[发明专利]一种基于甲醇的燃料电池混合发电系统

说明书

本发明公开了一种基于甲醇的燃料电池混合发电系统，包括PEMFC、SOFC、用于对甲醇进行重整反应以获得重整气的甲醇前处理组件、用于对重整气进行分离提纯以获得氢气的氢气提纯组件、和氢气燃烧器；甲醇前处理组件的重整气出口连接氢气提纯组件的重整气入口；氢气提纯组件的氢气出口连接PEMFC的阳极入口；燃料电池混合发电系统处于预定的稳定运行阶段时，PEMFC的阳极出口连接SOFC的阳极入口，SOFC的阳极出口连接氢气燃烧器的气体入口。该系统同时利用PEMFC和SOFC进行发电，PEMFC与SOFC分别在低温、高温下运行，可以实现氢气的梯级利用，提高氢气的燃料利用率，提高系统发电效率。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种基于甲醇的燃料电池混合发电系统。

背景技术

氢气作为一种清洁的能源，在利用过程中无污染物的排放，被誉为21世纪极有开发利用前景的新型清洁能源；并且氢气的热值高、来源极为广泛，可以由传统化石能源煤炭制备，也可由太阳能、风能等可再生能源发电进行制备，还可以通过提纯化工、冶金等行业工业废气进行制备。将氢气用于燃料电池发电只产生了水而无其他污染物的排放，是一种清洁高效的发电方式。

对于传统的燃料电池分布式发电系统，采用煤炭制氢、可再生能源制氢或工业废气制氢显然与分布式发电系统的规模很难匹配，而采用甲醇水汽重整制氢联合燃料电池发电可以很好地为燃料电池分布式发电系统供应氢气燃料；并且甲醇水汽重整制氢反应具备温度较低、氢气含量高便于提纯、反应条件温和易于实现等优点。

甲醇水汽重整制备的氢气可以作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)及固体氧化物燃料电池(SOFC)的燃料进行发电，其中，PEMFC反应温度较低使得氢气转化率较低及发电效率较低，但其启动较快；而SOFC反应温度较高，以氢气为燃料时可以提高发电效率及氢气转化率，但是SOFC反应温度高导致启动时间较长。现有的利用氢气的燃料电池系统一般只利用PEMFC或者SOFC中的一类，不可避免有相应的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于甲醇的燃料电池混合发电系统，通过将PEMFC和SOFC联用，来提高氢气的转化率和系统发电效率并降低系统的启动时间。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于甲醇的燃料电池混合发电系统，包括PEMFC、SOFC、用于对甲醇进行重整反应以获得重整气的甲醇前处理组件、用于对重整气进行分离提纯以获得氢气的氢气提纯组件、和氢气燃烧器；

所述甲醇前处理组件的重整气出口连接所述氢气提纯组件的重整气入口；所述氢气提纯组件的氢气出口连接所述PEMFC的阳极入口；

所述燃料电池混合发电系统处于预定的稳定运行阶段时，所述PEMFC的阳极出口连接所述SOFC的阳极入口，所述SOFC的阳极出口连接所述氢气燃烧器的气体入口。

可选的，所述燃料电池混合发电系统还包括空气供应单元、SOFC阴极预热单元和SOFC阳极预热单元；所述空气供应单元的空气出口连接所述PEMFC的阴极入口和SOFC阴极预热单元的空气入口；

所述燃料电池混合发电系统处于预定的稳定运行阶段时，所述PEMFC的阴极出口连接所述SOFC阴极预热单元的空气入口，所述SOFC阴极预热单元的空气出口连接所述SOFC的阴极入口；

所述PEMFC的阳极出口连接所述SOFC阳极预热单元的氢气入口，所述SOFC阳极预热单元的氢气出口连接所述SOFC的阳极入口；

所述SOFC的阳极出口和阴极出口均连接所述氢气燃烧器的气体入口，所述氢气燃烧器的高温烟气出口连接所述SOFC阳极预热单元和SOFC阴极预热单元的烟气入口。

可选的，所述燃料电池混合发电系统还包括依次连接的氮气供应单元和氮气预热单元；