CN113889649A - 一种燃料电池***尾气合成氨的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池***尾气处理领域，公开了一种燃料电池***尾气合成氨的装置，包括：电堆、合成室、空侧入口、空侧出口、氢侧入口、氢侧出口及废料出口，所述电堆分别与所述空侧入口及所述氢侧入口连接，所述空侧出口、所述氢侧出口两端分别与所述电堆、所述合成室连接，所述废料出口与所述合成室连接，所述电堆内没反应完的空气及氢气通过所述空侧出口、所述氢侧出口。本发明提出了燃料电池尾气合成氨的装置，利用燃料电池***尾气中的氮气、氢气作为原料，通过合成室内的催化剂的作用，实现在低温常压条件下合成氨的目的，充分利用燃料电池尾气中氢气及氮气，同时生成氨原料。

Description

一种燃料电池***尾气合成氨的装置
技术领域
本发明涉及燃料电池***尾气处理领域，特别涉及一种燃料电池***尾气合成氨的装置。
背景技术
燃料电池***中，为了保证电化学反应充分进行，通常将氢气过量供给电堆，为了避免氢气浪费，采用氢回流的方式，将未反应的氢气与新鲜氢气重新混合供给电堆反应，从而提高氢利用率。然而，由于空侧少量氮气会通过质子交换膜渗透到氢侧，并随着氢回流逐渐累积，为了避免回流路累积氮浓度过高，采用尾排阀的间歇开闭，排出部分含氮废气，提高氢回流中氢气浓度。但该部分废气中仍含有一定量的氢气，存在氢气浪费的问题。另外，燃料电池***空气侧，氧气被反应消耗后，剩余的含氮废气与尾排阀排出的含氢废气共同由尾排管路排出。因此，燃料电池***运行过程产生的尾气中，含有氢气和氮气来源。
氨气作为一种重要的化工产品，是氨肥工业及制造硝酸、铵盐、纯碱等的重要原料。从热力学角度，氮气和氢气在常温常压条件下就能反应生成氨，但是因为氮气分子非常稳定，难以活化，所以如何解决燃料电池氢气侧尾排氢气浪费以及氢气侧架构优化结构是现在亟需要解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术燃料电池氢气侧尾排氢气浪费及氢气侧架构不够优化的问题，本发明提供了一种燃料电池***尾气合成氨的装置。
本发明的技术内容如下：
一种燃料电池***尾气合成氨的装置，包括：
电堆、合成室、空侧入口、空侧出口、氢侧入口、氢侧出口及废料出口，所述电堆分别与所述空侧入口及所述氢侧入口连接，所述空侧出口、所述氢侧出口两端分别与所述电堆、所述合成室连接，所述废料出口与所述合成室连接，所述电堆内没反应完的空气及氢气通过所述空侧出口、所述氢侧出口。
进一步地，还包括有循环泵，所述循环泵设置在所述氢侧入口连接所述电堆的管路上，所述氢侧出口与所述循环泵连接，所述循环泵、所述电堆及所述氢侧出口形成循环回路。
进一步地，还包括引射器，所述引射器设置在所述氢侧入口连接所述电堆的管路上，所述氢侧出口与所述引射器连接，所述引射器、所述电堆及所述氢侧出口形成循环回路。
进一步地，还包括有尾排阀，所述尾排阀设置于所述氢侧出口连接所述循环泵或所述引射器的管路上，所述尾排阀与所述合成室连接，所述尾排阀为间歇开启或关闭。
进一步地，所述合成室与所述空侧出口、所述氢侧出口连接的入口处，设置为单向连接结构或负压轴吸结构。
进一步地，所述合成室内设置有合成氨的催化剂。
进一步地，还包括有空滤、空压机及中冷器，所述空滤、所述空压机、所述中冷器及所述空侧入口依次相连。
进一步地，还包括增湿器，所述增湿器设置于所述空侧入口连接电堆的管路上。
本发明的有益效果：
(1)本发明提出了燃料电池尾气合成氨的装置，利用燃料电池***尾气中的氮气、氢气作为原料，通过合成室内的催化剂的作用，实现在低温常压条件下合成氨的目的，充分利用燃料电池尾气中氢气及氮气，同时生成氨原料；
(2)通过优化氢气侧计量比，实现了燃料电池合成氨整个***效率最大化，实施方案简便、提高氢气利用率。
附图说明
图1为本发明的实施例一的结构流程示意图。
图2为本发明的实施例二的结构流程示意图。
其中：
1-空侧入口；
2-电堆；
3-氢侧入口；
4-空侧出口；
5-氢侧出口；
6-合成室；
7-废料出口；
8-循环泵或引射器；
9-尾排阀；
10-空滤；
11-空压机；
12-中冷器；
13-增湿器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1-2所示，本发明公开了一种燃料电池***尾气合成氨的装置，包括：
