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CN203242705U - 小型制氢发电设备 - Google Patents

小型制氢发电设备 Download PDF

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CN203242705U
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China
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hydrogen
small
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fuel cell
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任雯
岳勇
廖世军
邓皓
刘光全
夏建伟
王蓉沙
谢水祥
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Petrochina Co Ltd
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Petrochina Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

本实用新型的一种小型制氢发电设备,包括:天然气重整制氢器及质子交换膜燃料电池堆;所述天然气重整制氢器连接有燃料气输入管路、原料气输入管路、第一空气输入管路及纯水输入管路;其设有输出氢气的氢气输出口与氢气输出管路连接;所述质子交换膜燃料电池堆的阳极与所述氢气输出管路连接,其阴极与第二空气输入管路连接,其输出电极与一变压器连接。借此,将天然气重整制氢装置和质子交换膜燃料电池进行技术集成,用于天然气长输管道上的百瓦级小型发电装置,实现制氢发电,从而大大提高天然气的利用率。

Description

小型制氢发电设备
技术领域
本实用新型涉及一种小型天然气制氢发电装置,特别是用于天然气长输管道站场自发电的小型制氢发电设备。
背景技术
天然气长输管道的小型自发电电源系统,主要分布在清管站、阴保站和截断阀室等小型站场及一些井口,用电容量小但对供电设备的质量和可靠性要求非常高。目前,用于石油行业的小型自备电源系统,主要有太阳能电源系统、热电偶燃气发电装置、密闭循环蒸汽发电机、无人值守全自动天然气发电机组、风力发电系统、无人值守全自动天然气发电机组等,其中西气东输等国内数条天然气管线主要以热电偶燃气发电装置(以下简称TEG)为主。这些电源系统在实际运行中反映出许多问题:成本和运行费用高;效率低、能耗高;明火燃烧具安全隐患、排放有毒有害尾气;占地面积大等。
近年来,国内外关于天然气制氢和燃料电池集成实现发电已有报道。例如(①王婷婷.天然气蒸汽重整试验系统设计及PEMFC燃料电池试验研究;②代磊等.用于PEMFC的天然气水蒸气制氢系统.化工学报,2009,60(增):90~94.③G.Gigliucci;L.Petruzzi;E.Cerellic et al.Demonstration of a residential CHP systembased on PEM fuel cells.Journal of Power Sources,2004,131(1-2):62~68.等),这些研究虽然提到天然气制氢和质子交换膜燃料电池集成技术,但都没有实现用于天然气长输管道上的百瓦级小型发电装置,也没有同时集成富氢干气中H2含量达到80%、CO甲烷化后浓度≤2-3ppm、无明火燃烧的技术。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是提供一种小型制氢发电设备,实现制氢发电,大大提高天然气的利用率。
本实用新型的技术解决方案是:
一种小型制氢发电设备,其中,该设备包括:天然气重整制氢器及质子交换膜燃料电池堆;
所述天然气重整制氢器连接有燃料气输入管路、原料气输入管路、第一空气输入管路及纯水输入管路;其设有输出氢气的氢气输出口与氢气输出管路连接;
所述质子交换膜燃料电池堆的阳极与所述氢气输出管路连接,其阴极与第二空气输入管路连接,其输出电极与一变压器连接。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述原料气输入管路设有调压阀、天然气质量流量计及脱硫装置;所述第一空气输入管路上设有第一鼓风机;所述纯水输入管路上设有计量水泵。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述第二空气输入管路上设有空气过滤器、空气增湿器及第二鼓风机。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述氢气输出管路上设有第一换热器。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述质子交换膜燃料电池堆的阴极设有排水口,所述排水口连接水循环管路。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述水循环管路包括冷却水循环管路及纯水循环管路。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述冷却水循环管路上设有水泵及第二换热器,其另一端与所述质子交换膜燃料电池堆的内部冷却管路连接。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述纯水循环管路的另一端连接所述纯水输入管路。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述质子交换膜燃料电池堆的阳极连接有尾气循环管路。
