甲醇水蒸气制氢发电系统及其燃料电池系统的制作方法_3

文档序号:9351760阅读:来源:国知局
带动电磁加热装置为重整室、分离室加热。
[0081]所述电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体,设置于重整缸体外的第一加热线圈,分离缸体外的第二加热线圈,重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器,以及电磁控制器;电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流,能使重整室、分离室瞬间达到设定温度。
[0082]系统启动时,通过快速启动装置制备氢气,将制备得到的氢气输送至氢气发电装置发电;而后将发出的电能启动制氢设备;
[0083]所述制氢设备还包括电能估算模块、氢气制备检测模块、电能存储模块;所述电能估算模块用以估算氢气发电装置实时发出的电能是否能满足重整、分离时需要消耗的电能;如果满足,则关闭快速启动装置;
[0084]氢气制备检测模块用来检测制氢设备实时制备的氢气是否稳定;若制氢设备制备的氢气不稳定,则控制快速启动装置再次启动,并将得到的电能部分存储于电能存储模块,当电能不足以提供制氢设备的消耗时使用。
[0085]所述固态氢气储存容器、液体储存容器10分别与制氢设备20连接;液体储存容器10中储存有液态的甲醇和水。
[0086]通过固态氢气储存容器中储存固态氢气或/和快速启动装置或/和为制氢设备提供启动能源。
[0087]当制氢系统启动时,通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气,气态氢气为氢气发电装置发电,作为制氢设备的启动电源。
[0088]所述固态氢气储存容器中储存固态氢气,当制氢系统启动时,通过气化模块将固态氢气储存容器中的固态氢气转换为气态氢气,气态氢气通过燃烧放热,为制氢设备20提供启动热能,作为制氢设备20的启动能源。当然,固态氢气储存容器80不是本发明的必要设备,可以通过其他能源启动制氢设备20。
[0089]请参阅图4、图5,所述快速启动装置也可以为制氢设备提供启动能源;所述快速启动装置包括第一启动装置40、第二启动装置60。
[0090]所述第一启动装置40包括壳体41、第一加热机构42、第一气化管路43,第一气化管路43的内径为I?2mm,第一气化管路43紧密地缠绕于第一加热机构42上;第一加热机构42可以为电加热棒,利用交流电或蓄电池、干电池即可。
[0091]所述第一气化管路43的一端连接液体储存容器10,甲醇被送入第一气化管路43中;第一气化管路43的另一端输出被气化的甲醇,而后通过点火机构点火燃烧;或者,第一气化管路43的另一端输出被气化的甲醇,且输出的甲醇温度达到自燃点,甲醇从第一气化管路43输出后直接自燃。
[0092]所述第二启动装置60包括第二气化管路,第二气化管路的主体设置于所述重整室内,第二气化管路为重整室加热(还可以为制氢系统其他单元加热)。第一气化管路43或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路,将第二气化管路中的甲醇气化。
[0093]首先,需要第一气化管路43输出的甲醇加热第二气化管路,待第二气化管路可以持续产生气化的甲醇后设定时间,可以选择关闭第一启动装置40,而由第二气化管路输出的甲醇为第二气化管路加热;这样可以进一步减少对外部能源的依赖。
[0094]为了提高制氢设备的加热速度,在所述制氢设备20的重整室内壁设有加热管路,加热管路内放有催化剂(如可以将加热温度控制在380°C?480°C );所述快速启动装置40通过加热所述加热管路为重整室加热,可以提高加热效率。所述制氢系统启动后,制氢系统通过制氢设备制得的氢气发电后提供运行所需的能源;此时,可以关闭快速启动装置。
[0095]此外,为了在没有其他能源的情况下也可以启动系统,所述快速启动装置的初始启动能源为右干太阳能启动t旲块,太阳能启动t旲块包括依次连接的太阳能电池板、太阳能电能转换电路、太阳能电池;太阳能启动模块为第一加热机构提供电能;或者,所述快速启动装置的初始启动能源为手动发电机,手动发电机将发出的电能存储于电池中。
[0096]所述原料输送装置50提供动力,将液体储存容器10中的原料输送至制氢设备20 ;所述原料输送装置50向原料提供0.15?5M Pa的压强(如提供0.2M Pa或1.1M Pa或1.2M Pa或1.5M Pa或5M Pa的压强),使得制氢设备20制得的氢气具有足够的压强。
