料电池发电系统具有高稳定性、低维护、长效运转、低排放的优点，加上可以与多元的再生能源整合来作为当地居民可靠的电力来源，是目前被认为极具发展潜力的发电技术。

对于低温型质子膜燃料电池来说，通常需要使用纯氢作为燃料。甲醇重组反应器是一种可以将甲醇转化为富氢气体的装置，其中氢气含量约75％，为了给燃料电池提供燃料，通常需要对富氢气体进行纯化。目前常用的纯化技术有钯膜纯化和变压吸附纯化，钯膜运行温度较高、价格昂贵，在使用上常因破损而导致氢气纯度不足，甚至因为一氧化碳穿透混在氢气内使得燃料电池寿命大幅减损。变压吸附纯化是一种工业上常见且可靠的纯化工艺，但其工作温度为常温，因此必须先将重组气体降温至常温，且经其纯化的氢气中仍有1PPM以上的 CO，虽然纯化后CO含量符合燃料电池的要求，但是随着纯化装置使用时间的增长，纯化效果可能会变差，而CO含量的增加直接影响到燃料电池的寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种性能稳定、寿命长、一氧化碳含量＜0.1PPM且不增加能耗的甲醇重整燃料电池用氢气纯化装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种应用于甲醇重组燃料电池的氢气纯化装置，其特征在于：包括集成于同一机柜内的重组反应单元、氢气纯化单元、热交换单元、甲烷化反应单元，其中:

重组反应单元，包含重组反应器及加热装置，用于甲醇水燃料进行升温并进行重组反应制得氢气；

氢气纯化单元，采用变压吸附装置，用于对经热交换、冷凝及气水分离后的氢气进行纯化，输出高纯氢，排出废气；

热交换单元，采用热交换器用于对重组反应后的粗氢气体进行降温输出，并用于对变压吸附装置输出的纯氢通过该热交换器且利用粗氢气体降温散出的热量进行预升温；

甲烷化反应单元，采用甲烷化反应器用于供升温后的纯氢通过并将其中的一氧化碳转化为甲烷，输出一氧化碳含量＜0.1PPM的高纯氢。

作为优选，所述的热交换单元还包括有热交换管，所述的甲烷化反应器输出的高纯氢通过热交换管进行降温，且甲醇水进入重组反应器前先通过热交换管并利用高纯氢降温散出的热量进行预升温。

作为优选，所述的重组反应后的粗氢气体通过热交换器后再通过冷凝器第二次降温后输出至气水分离器，气水分离器对重组反应后并经过降温的粗氢气体进行气水分离，输出气水分离后的粗氢气体，且将未完全反应的水排出。

作为优选，所述重组反应器通过加热装置加热，且所述的变压吸附装置排出的废气导入至加热装置进行回烧。

作为优选，所述加热装置产生的废气通过尾气燃烧反应器进行净化。