装置与所述氢燃料电池之间设置有氢气缓冲 罐，冷却后的氢气可直接向氢燃料电池供气和/或经过缓冲罐缓冲后供气。
[0040] 在上述系统中，优选的，所述供水装置使用外加的去离子水和/或氢燃料电池排 出的水，供水装置的水也可用于氢燃料电池增湿；供水装置中还可设置保温组件，对水进行 保温。
[0041] 在上述系统中，优选的，所述供气装置为压缩天然气储气瓶，定量的输出天然气， 储气瓶在常温下的工作压力为20-25MPa。
[0042] 在上述系统中，所述冷却装置设置有独立的氢气冷却管路和尾气冷却管路，分出 水后的尾气可用作蒸汽转化装置中燃烧加热器的燃料；冷凝出的水可补入供水装置或用作 燃料电池增湿。
[0043] 上述系统产生的余热可用于车内冬天取暖，夏天空调制冷。
[0044]与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明提供的氢燃料电池汽车上利用压 缩天然气原位制氢的方法和系统是利用现有成熟的压缩天然气储存和供气的技术及设备， 同时利用高效贵金属催化剂和膜分离技术来提高反应效率、减小反应装置尺寸、简化制氢 步骤，以高密度集成在包括传统客车、轿车、特种车辆等内部，实现在氢燃料电池汽车上的 原位制氢，供给氢燃料电池发电。
[0045] 采用本发明的技术方案不需建大量的加氢站和在车上安装高压氢气储罐，投资 省，拓展阻力小。在氢燃料电池汽车原位供氢，此系统的余热可用于冬天供暖、夏天制冷，因 此不需要再用电供热制冷，能源利用效率更高。
[0046] 本发明所提供的方法工艺流程短、易集成、容易实现大规模应用。一瓶70升的 CNG (压缩天然气）加气瓶加压至200bar，即存有15m3天然气，相当于14升汽油，以汽车百 公里耗油9升计，可行车约150公里，若用在车上使用本发明的方法及系统进行原位制氢， 其中30%天然气用于转化供热，70%天然气用于蒸汽转化制氢，可生产约3. 0公斤的氢气， 以1. 2公斤氢气燃料电池汽车行车100公里计，可行车约250公里，能源效率提高67%。本 发明所提供的技术方案具有显著的经济效益和良好的适应性，便于推广和普及。
【附图说明】
[0047] 图1为实施例2-4中氢燃料电池汽车上利用压缩天然气原位制氢的流程图。
【具体实施方式】
[0048] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0049] 实施例1
[0050] 本实施例提供了一种氢燃料电池汽车上利用压缩天然气原位制氢的系统，该系统 包括：
[0051] 供水装置、供气装置、蒸汽转化装置、一氧化碳变换装置、膜分离提纯氢装置、冷却 装置和氢燃料电池；
[0052] 供水装置包括水储存器、保温组件和加热设备，加热设备设有水蒸汽管路，水储存 器的出口与加热设备连通，加热设备的水蒸汽管路与蒸汽转化装置连通；
[0053] 供气装置为压缩天然气储气瓶，常温下储气瓶工作压力为20_25MPa ;
[0054] 蒸汽转化装置部分包括转化反应器、产品气冷却器、燃烧加热器，转化反应器由致 密的氧化铝管簇组成，在氧化铝管内壁上沉积有蒸汽转化催化剂的活性组分，产品气冷却 器包括预热组件和冷却组件；
[0055] -氧化碳变换装置的反应器为装填有一氧化碳变换催化剂的固定床反应器；
[0056] 膜分离提纯氢装置采用的膜分离组件是以氧化铝管为衬底的金属钯复合膜，包括 入口管路、氢气管路和尾气管路；
[0057] 冷却装置包括热交换器，热交换器包括冷却管路、加热管路及冷凝水管路，冷却管 路包括膜分离提纯氢装置的氢气管路、尾气管路，加热管路与供水装置的加热设备连通；
[0058] 氢燃料电池的主体为质子膜燃料电池或由质子膜燃料电池和储能电池组成的混 合电池，其包括氢气管路、氧气管路、增湿管路和排水管路；
[0059] 供气装置的天然气管路、供水装置的水蒸汽管路分别与产品气冷却器的预热组件 连通，该预热组件的出口与转化反应器连通，转化反应器的出口管路与产品气冷却器的冷 却组件连通，该冷却组件的出口与一氧化碳变换装置连通，一氧化碳变换装置与膜分离提 纯氢装置的入口管路连通，膜分离提纯氢装置的尾气管路、氢气管路分别与冷却装置连通， 冷却装置的尾气管路与蒸汽转化装置的燃烧加热器连通，冷却装置的冷凝水管路分为两个 支路，一支路与燃料电池的增湿管路连通，另一支路与供水装置的水管路连通，冷却装置的 氢气管路与氢气缓冲罐连通，氢气缓冲罐与燃料电池的氢气管路连通。
[0060] 实施例2
[0061] 本实施例提供了一种氢燃料电池汽车上使用压缩天然气原位制氢的方法，该方法 是基于实施例1提供的系统实现的，其流程如图1所示，具体包括以下步骤：
[0062] 将供气装置输出的天然气和供水装置输出的水蒸汽（天然气流量为25Nm3/h，水蒸 汽流量为50Nm 3/h，!120/〇14比为2)经换热后升温至450°C ;
[0063] 然后进入蒸汽转化反应器，在Ru-Rh/Al203催化剂上（Ru:Al 203= I. 5wt %， Rh = Al2O3= 0· 5wt% )进行蒸汽重整反应（CH4空速为δΟΟΙΓ1，出口压力为IMPa)，转化制得 流量为112. 9Nm3/h的产品气，产品气出口温度约800°C，气体成分如表1所示。