电堆2、合成室6、空侧入口1、空侧出口4、氢侧入口3、氢侧出口5及废料出口7，所述电堆2分别与所述空侧入口1及所述氢侧入口3连接，所述空侧出口4、所述氢侧出口5两端分别与所述电堆2、所述合成室6连接，所述废料出口7与所述合成室6连接，所述电堆2内没反应完的空气及氢气通过所述空侧出口4、所述氢侧出口5。
实施例一
本发明提供了一种燃料电池***尾气合成氨的装置，包括：电堆2、合成室6、空侧入口1、空侧出口4、氢侧入口3、氢侧出口5及废料出口7，所述空侧入口1、所述空侧出口4、所述氢侧入口3、所述氢侧出口5分别与所述电堆2连接，所述电堆2通过与所述空侧入口1连接通入空气，所述电堆2通过与所述氢侧入口3的连接通入氢气，电堆2反应消耗氧气、氢气后，空气侧含氮废气经空侧出口4排出至合成室6，氢气侧含氢废气经氢侧出口5排出至合成室6，合成室6内设置有合成氨的催化剂，含氮废气及含氢废气在合成室6内进行反应合成氨并对合成的氨进行收集，所述合成室6与废料出口7连接，合成室6与所述空侧出口4、所述氢侧出口5连接的入口处，设置为单向连接结构或负压轴吸结构，阻止反应物、产物发生回流，防止进入到燃料电池***中，反应后的废料经废料出口7排出。
进一步地，本发明的燃料电池***尾气合成氨的装置还包括有空滤、空压机及中冷器，所述空滤、所述空压机、所述中冷器及所述空侧入口1依次相连。
进一步地，本发明的燃料电池***尾气合成氨的装置还包括增湿器，所述增湿器设置于所述空侧入口1连接电堆2的管路上。
实施例二
本发明提供了一种燃料电池***尾气合成氨的装置，包括：电堆2、合成室6、空侧入口1、空侧出口4、氢侧入口3、氢侧出口5、废料出口7、循环泵8及尾排阀9，所述空侧入口1、所述空侧出口4、所述氢侧入口3、所述氢侧出口5分别与所述电堆2连接，所述循环泵8设置在所述氢侧入口3连接所述电堆2的管路上，所述氢侧出口5与所述循环泵8连接，所述循环泵8、所述电堆2及所述氢侧出口5形成循环回路，所述尾排阀9设置于所述氢侧出口5连接所述循环泵8的管路上，所述尾排阀9与所述合成室6连接，所述尾排阀9为间歇开启或关闭，所述电堆2通过与所述空侧入口1连接通入空气，所述电堆2通过与所述氢侧入口3的连接通入氢气，电堆2反应消耗氧气、氢气后，空气侧含氮废气经空侧出口4排出至合成室6，氢气侧含氢废气经所述氢侧出口5排出，通过尾排阀9的间歇控制及循环泵8的配合，实现在电堆2内没反应完的氢气回流到电堆2继续进行电堆2反应或排出到合成室6的目的，合成室6内设置有合成氨的催化剂，含氮废气及含氢废气在合成室6内进行反应合成氨，所述合成室6与废料出口7连接，合成室6与所述空侧出口4、所述氢侧出口5连接的入口处，设置为单向连接结构或负压轴吸结构，阻止反应物、产物发生回流，防止进入到燃料电池***中，反应后的废料经废料出口7排出。
进一步地，所述循环泵8可替换为引射器，所述引射器设置在所述氢侧入口3连接所述电堆2的管路上，所述氢侧出口5与所述引射器连接，所述引射器、所述电堆2及所述氢侧出口5形成循环回路。
进一步地，所述尾排阀9设置于所述氢侧出口5连接所述循环泵8或所述引射器的管路上，所述尾排阀9与所述合成室6连接，所述尾排阀9为间歇开启或关闭。
进一步地，还包括有空滤10、空压机11及中冷器12，所述空滤10、所述空压机11、所述中冷器12及所述空侧入口1依次相连。
进一步地，还包括增湿器13，所述增湿器13设置于所述空侧入口1连接电堆2的管路上。
本发明的空侧入口即燃料电池电堆空气入口，前端是燃料电池***的空气路的布置，包括空滤、空压机、中冷器及增湿器等。
本发明的氢侧入口即燃料电池电堆氢气入口，现在技术中氢气路多采用氢回流的方式。包括氢喷或比例阀、循环泵或引射器、尾排阀或排气阀等。
本发明提出的燃料电池尾气合成氨的装置，利用燃料电池***尾气中的氮气、氢气作为原料，通过催化剂作用，实现在低温常压条件下合成氨的目的，在充分地利用燃料电池尾气中的氢气和氮气的同时，通过提供不同氢气计量比，使得燃料电池***合成氨反应的氢气利用率最高，优化氢气侧计量比，实现燃料电池、合成氨整个***效率最大化，减少氢气浪费，对氢气侧***架构进行了优化。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种燃料电池***尾气合成氨的装置，其特征在于：包括：