[0097]气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室,重整室内设有催化剂,重整室下部及中部温度为350 °C?409 °C;所述重整室上部的温度为400 °C?570 °C;重整室与分离室通过连接管路连接;所述分离室内的温度设定为400°C?570°C ;
[0098]所述重整室内设有催化剂,催化剂包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物。其中贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.5%?2%,Pd含量占催化剂总质量的1%?5%,Cu的氧化物占催化剂总质量的5%?15%,Fe的氧化物占催化剂总质量的2%?10%,Zn的氧化物占催化剂总质量的10%?25%,稀土金属氧化物占催化剂总质量的5%?45%,其余为过渡金属氧化物。
[0099]或者,所述催化剂为铜基催化剂,包括物质及其质量份数为:3-17份的CuO,3-18份的ZnO, 0.5-3份的ZrO, 55-80份的Al2O3,1-3份的CeO2,1-3份的La2O30如,铜基催化剂包括物质及其质量份数为:10份的CuO,10份的ZnO,2份的ZrO,60份的Al2O3, 2份的CeO2,2 份的 La2O3。
[0100]所述制氢设备20制得的氢气输送至膜分离装置30进行分离,用于分离氢气的膜分离装置30的内外压强之差大于等于0.7M Pa(如膜分离装置30的内外压强为0.7M Pa或1.1M Pa或1.2M Pa或1.5M Pa或5M Pa)。本实施例中,所述膜分离装置30为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置,镀膜层为钯银合金,钯银合金的质量百分比钯占75%?78%,银占 22%?25%。
[0101]所述甲醇制氢装置将制得的氢气通过传输管路实时传输至氢气发电系统;所述传输管路设有气压调节子系统,用于调整传输管路中的气压;所述氢气发电系统利用甲醇制氢装置制得的氢气发电。本实施例中,所述氢气发电系统包括燃料电池,燃料电池包括若干子燃料电池模块,各个子燃料电池模块包括至少一个超级电容;这样可以高效地输出电能,而不需要大容量的锂电池。
[0102]此外,本发明制氢发电系统还包括气压调节子系统300、收集利用子系统。如图3所示,所述气压调节子系统300包括微处理器21、气体压力传感器22、阀门控制器23、出气阀24、出气管路25。所述气体压力传感器22设置于传输管路中,用以感应传输管路中的气压数据,并将感应的气压数据发送至微处理器21 ;所述微处理器21将从气体压力传感器22接收的该气压数据与设定阈值区间进行比对,并以此控制出气阀24的开关。当接收到的压力数据高于设定阈值区间的最大值,微处理器21控制阀门控制器23打开出气阀设定时间,使得传输管路中气压处于设定范围。优选地,出气管路25的一端连接出气阀24,另一端连接所述甲醇制氢装置100,通过燃烧为甲醇制氢装置100的需加热设备(如重整室)进行加热;当接收到的压力数据低于设定阈值区间的最小值,微处理器21控制所述甲醇制氢装置100加快原料的输送速度,从而提高制氢速度。
[0103]所述收集利用子系统连接氢气发电装置200的排气通道出口,从排出的气体中收集氢气,或利用收集到的氢气供甲醇制氢装置100或/和氢气发电装置200使用。如图2所示,所述收集利用子系统包括氢水分离器401、氢气止回阀402,氢气发电装置200的排气通道出口连接氢水分离器401的入口,氢水分离器401出口处连接的管路内设有氢气止回阀402,防止氢气倒灌;所述氢水分离器401用于分离氢气与水。此外,所述收集利用子系统还包括氢氧分离器,用于分离氢气及氧气;氢氧分离器设置于所述氢气发电系统排气通道出口与氢水分尚器之间。
[0104]本实施例中,所述收集利用子系统还包括氧水分离器411、氧气止回阀412,用于收集氧气。所述收集利用子系统400收集的氢气与氧气供甲醇制氢装置100使用,也可以供氢气发电装置200使用。此外,收集到的氧气可以
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