[发明专利]一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统及其工作方法

说明书

本发明公开的一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统及其工作方法，属于燃料电池技术领域。主要包括甲醇重整反应单元、第一换热单元、第一气液分离单元、第二气液分离单元、催化燃烧单元、第二换热单元、第三换热单元、燃料电池单元和混气装置。本发明直接利用甲醇重整气作为阳极原料，不做氢气提纯分离处理，缩短简化了工艺流程；同时，阳极尾气经过催化燃烧，充分释放阳极尾气中未反应的氢气的热量，提高燃料电池发电系统热效率，并将经过催化燃烧的阳极尾气与阴极进气混合，作为阴极原料循环利用，提高燃料利用率，提高熔融碳酸盐燃料电池发电系统热电综合效率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统及其工作方法。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池是一种工作于650℃的高温燃料电池，采用富氢气体作为原料，可以直接将原料中的化学能转化为电能，是一种清洁高效、低噪音、低污染的发电方式。

目前，以氢气、天然气、合成气为原料的熔融碳酸盐燃料电池发电系统成本相对偏高，而甲醇重整制氢是一种成本较低、清洁高效的制氢方式，将其与熔融碳酸盐燃料电池结合，将甲醇重整制得的氢气通入燃料电池阳极，实现用甲醇为原料的燃料电池发电系统，可降低发电成本。但是，传统甲醇重整制氢装置要配备气体分离装置来提纯甲醇重整气中的氢气，工艺复杂冗长，成本偏高，熔融碳酸盐燃料电池燃料利用率低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统及其工作方法，缩短了以甲醇为原料的熔融碳酸盐燃料电池发电系统工艺流程，降低了熔融碳酸盐燃料电池发电系统成本及发电成本，充分利用了燃料中的能量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统，包括甲醇重整反应单元、第一换热单元、第一气液分离单元、第二气液分离单元、催化燃烧单元、第二换热单元、第三换热单元、燃料电池单元和混气装置；

甲醇重整反应单元的进口连接有甲醇进料管，甲醇重整反应单元的出口与第一换热单元的热侧进口连接，第一换热单元的热侧出口与第一气液分离单元的进口连接，第一气液分离单元的气相出口与第二换热单元的冷侧进口连接，第二换热单元的冷侧出口与燃料电池单元的阳极燃料进料口连接，燃料电池单元的阳极尾气出口与催化燃烧单元的进口连接，催化燃烧单元的进口还连接有O₂进气管，催化燃烧单元的出口与第二换热单元的热侧进口连接，第二换热单元的热侧出口与第二气液分离单元的进口连接，第二气液分离单元的气相出口与混气装置的进口连接，混气装置的进口还连接有空气进气管和CO₂进气管，混气装置的出口与第三换热单元的冷侧进口连接，第三换热单元的冷侧出口与燃料电池单元的阴极燃料进料口连接，燃料电池单元的阴极尾气出口与第三换热单元的热侧进口连接，第三换热单元的热侧出口连接有阴极尾气排出管；第一气液分离单元和第二气液分离单元的液相出口均连接有冷凝水排出管。

优选地，第二换热单元的冷侧出口与燃料电池单元的阳极燃料进料口之间的连接管路上设有阳极气体流量检测及控制装置，第三换热单元的冷侧出口与燃料电池单元的阴极燃料进料口之间的连接管路上设有阴极气体流量检测及控制装置，空气进气管上设有空气流量检测及控制装置，CO₂进气管上设有CO₂流量检测及控制装置，第二气液分离单元的气相出口与混气装置的进口之间的连接管路上设有阳极尾气流量检测及控制装置；阳极气体流量检测及控制装置、阴极气体流量检测及控制装置、空气流量检测及控制装置、CO₂流量检测及控制装置和阳极尾气流量检测及控制装置均分别与系统的控制单元连接。

优选地，第二气液分离单元的气相出口与混气装置的进口之间的连接管路上设有压缩单元。

进一步优选地，压缩单元进口前设有除沫装置。

优选地，第一换热单元为气-液型换热器，第二换热单元和第三换热单元为气-气型换热器。