[实用新型]一种制备净化燃料电池用氢气的系统装置

说明书

本实用新型涉及氢气净化提纯领域，尤其涉及一种制备净化燃料电池用氢气的系统装置，包括换热机构Ⅰ、换热机构Ⅱ、冷却机构、吸附机构、加热器和冷却器，所述换热机构Ⅰ设有5级换热器，各个换热器串联或/和并联连接，换热机构Ⅰ与冷却器和吸附机构连接，换热机构Ⅱ分别与冷却机构、吸附机构和换热机构Ⅰ连接；加热器一端与吸附机构连接，另一端与冷却机构连接，加热器与吸附机构形成循环圈；冷却机构分别与加热器、换热机构Ⅱ和吸附机构连接，也与换热机构Ⅰ连接。所得产品气中杂质含量S小于0.004ppm，CO小于0.02ppm，保证燃料电池长周期稳定运行。

技术领域

本实用新型涉及氢气净化提纯领域，尤其涉及一种制备净化燃料电池用氢气的系统装置。

背景技术

质子膜燃料电池，是一种新型燃料电池，其电解质是一种固体有机膜，在增湿情况下，膜可传导质子。质子膜燃料电池以氢气为燃料，可以将氢气转化为电能，是非常重要的清洁能源，其特点要求进入燃料电池的氢气中一些杂质如CO和硫化物等含量很低，低于ppm级，达到ppb级，是低于常规纯氢和高纯氢的含量标准。

目前国家标准纯氢含量为99.99％，其中CO含量低于5ppm，高纯氢气中氢含量大于99.999％，CO含量低于1ppm，S含量都没有要求。因此需对现有氢气生产装置生产的氢气进行净化提纯处理进行净化，高精度的净化脱除氢气中的CO、S化物和醇醛等含氧化合物。

质子膜燃料电池对净化氢气的要求比较高，但由于常规吸附净化剂在常温下对ppb级的硫化氢和一氧化碳的吸附容量很小，造成吸附剂用量大，氢气回收率低甚至无法达到将氢气中硫化氢脱除到4ppb和一氧化碳脱除到20ppb以下的精度。

中国专利申请公布号CN102491272B公布了一种高纯氢净化工艺，采用常温吸附加低温吸附的方法获得99.99999％以上的高纯氢气，其低温吸附的冷源来源于液氮蒸发器。

中国专利申请公布号CN101530717A公布了一种低温吸附连续生产超纯气体的方法，采用液氮为冷源经液氮蒸发器将氢气降温到－160～－190℃低温吸附获得超纯气体。

中国专利申请公布号CN107364832A公布了一种低温氢气纯化装置和控制方法，采用催化脱氧、常温吸附脱氮和低温吸附净化的方法净化氢气，其低温吸附的冷源是液氮。

上述公开的净化方案均未涉及将氢气中硫化物净化到4ppb，从而无法使氢气达到燃料电池用氢的净化目标，又因为同时均采用液氮作为低温吸附的连续不断的冷源，存在着液氮容易蒸发需要专门的液氮储存设备储存和运输，同时连续不断的液氮使用也造成净化成本高的技术问题。

实用新型内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种制备净化燃料电池用氢气的系统装置，得到满足燃料电池标准的氢气，氢气中杂质含量S小于0.004ppm，CO小于0.02ppm，保证燃料电池长周期稳定运行；且不需要连续不断的液氮作为冷源，同时利用部分原料氢气透平膨胀后的能量带动风机为再生气增压使再生气获得一定温度，降低系统能量消耗和成本。

解决以上技术问题的本实用新型中的一种净化制备燃料电池用氢气的系统装置，其特征在于：包括换热机构Ⅰ、换热机构Ⅱ、冷却机构、吸附机构、加热器和冷却器，所述换热机构Ⅰ设有5级换热器，各个换热器串联或/和并联连接，换热机构Ⅰ与冷却器和吸附机构连接，换热机构Ⅱ分别与冷却机构、吸附机构和换热机构Ⅰ连接；加热器一端与吸附机构连接，另一端与冷却机构连接，加热器与吸附机构形成循环圈；冷却机构分别与加热器、换热机构Ⅱ和吸附机构连接，也与换热机构Ⅰ连接。