[发明专利]一种船用甲醇水重整制氢质子交换膜燃料电池系统

说明书

本发明提供一种船用甲醇水重整制氢质子交换膜燃料电池系统，包括依次相连的外部造水系统、重整分离系统、净化冷凝系统和质子交换膜燃料电池，外部造水系统用于将海水基于反渗透设备制取淡水；重整分离系统用于对混合淡水和甲醇的甲醇水蒸气进行重整，且将重整后的混合气体进行分离；净化冷凝系统用于对分离后获取的氢气进行净化冷凝，制取纯净的氢气；质子交换膜燃料电池用于消耗制得的氢气与氧气进行发电。本发明通过将海水利用反渗透法进行净化，使海水作为甲醇水重整制氢反应中的水来源。再利用重整制氢反应，为质子交换膜燃料电池提供燃料。解决了船舶载水储水和载氢储氢所带来的安全、成本和空间的问题，整个系统对原料进行了充分的利用。

技术领域

本发明涉及反渗透造水、甲醇水重整制氢与质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种船用甲醇水重整制氢质子交换膜燃料电池系统。

背景技术

甲醇水重整制氢技术，是20世纪80年代兴起的一种制氢技术，加拿大、英国等国家在这方面进行了大量的研究，所以该技术在工艺上已经较为成熟，成为氢燃料电池动力装置的良好选择。该技术使甲醇和纯净淡水按一定的比例混合，加热汽化并进行过热，使之达到一定的压力和温度进行重整反应。其中淡水与甲醇混合后加压送到换热器预热，再进入过热器进行汽化并过热到所需温度，甲醇水过热气在重整器中催化剂的作用下完成气相催化裂解和转化两个反应，生成含有CO₂、H₂、CO的混合气体。

燃料电池是一种由电化学原理控制的能量转换装置，即原电池的工作原理，直接地将储存在燃料和氧化剂中的化学能量等温地转化为电能，从而使其实际过程还是氧化还原反应。从理论上讲，使得燃料电池在国际市场上非常经济的原因是它们的运行过程中甚至可以达到近100％的热效率。目前能够在实际中所运用的各种类燃料电池，因为被氢气运输、储运能耗等因素限制，并且考虑到装置或整个系统的耗能，所以一般燃料电池系统总的转换效率多在40％～60％范围内，但是如果要考虑排热利用的话，经过不同的优化处理可以使其总的转换效率可以达80％以上。质子交换膜燃料电池：Proton exchange membranefuel cell，简称PEMFC，它是由阴极、阳极和质子交换膜组成，它的发电过程不涉及氢氧的燃烧，因此也不受卡诺循环的限制，能量转化率高，且排放物为水和水蒸气，基本是零污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，且无机械振动，低噪声低热辐射，是一种清洁高效的绿色能源，所以是发展前景很好的燃料电池。

反渗透造水技术RO(Reverse Osmosis)是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，它的孔径小至纳米级，在一定的压力下，水分子可以通过RO膜，而海水中的其他物质比如无机盐，重金属离子，有机物，细菌和杂质等无法通过，但海水的渗透压要比淡水大，所以需要在海水测施加外部压力，从而可以达到过滤海水的目的。

目前，对于中小型船舶来说，由于空间小，无法携带大量的氢气作为质子交换膜燃料电池的燃料，同时，需要大量的淡水来源，由于需要克服的困难较多，导致船用燃料电池发展缓慢。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种船用甲醇水重整制氢质子交换膜燃料电池系统。本发明主要利用利用甲醇水重整制氢技术制取氢气，结合了反渗透造水技术制取淡水，所以此系统可较好地弥补氢气运输储存带来的问题和中小型船舶无法大量携带淡水的缺陷，也结合了三种技术的优点，从而以此系统作为船舶动力系统装置很有前景。本发明采用的技术手段如下：

一种船用甲醇水重整制氢质子交换膜燃料电池系统，包括依次相连的外部造水系统、重整分离系统、净化冷凝系统和质子交换膜燃料电池，

所述外部造水系统，用于将海水基于反渗透设备制取淡水；

所述重整分离系统，用于对混合淡水和甲醇的甲醇水蒸气进行重整且从重整后的混合气体中分离出氢气；

所述净化冷凝系统，用于对甲醇水蒸气重整分离后获取的氢气进行冷凝，制取纯净的氢气；