[发明专利]一种基于醇类燃料重整反应的在线供氢系统

说明书

本发明公开了一种基于醇类燃料重整反应的在线供氢系统，包括原料箱、通过原料计量泵与原料箱相连的换热器、通过燃料计量泵与原料箱相连的制氢‑纯化一体化反应器、制氢‑纯化一体化反应器上连接的空气泵、冷却器以及冷却器上连接的氢气储罐，制氢‑纯化一体化反应器包括汽化腔室、重整反应腔室、催化燃烧腔室、氢气纯化腔室、温度传感器、重整产物气输送盘管，重整反应腔室、催化燃烧腔室、氢气纯化腔室为圆柱形套筒式结构，依次从外向里排列；本发明的供氢系统具有储氢密度高、体积重量小、原料来源广泛、适用范围广、氢气即制即用等优点。

技术领域

本发明属于制氢技术领域，涉及一种基于醇类燃料重整制氢反应的在线供氢系统。

背景技术

氢燃料电池是一种直接将氢燃料和氧化剂中的化学能通过电化学方式转化为电能的高效发电装置。质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、工作温度适宜、振动噪声低、环境友好等优点，已广泛应用于新能源汽车、分布式电站、应急电源、国防军工等领域。例如，在民用领域，以日本丰田“Mirai”、本田“Clarity”以及韩国现代“ix35”等为代表的燃料电池汽车已经实现规模化量产；日本的Ene Farm计划使燃料电池分布式电站进入了百万户百姓家庭。在军用领域，德国212A、214燃料电池AIP潜艇的批量列装，让世界看到了燃料电池发电系统的先进性及其在军事领域的广阔应用前景。特别是近年来，随着燃料电池关键材料、零部件及系统集成开发技术的不断突破，燃料电池电堆的可靠性也有了质的飞跃。同时，燃料电池的成本也大幅降低。

高纯氢气是质子交换膜燃料电池的燃料。目前，适用于燃料电池发电系统储氢方式主要有高压气态储氢、固体材料储氢、有机液体储氢、重整制氢等。高压气态储氢的优点是技术成熟度高、储氢装置结构简单、携带使用方便、充放氢速度快，其不足之处在于储氢密度低，即使将储氢压力提高至70MPa，其体积储氢密度也只有40g/L左右。此外，高压储氢的存储及使用存在较大安全隐患；合金储氢等固体材料储氢技术具有安全性高、可靠性好等特点，其不足之处在于储氢材料成本高、装置重量储氢密度低，难以满足大功率质子交换膜燃料电池的长时间供氢需求。有机液体储氢技术具有较高的材料储氢密度，且氢燃料储运方便，其不足之处在于脱氢能耗高、技术成熟度较低。

重整制氢是指天然气、甲醇、乙醇等富氢燃料在一定温度和压力条件下，在催化剂的作用下发生重整催化反应，转化为H₂和CO₂的过程。该技术的主要优点在于材料储氢密度较高，适用于氢气的即时制取。其主要不足之处在于变压吸附提纯装置体积重量大，氢气分离效率低，因而限制了重整制氢技术在燃料电池分布式发电系统、机动化电站、新能源汽车等领域的应用。

因此，需要进一步开发储氢密度高、制氢装置体积重量小、结构紧凑、原料来源广泛、适用范围广的即时储制氢装置，以解决燃料电池发电系统的氢气储运瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有燃料电池发电系统储氢技术的不足，提供一种储氢密度高、装置体积重量小、原料来源广泛且补给方便、适用范围广及热量利用率高的在线供氢系统。