CN114352367B - 一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，包括天然气制氢***、吸收式制冷***、布雷顿循环***、燃料电池、有机朗肯循环***和供能***。天然气制氢***通过布雷顿循环所提供的热源，以天然气为原料重整制氢；吸收式制冷***由布雷顿循环所提供的部分热源驱动，其冷凝所需冷量由有机朗肯循环提供，吸收式制冷***负责用户的供冷；布雷顿循环***通过燃烧天然气来供能，其中一部分用来重整制氢，还有一部分给燃气轮机做功，做功后的尾气先后用来预热燃料电池的进气和用做有机朗肯循环的热源；燃料电池以天然气为原料进行反应发电，产生的废气在驱动有机朗肯循环的运行后，继续给用户供热。灵活地实现了冷、热、电、氢的复合联供，达到了节能减排的目的。

Description

一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***

技术领域

本发明涉及一种能源利用技术，尤其涉及一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***。

背景技术

能源是人类生存和发展的基石，在经济社会快速发展的今天，化石能源已不能满足绿色清洁发展的要求，作为不可再生能源，化石能源的日益枯竭促使人们寻找其替代品。在诸多能源中，氢能逐渐被人们关注并受到重视。

氢能具有来源广泛、清洁环保、高效灵活、应用范围广泛等优势。在我国，氢能在工业领域的应用已经较为成熟，但从长远来看，传统的工业制氢方法存在一定的热污染，对余热回收不够彻底。同时还可以挖掘氢能在发电、储能等领域的潜力，将氢能有效地应用于能源行业之中。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)，属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。同时其所工作温度可达900～1300K，不仅需要长时间的预热，还会产生大量的废气废热，因此有必要对此进行改进。

有机朗肯循环(ORC)是以低沸点有机物为循环工质的朗肯循环，是余热利用领域的一项关键技术，可将能源***排放的废热转换为高品位的电能，从而提高能源的整体利用效率。同时吸收式制冷本身无毒且对环境友好，可以在温度不高的热源驱动下制冷，特别适合对中低温的余热进行回收。

综上所述，如何针对传统的制氢方法和固体氧化物燃料电池存在的不足进行改进，采用高效的余热回收技术，通过能源多元化转化输出的方式实现能源的高效利用，是目前本领域亟待解决的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，包括天然气制氢***、吸收式制冷***、布雷顿循环***、燃料电池、有机朗肯循环***和供能***；

所述的天然气制氢***包括天然气储罐21、脱硫罐11、储水罐5、压气机1、重整反应器2、水蒸气发生器3、转换反应器4、回热器6、氢气分离器7、氢气储罐8；

所述天然气储罐21的一个出口与脱硫罐11进口连接，脱硫罐11的一个出口与压气机1进口连接，压气机1的出口与重整反应器2的一个进口相连，重整反应器2的出口和水蒸气发生器3热端进口相连，水蒸气发生器3热端的出口与转换反应器4的进料口相连，转换反应器4的出料口和回热器6热端进口连接，回热器6热端出口和氢气分离器7的进料口相连，氢气分离器7的氢气出口和氢气储罐相连；

所述储水罐5和水蒸气发生器3的冷端进口连接，从水蒸气发生器3的冷端出口同时连接了重整反应器2的水蒸气入口和固体氧化物燃料电池29的水蒸气入口。

与现有技术相比，本发明所提供的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，能够节省能源，并在减少对环境的污染的同时，实现能源的多元化输出和高效利用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***结构示意图；

图中的附图标记为：

压气机1、重整反应器2、水蒸气发生器3、转换反应器4、储水罐5、回热器6、氢气分离器7、储氢罐8、冷凝器9、发生器10、脱硫罐11、燃烧器12、溶液热交换器13、吸收器14、节流阀15、蒸发器16、用户17、燃气轮机18、发电机19、空气压缩机20、天然气储罐21、燃料-空气预热器22、发电机23、汽轮机24、凝汽器25、中温尾气回热器26、集液器27、分液器28、固体氧化物燃料电池29、蓄电池30、高温尾气回热器31、增压泵32。

具体实施方式

下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，包括天然气制氢***、吸收式制冷***、布雷顿循环***、燃料电池、有机朗肯循环***和供能***；

所述的天然气制氢***包括天然气储罐21、脱硫罐11、储水罐5、压气机1、重整反应器2、水蒸气发生器3、转换反应器4、回热器6、氢气分离器7、氢气储罐8；

所述天然气储罐21的一个出口与脱硫罐11进口连接，脱硫罐11的一个出口与压气机1进口连接，压气机1的出口与重整反应器2的一个进口相连，重整反应器2的出口和水蒸气发生器3热端进口相连，水蒸气发生器3热端的出口与转换反应器4的进料口相连，转换反应器4的出料口和回热器6热端进口连接，回热器6热端出口和氢气分离器7的进料口相连，氢气分离器7的氢气出口和氢气储罐相连；

所述储水罐5和水蒸气发生器3的冷端进口连接，从水蒸气发生器3的冷端出口同时连接了重整反应器2的水蒸气入口和固体氧化物燃料电池29的水蒸气入口。

所述的吸收式制冷***包括依次连接并形成一个循环的吸收器14、溶液热交换器13、发生器10、冷凝器9、溶液截止阀15、蒸发器16；

采用的溶液是溴化锂。

所述的布雷顿循环***包括依次连接的空气压缩机20、燃烧器12、燃气轮机18、发电机19，从燃烧器12的另一个出口出来的尾气依次经重整反应器2、转换反应器4和发生器10后排空；