电堆、合成室、空侧入口、空侧出口、氢侧入口、氢侧出口及废料出口，所述电堆分别与所述空侧入口及所述氢侧入口连接，所述空侧出口、所述氢侧出口两端分别与所述电堆、所述合成室连接，所述废料出口与所述合成室连接，所述电堆内没反应完的空气及氢气通过所述空侧出口、所述氢侧出口。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池***尾气合成氨的装置，其特征在于：还包括有循环泵，所述循环泵设置在所述氢侧入口连接所述电堆的管路上，所述氢侧出口与所述循环泵连接，所述循环泵、所述电堆及所述氢侧出口形成循环回路。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池***尾气合成氨的装置，其特征在于：还包括引射器，所述引射器设置在所述氢侧入口连接所述电堆的管路上，所述氢侧出口与所述引射器连接，所述引射器、所述电堆及所述氢侧出口形成循环回路。
4.根据权利要求2或3任意一项所述的一种燃料电池***尾气合成氨的装置，其特征在于：还包括有尾排阀，所述尾排阀设置于所述氢侧出口连接所述循环泵或所述引射器的管路上，所述尾排阀与所述合成室连接，所述尾排阀为间歇开启或关闭。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池***尾气合成氨的装置，其特征在于：所述合成室与所述空侧出口、所述氢侧出口连接的入口处，设置为单向连接结构或负压轴吸结构。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池***尾气合成氨的装置，其特征在于：还包括有空滤、空压机及中冷器，所述空滤、所述空压机、所述中冷器及所述空侧入口依次相连。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池***尾气合成氨的装置，其特征在于：还包括增湿器，所述增湿器设置于所述空侧入口连接电堆的管路上。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1039002A (zh) * 1988-07-01 1990-01-24 赫多特普索化工设备公司 制造氨的方法
JP2007317469A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Fujitsu Ten Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池制御装置
CN111224130A (zh) * 2018-11-27 2020-06-02 广州汽车集团股份有限公司 一种燃料电池及其空气供给***
CN111244506A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 擎能动力科技(苏州)有限公司 新能源汽车燃料电池***、工作方法、氢气进气流量计算方法、效率评价方法
CN112234228A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 北京理工大学重庆创新中心 一种车载燃料电池氢气管道吹扫***及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1039002A (zh) * 1988-07-01 1990-01-24 赫多特普索化工设备公司 制造氨的方法
JP2007317469A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Fujitsu Ten Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池制御装置
CN111224130A (zh) * 2018-11-27 2020-06-02 广州汽车集团股份有限公司 一种燃料电池及其空气供给***
CN111244506A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 擎能动力科技(苏州)有限公司 新能源汽车燃料电池***、工作方法、氢气进气流量计算方法、效率评价方法
CN112234228A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 北京理工大学重庆创新中心 一种车载燃料电池氢气管道吹扫***及方法

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