[实用新型]燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统

说明书

本实用新型提供一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，属于气体分离技术领域。所述系统包括依次连通的燃料电池，压缩单元Ⅰ，氢气浓缩变压吸附单元，压缩单元Ⅱ以及变压吸附提纯单元；所述氢气浓缩变压吸附单元以及变压吸附提纯单元与燃料电池连通。所述变压吸附提纯单元包括变压吸附氢气提纯单元和变压吸附氢气纯化单元，其中，变压吸附氢气提纯单元与燃料电池连通，变压吸附氢气纯化单元与压缩单元Ⅰ连通。本实用新型根据燃料电池阳极气中氢气含量低，CO₂含量高、气体压力低的特点，采用先低压浓缩除去绝大部分杂质，再升压提纯氢气的工艺路线，氢气收率可达75～88％。

技术领域

本实用新型属于气体分离技术领域，具体为一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统。

背景技术

碳酸盐燃料电池是以燃料、水、空气为原料的电化学反应发电系统，在该系统的阳极和阴极反应如下：

阳极：1)CH₄+2H₂O+Heat→4H₂+CO₂

2)H₂+CO₃^2-→H₂O+CO₂+2e^-+Heat；

阴极：1/2O₂+CO₂+2e^-→CO₃^2-；

阳极的释放气中含有CO₂、H₂、CH₄、H₂O及CO，阳极释放气与空气一同进入催化氧化器，在催化氧化器内CO、CH₄、H₂氧化为CO₂和H₂O，并在氧化的过程中释放热量，使空气和CO₂的温度升高，升温后的空气和CO₂气体进入燃料电池的阴极进行燃料电池阴极反应。碳酸盐燃料电池组通过电化学反应生产出电能，是一种分布式发电系统。

氢能，是世界公认的清洁能源，世界各国均积极布局氢能产业发展战略。近年来，我国也在持续加大对氢能产业发展的政策引导和支持力度，明确提出将“氢能与燃料电池”作为战略任务、新兴产业，未来将重点大力发展。未来氢能将纳入我国终端能源体系，与电力协同互补，共同成为终端能源体系的消费主体。

氢能发展的重要保障是充足的氢气，传统的制氢方法是以煤、天然气等为原料生产大规模生产氢气，而未来的氢能时代需要的是遍布各地的分布式小规模氢气源，因此，需要不断开发新的小规模制氢方式。

而碳酸盐燃料电池发电系统是一种小型的分布式发电系统，碳酸盐燃料电池的阳极释放气中含有25％左右的氢气，70％左右的CO₂及少量的CO、N₂、CH₄、H₂O，由于阳极释放气的压力低、氢气含量低，相当于天然气制氢装置变压吸附的解吸气，一般只作为燃料使用，如果采用常规流程提纯氢气能耗很高，如采用膜分离需要将原料气压缩至2.0MPa以上，且膜分离的氢气纯度较低，氢损失大，而采用一段法变压吸附提氢时原料气要压缩至0.7MPa以上，而且，氢燃料电池用氢气对微量杂质要求较高，尤其是CO含量，目前氢燃料电池用氢气的标准GB/T 37244-2018要求氢气的含量小于等于0.2ppmv。因此，需要开发优化的工艺，既保证较高的氢气质量又要有较低的能耗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池阳极气高效制取氢燃料电池用氢气的系统，本实用新型制氢系统使用少量燃料电池组生产的电能，采用多级变压吸附方法高效生产氢燃料电池用氢气，将燃料电池发电系统从分布式电能系统升级为分布式电能和分布式氢能系统。

本实用新型目的通过以下技术方案来实现：