上述的小型制氢发电设备,其中,所述尾气循环管路的另一端与所述燃料气输入管路连接。
由以上说明得知,本实用新型与现有技术相比较,确实可达到如下的功效:
1、本实用新型适用于天然气长输管道小型站场自发电设备。装置体积小、制氢量可控制在1m3/h以下、能源转化率高,能够实现资源清洁利用,低碳排放;
2、本实用新型与现有小型自发电电源系统相比,运行费用低。与同功率级的TEG相比,运行费用能够减少88%;
3、推进了行业节能降耗的目标。本实用新型与同功率级TEG相比,是TEG发电效率的8倍,能耗降低80%以上,CO2减排85%以上;
4、运行安全、环保。本实用新型采用的无明火燃烧,安全可靠。尾气排放符合《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)。
附图说明
图1为本实用新型较佳实施例的结构示意图。
主要元件标号说明:
本实用新型:
1、调压阀          2、脱硫装置                3、第一鼓风机
4、计量水泵        5、天然气质量流量计        6、天然气重整制氢器
7、第一换热器      8、第二鼓风机              9、空气过滤器
10、空气增湿器     11、质子交换膜燃料电池堆   12、第二换热器
13、水泵           14、变压器
具体实施方式
本实用新型的一种小型制氢发电设备,包括:天然气重整制氢器及质子交换膜燃料电池堆;所述天然气重整制氢器连接有燃料气输入管路、原料气输入管路、第一空气输入管路及纯水输入管路;其设有输出氢气的氢气输出口与氢气输出管路连接;所述质子交换膜燃料电池堆的阳极与所述氢气输出管路连接,其阴极与第二空气输入管路连接,其输出电极与一变压器连接。借此,将天然气重整制氢装置和质子交换膜燃料电池进行技术集成,用于天然气长输管道上的百瓦级小型发电装置,实现制氢发电,从而大大提高天然气的利用率。
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示,为本实用新型的小型制氢发电设备的较佳实施例的结构示意图。
如图所示,较佳的,所述小型制氢发电设备,包括:天然气重整制氢器6及质子交换膜燃料电池堆;所述天然气重整制氢器6从天然气长输管道上获得燃料气和原料气,为制氢提供原料基础。所述天然气重整制氢器6连接有燃料气输入管路、原料气输入管路、第一空气输入管路及纯水输入管路;其设有输出氢气的氢气输出口与氢气输出管路连接;所述天然气重整制氢器6从上述燃料气输入管路中获得燃料气,从上述第一空气输入管路中获得助燃用的空气进行燃烧加热,以对来自纯水输入管路的纯水进行加热从而制造水蒸气,再进一步与来自所述原料输入管路的原料气按比例配合,进行制氢反应,获得氢气。所述质子交换膜燃料电池堆的阳极与所述氢气输出管路连接,其阴极与第二空气输入管路连接,其输出电极与一变压器连接。将所述天然气重整制氢器6所制造的氢气输送至所述质子交换膜燃料电池堆的阳极,促使氢气所带质子和电子分别在质子交换膜燃料电池堆内进行分别导通,通过电子流的流动,在所述质子交换膜燃料电池堆的输出端产生电压差和电流,实现了发电的目的。同时,在该质子交换膜燃料电池的输出端连接一变压器,根据需要向外提供稳定的电源。
如上所述的小型制氢发电设备,较佳的,所述原料气输入管路设有调压阀1、天然气质量流量计5及脱硫装置2;通过调压阀1控制进入所述天然气重整制氢器6的天然气的压力,并且进一步的通过天然气质量流量计5控制天然气的流量,使天然气作为原料气时,按制氢所需的原料气的需求量向所述天然气重整制氢器6内提供原料气。所述第一空气输入管路上设有第一鼓风机3;所述纯水输入管路上设有计量水泵4。通过所述第一鼓风机3的作用,促使燃料气燃烧室的助燃空气的充分提供;另外通过计量水泵4的设置,能够使纯水输入的量按照制氢所需的水蒸气的量来控制,使制氢的反应过程充分。所述脱硫装置2较佳的为常温脱硫装置,原料气先经过常温脱硫装置2,脱硫后再进入天然气重整制氢器6内,有效的保护了天然气重整制氢器6,并使制氢过程更加单一和充分。
如上所述的小型制氢发电设备,较佳的,所述第二空气输入管路上设有空气过滤器、空气增湿器及第二鼓风机8。与所述质子交换膜燃料电池堆连接的第二空气输入管路,是用以提供氧分子的空气管路,通过氧分子与穿过质子交换膜的氢原子结合形成水分子,并向外排出。为了保护质子交换膜及相关器件,在第二空气输入管路上设置了空气过滤器和空气增湿器,并借由第二鼓风机8的驱动,使空气能够充分的进入质子交换膜燃料电池堆内部与氢原子发生反应。
如上所述的小型制氢发电设备,较佳的,所述氢气输出管路上设有第一换热器7。一般情况下,进入质子交换膜燃料电池堆的氢气的温度是有特定要求的,本实用新型通过在所述氢气输出管路上设置第一换热器7,对来自天然气重整制氢器6的高温氢气进行降温处理,使其温度控制在一个较佳的范围内。较佳的,氢气的温度控制在80℃左右。
如上所述的小型制氢发电设备,较佳的,所述质子交换膜燃料电池堆的阴极设有排水口,所述排水口连接水循环管路。将质子交换膜燃料电池堆的阴极产生的水回收再使用。
如上所述的小型制氢发电设备,较佳的,所述水循环管路包括冷却水循环管路及纯水循环管路。分别将阴极产生的水作为天然气重整制氢器6需要的纯水被重复利用,以及将阴极产生的水返回到质子交换膜燃料电池堆对燃料电池内部进行冷却。
如上所述的小型制氢发电设备,较佳的,所述冷却水循环管路上设有水泵及第二换热器,其另一端与所述质子交换膜燃料电池堆的内部冷却管路连接。从阴极产生的水,为去离子水,作为用于冷却用的纯水,通过冷却水循环管路上第二换热器冷却后,再经由水泵的驱动而返回至质子交换膜燃料电池堆内部的冷却管路内对质子交换膜燃料电池堆进行冷却。