[0064] 表1产品气气体组成（单位：Nm3/h)
[0065]
【主权项】
1. 一种氢燃料电池汽车上使用压缩天然气原位制氢的方法，包括以下步骤： 将水蒸汽和经压缩天然气降压输出的天然气预热，二者混合后与蒸汽转化催化剂接触 反应制得产品气，其中，反应压力为0. 1-2. OMPa，温度为450-1200°C，空速为SOO-SOOOh-1， 水碳比为2-6 ; 使经过冷却的产品气与一氧化碳变换催化剂接触反应，制得变换气，其中，反应压力为 0? 1-2. OMPa，温度为 300-500°C，空速为 500-20001T1; 对变换气进行膜分离提纯，得到C0含量<50ppm的氢气和分离后的尾气，冷却后，将氢 气输入氢燃料电池。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述蒸汽转化催化剂为M/A1 203, M为活性组分，其 为Pt、Pd、Rh、Ag和Ru中的一种或多种的组合，A1203为载体，以A1 203的质量计，M的含量 为 0? 5-2. Owt%。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，以重量百分比计，所述一氧化碳变换催化剂具有以 下组分：5_10wt% Cr203, 5_10wt% C〇304，其余为氧化铁。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，所述压缩天然气的总硫含量< 0. lppm ;所述膜分离 提纯的温度为300-500 °C。
5. -种在氢燃料电池汽车上使用压缩天然气原位制氢的系统，其特征在于，该系统包 括： 供水装置、供气装置、蒸汽转化装置、一氧化碳变换装置、膜分离提纯氢装置、冷却装置 和氢燃料电池； 所述供水装置与所述供气装置分别与所述蒸汽转化装置连通，所述蒸汽转化装置与所 述一氧化碳变换装置连通，所述一氧化碳变换装置与所述膜分离提纯氢装置连通，所述膜 分离提纯氢装置与所述冷却装置连通，所述冷却装置与所述氢燃料电池连通； 所述供水装置包括水储存器和加热设备，水储存器的出口与加热设备连通，加热设备 与蒸汽转化装置连通； 所述蒸汽转化装置包括预热组件、冷却组件、燃烧加热器及反应器，所述反应器为列管 式固定床反应器，该列管式固定床反应器的反应管上沉积有蒸汽转化催化剂的活性组分， 所述预热组件的入口分别与供水装置和供气装置连通，预热组件的出口与反应器的入口连 通，所述冷却组件的入口与反应器的出口连通，冷却组件的出口与一氧化碳变换装置的入 口连通，所述燃烧加热器的燃料管路与供气装置和/或冷却装置连通。
6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述反应管为氧化铝管，其内径为6-8mm，外 径为 10-12_。
7. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述一氧化碳变换装置为固定床反应器，所 述固定床反应器内装填有一氧化碳变换催化剂。
8. 如权利要求5-7任意一项所述的系统，其特征在于，所述膜分离提纯氢装置设置有 一级或多级分离膜，所述分离膜是以氧化铝管为衬底的金属钯复合膜；所述冷却装置包括 热交换器。
9. 如权利要求5-8任意一项所述的系统，其特征在于，所述氢燃料电池的主体为质子 膜燃料电池或由质子膜燃料电池和储能电池组成的混合电池。
10. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述供水装置使用外加的去离子水和/或 氢燃料电池排出的水，所述供气装置为压缩天然气储气瓶，所述储气瓶在常温下的工作压 力为 2〇_25MPa。
【专利摘要】本发明涉及一种氢燃料电池汽车上使用压缩天然气原位制氢的方法及系统。该方法包括以下步骤：将水蒸汽和经压缩天然气降压输出的天然气预热，然后与蒸汽转化催化剂接触反应制得产品气，冷却后的产品气与一氧化碳变换催化剂接触反应，制得变换气，对变换气进行膜分离提纯，得到高纯度氢气，氢气冷却后输入氢燃料电池；另外，本发明还提供了一种用压缩天然气原位制氢的小型车载系统，包括：供水装置、供气装置、蒸汽转化装置、一氧化碳变换装置、膜分离提纯氢装置、冷却装置和氢燃料电池。利用本发明提供的技术方案，不需建大量的加氢站和在车上装高压氢气储存罐，可利用现有的压缩天然气汽车的加气设备和技术实现原位制氢，投资省，拓展阻力小。
【IPC分类】C01B3-38, C01B3-56
【公开号】CN104627961
【申请号】CN201510080236
【发明人】周红军, 余长春, 班帅, 谢静, 吴全贵
【申请人】中国石油大学(北京), 北京中石大新能源研究院有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月13日