[发明专利]高压氨裂解和前置氨回收后置氢回收的PEMFC系统及运行方法

权利要求书

1.一种高压氨裂解和前置氨回收后置氢回收的PEMFC系统，其特征在于：其包括：

液氨高压供应装置,其包括依次相连的液氨罐(800)、液压泵(810)、气化罐(820)；

高压氨裂解纯化装置，其包括第一换热器(100)、纯化装置(200)、相互换热设置的氨催化裂解装置(300)与氨催化燃烧装置(400)，所述第一换热器(100)的第一换热侧的进口与所述液氨高压供应装置相连，所述第一换热器(100)的第一换热侧的同时与氨催化裂解装置(300)、氨催化燃烧装置(400)的进口相连，而纯化装置(200)的进气口通过第一换热器(100)的第二换热侧与氨催化裂解装置(300)出口相连，所述纯化装置(200)用于对裂解气中的氨进行吸附和脱附，所述纯化装置(200)的吹扫出口通过吹扫管路与第一换热器(100)的第一换热侧的进口相连；

引射器(900)，其喷射口与纯化装置(200)的出口连接；

燃料电池(500)，其阳极进口与引射器(900)的出口连接，所述燃料电池(500)的阳极出口与氨催化燃烧装置(400)的进口相连；

透氢装置(600)，其进口与燃料电池(500)阳极出口连接，透氢装置(600)的出口与引射器(900)的回流口连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压氨裂解和前置氨回收后置氢回收的PEMFC系统，其特征在于：

所述高压氨裂解纯化装置还包括第二换热器(700)，所述第二换热器(700)的第一换热侧进口与氨催化燃烧装置(400)的出口连接，所述第二换热器(700)的第二换热侧进口与外部的空气供应系统连接，所述第二换热器(700)的第二换热侧出口与氨催化燃烧装置(400)的进口连接。

3.根据权利要求1所述的一种高压氨裂解和前置氨回收后置氢回收的PEMFC系统，其特征在于：

所述第一换热器(100)与氨催化燃烧装置(400)之间设置有减压阀(410)。

4.根据权利要求1所述的一种高压氨裂解和前置氨回收后置氢回收的PEMFC系统，其特征在于：

所述氨催化燃烧装置(400)与氨催化裂解装置(300)以内外套管形式紧密相连设置。

5.根据权利要求1所述的一种高压氨裂解和前置氨回收后置氢回收的PEMFC系统，其特征在于：

所述纯化装置(200)包括并联的两个吸附柱，两者可交替使用,当一个吸附柱饱和时，进行氨脱附和回收利用。

6.根据权利要求1所述的一种高压氨裂解和前置氨回收后置氢回收的PEMFC系统，其特征在于：

所述氨催化燃烧装置(400)为金属蜂窝材料或者陶瓷蜂窝材料，其表面涂覆氨催化燃烧催化剂或者氢催化燃烧催化剂。

7.根据权利要求1所述的一种高压氨裂解和前置氨回收后置氢回收的PEMFC系统，其特征在于：

所述氨催化裂解装置(300)的入口处设有温度传感器、压力传感器、质量流量传感器；所述纯化装置(200)的入口处设有温度传感器，而出口处设有氨浓度传感器，上述的传感器与控制系统连接。

8.一种PEMFC系统的运行方法，其特征在于：其采用如权利要求1至7任意一项所述的PEMFC系统，具体方法如下：

所述液氨高压供应装置提供的氨经过第一换热器(100)吸热后，进入氨催化裂解装置(300)与氨催化燃烧装置(400)中，在氨催化燃烧装置(400)中进行催化燃烧反应并释放热量给氨催化裂解装置(300)，而在氨催化裂解装置(300)进行催化裂解反应，裂解尾气经过第一换热器(100)换热后进入纯化装置(200)，将裂解尾气中的残余氨脱除，之后进入燃料电池(500)参与反应；

从燃料电池(500)出口排出的富氢气体一部分通入氨催化燃烧装置(400)进行供热，另一部分通入透氢装置(600)提高氢气含量，重新通入燃料电池(500)参与反应；

而当纯化装置(200)吸附量饱和时，裂解尾气对纯化装置(200)进行吹扫脱附，吹扫排气回流至第一换热器(100)再进入氨催化燃烧装置(400)。

9.根据权利要求8所述的一种PEMFC系统的运行方法，其特征在于：

所述氨催化裂解装置(300)、纯化装置(200)、第一换热器(100)均处于高压工作状态(≥10bar)，无需气体压缩步骤即可满足PEMFC系统供氢压力需求，高压反应系统通过液压泵、耐高温高压耐腐蚀反应器材料和多重密封实现；

所述PEMFC以氨裂解气为燃料，所述裂解气为经过残余氨吸收的氮氢混合气；

燃料电池(500)阳极出口处尾气为氢含量75％的含氢气体，含氢气体一部分进入氨催化燃烧装置(400)供热，另一部分通过透氢装置(600)与引射器(900)重新通入PEMFC电堆阳极参与反应；所述透氢装置(600)为低选择性的钯膜反应器，成本低廉；阳极尾气经透氢装置(600)分离后氢气的含量为75-80％；

所述氨催化裂解装置(300)和氨催化燃烧装置(400)通过催化剂选择、反应器构型设计、能量供给方式和热管理策略优化可以使得氨转化率超过99％，而且在线瞬时满足燃料电池燃料需求；

PEMFC电堆阳极燃料气的供给模式为循环模式下持续“排氮”，吹扫气阀为常开，燃料过量系数提高到1.2-1.8，实现氨裂解气为燃料的PEMFC稳定高效发电。