如上所述的小型制氢发电设备,较佳的,所述纯水循环管路的另一端连接所述纯水输入管路。借此,将阴极产生的纯水作为天然气重整制氢器6需要的纯水被重复利用,节省水资源。
如上所述的小型制氢发电设备,较佳的,所述质子交换膜燃料电池堆的阳极连接有尾气循环管路。所述质子交换膜燃料电池堆的阳极产生的尾气可以作为天然气重整制氢器6的燃料被重复利用。较佳的,所述尾气循环管路的另一端与所述燃料气输入管路连接。通过该尾气循环管路的连接,使阴极产生的尾气直接送往所述天然气重整制氢器6内,节省燃料资源。
如图所示,现以本实用新型的较佳实施方式为例,对上述小型制氢发电设备的工作过程说明如下:
本实用新型的较佳实施例中,所述的调压阀1与常温脱硫装置2相连;常温脱硫装置2与天然气重整制氢器6相连;第一鼓风机3、计量水泵4、天然气质量流量计5与天然气重整制氢器6相连;天然气重整制氢器6通过第一换热器7与质子交换膜燃料电池堆11阳极相连;第二鼓风机8、空气过滤器9、空气增湿器10与质子交换膜燃料电池堆11阴极相连;质子交换膜燃料电池堆11阴极与第二换热器12和水泵13连接,通过管路回到电池进水口;质子交换膜燃料电池堆11连接变压器14。
本实施例使用的原料气为民用天然气,水为纯水。
1、启动第一鼓风机,在天然气重整制氢器控制器上设置燃烧温度为800℃,打开燃料气阀门通入燃料气,电子点火。天然气重整制氢器内的燃烧室先进行有焰燃烧,当燃烧室温度上升到800℃时,燃烧室内自动转为无焰燃烧,进入自动保温状态。同时,当天然气重整制氢器中的水汽变换单元温度达到190℃时,启动计量水泵,通入纯水。
2、打开原料气开关,开启天然气质量流量计,调整水碳比为3.5:1。原料气先经过常温脱硫装置,脱硫后的原料气进入天然气重整制氢器,与水蒸气发生重整反应、再经过水汽变换和CO深度去除反应,制得高纯度氢气。天然气重整制氢器内的主要反应为:CH4+2H2O→4H2+CO2、CH4+4H2O→4H2+CO2+2H2O、CO+3H2→H2O+CH4。
3、高纯度的氢气经过第一换热器换热后,通入到质子交换膜燃料电池堆阳极;开启空气过滤器、空气增湿器和第二鼓风机,经过滤增湿后的空气进入质子交换膜燃料电池堆阴极,开始发电。
质子交换膜燃料电池堆的阳极产生的尾气可以作为天然气重整制氢器的燃料被回用,阴极产生的水可以作为天然气重整制氢器需要的纯水被回用。阴极产生的去离子水可经第二换热器换热后,返回到质子交换膜燃料电池堆对燃料电池内部进行冷却。
较佳的,本实施例的小型制氢发电设备,其体积为0.35m3,消耗天然气0.27NM3/kwh,输出功率为600W,系统自身消耗90W,直流发电效率为42%。富氢干气中H2含量为80%、CO浓度≤2-3ppm。尾气排放污染物SO2:0mg/m3;NOx:0.08mg/m3;颗粒物:0.1mg/m3,符合大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)。
本实用新型的一种小型制氢发电设备,主要用于天然气管道站场,将天然气重整制氢装置和质子交换膜燃料电池进行技术集成,实现制氢发电,从而大大提高天然气的利用率。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式,并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种小型制氢发电设备,其特征在于,该设备包括:天然气重整制氢器及质子交换膜燃料电池堆;
所述天然气重整制氢器连接有燃料气输入管路、原料气输入管路、第一空气输入管路及纯水输入管路;其设有输出氢气的氢气输出口与氢气输出管路连接;
所述质子交换膜燃料电池堆的阳极与所述氢气输出管路连接,其阴极与第二空气输入管路连接,其输出电极与一变压器连接。
2.如权利要求1所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述原料气输入管路设有调压阀、天然气质量流量计及脱硫装置;所述第一空气输入管路上设有第一鼓风机;所述纯水输入管路上设有计量水泵。
3.如权利要求1所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述第二空气输入管路上设有空气过滤器、空气增湿器及第二鼓风机。
4.如权利要求1所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述氢气输出管路上设有第一换热器。
5.如权利要求1所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述质子交换膜燃料电池堆的阴极设有排水口,所述排水口连接水循环管路。
6.如权利要求5所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述水循环管路包括冷却水循环管路及纯水循环管路。
7.如权利要求6所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述冷却水循环管路上设有水泵及第二换热器,其另一端与所述质子交换膜燃料电池堆的内部冷却管路连接。
8.如权利要求6所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述纯水循环管路的另一端连接所述纯水输入管路。
9.如权利要求1所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述质子交换膜燃料电池堆的阳极连接有尾气循环管路。
10.如权利要求9所述的小型制氢发电设备,其特征在于,所述尾气循环管路的另一端与所述燃料气输入管路连接。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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