[实用新型]小型制氢发电设备

说明书

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