所述的空气压缩机20和燃气轮机18同轴布置。

所述的燃料电池包括依次连接的燃料-空气预热器22、固体氧化物燃料电池29和蓄电池30；

所述的燃料-空气预热器22的燃料管路和燃气轮机尾气管路设有旁路。

所述的有机朗肯循环***包括依次连接并形成的一个循环的高温尾气回热器31、分液器28、汽轮机24、凝汽器25、集液器27、增压泵32；

所述分液器28液相出口和集液器27相连；

凝汽器25的另一个出口依次连接了吸收器14、冷凝器9、中温尾气回热器26和集液器27的另一个进口；

采用丁烷、戊烷或R123有机工质对燃料电池废气和燃气轮机的尾气里的余热进行回收。

所述的供能***包括给用户17提供冷能和热能的供能循环。

所述的重整反应器2里主要进行的是甲烷和水反应生成一氧化碳和氢气的化学反应过程，其反应所需要的温度在1000K至1200K；

所述的转换反应器4里进行一氧化碳和水反应生成氢气和二氧化碳的化学反应过程，其反应所需要的温度范围是470～820K。

所述的燃料-空气预热器22采用的三通道换热器，热端通道走的燃气轮机的高温尾气，两个冷端通道分别走的是需要预热的天然气和空气；

所述的中温尾气回热器26采用的三通道换热器，其中两个热端通道分别走的是燃气轮机的中温尾气和往回走的吸收式制冷***冷凝工质，冷端走的是供热回水。

所述的压气机1和空气压缩机20低圧缩比离心式高转速压缩机；

所述的汽轮机24采用轴流式耐高温应力、具有高转速的透平；所述的燃气轮机18采用的是联合循环燃气轮机；

所述的水蒸气发生器3采用的是耐高温高压的管壳式换热器；

凝汽器25、高温尾气回热器31和回热器6采用的是耐高温高压的板式换热器。

其整个***的运行分为三部分：

第一部分是从天然气储罐21出口一出来天然气经压气机1压缩后，和从储水罐5出来的液态水经水蒸气发生器3升温后变成水蒸气一起依次进入重整反应器2和转换反应器4进行反应，反应生成的氢气被氢气分离器7送至氢气储罐8，剩余产物经回热器6再热后送回至燃烧器继续燃烧，而从天然气储罐21出口二出来的天然气和经空气压缩机20压缩后的空气一起通入到燃烧器12燃烧释放出热量，其中燃烧器尾气的一股依次通过重整反应器2和转换反应器4提供天然气重整制氢所需要的热量，之后其余热用来加热发生器10以驱动吸收式制冷***运行，第一部分的运行实现了整个***的制氢和供冷；

第二部分是燃烧器尾气的另一股通入到燃气轮机18中做功，做功后的高温燃气轮机尾气通过燃料-空气预热器22的热端通道释放一部分热量后，再通入到高温尾气回热器31中放出大量热量驱动有机朗肯循环的运行发电，最后经中温尾气回热器26回收余热以给用户供热后排空，有机朗肯循环冷凝完的有机工质有一部分送至吸收式制冷***，依次经过吸收器14和冷凝器9，用做辅助冷凝工质进行辅助冷凝后回到集液器，第二部分的运行实现了整个***的供热和发电；

第三部分是从天然气储罐21出口三出来的天然气和空气两者经燃料-空气预热器后进入到固体氧化物燃料电池29中发生反应，产生的电能储存在蓄电池30中，而生成的高温废气则和燃气轮机高温尾气混合后，依次在高温尾气回热器31和中温尾气回热器26放热，为有机朗肯循环和用户提供热源，第三部分实现了电能的储蓄。

综上可见，本发明实施例的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，具有以下优点：

1.本发明改进了传统的天然气重整制氢的方法，通过能量的分梯级利用的方法，对生产过程中产生的余热进行了更为彻底的回收，减少了热污染，提高了能源利用率。

2.本发明不仅可以实现冷、热、电和氢和复合联供，还可以根据用户的负荷变化通过调节天然气的用量来灵活地供能，实现了能源的高效耦合。

3.本发明的各个子***的模块设计使其灵活性和适用性得以提高，且本发明的天然气重整制氢不产生任何有毒有害气体，充分体现了其节能环保性。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。

实施例1

如图1所示，基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***包括天然气制氢***、吸收式制冷***、布雷顿循环***、燃料电池、有机朗肯循环***和供能***，其中天然气制氢***负责整个***的氢能输出，布雷顿循环***和有机朗肯循环***负责整个***的电能输出，燃料电池负责整个***的电能储蓄，供能***是***和用户间的供能回路。

作为本发明的优选实例，所述的天然气制氢***包括天然气储罐21、脱硫罐11、储水罐5、压气机1、重整反应器2、水蒸气发生器3、转换反应器4、回热器6、氢气分离器7、氢气储罐8；其天然气储罐21的一个出口与脱硫罐11进口连接，脱硫罐11的一个出口与压气机1进口连接，压气机1的出口与重整反应器2的一个进口相连，重整反应器2的出口和水蒸气发生器3热端进口相连，水蒸气发生器3热端的出口与转换反应器4的进料口相连，转换反应器4的出料口和回热器6热端进口连接，回热器6热端出口和氢气分离器7的进料口相连，氢气分离器7的氢气出口和氢气储罐相连；储水罐5和水蒸气发生器3的冷端进口连接，从水蒸气发生器3的冷端出口同时连接了重整反应器2的水蒸气入口和固体氧化物燃料电池29的水蒸气入口。

作为本发明的优选实例，所述的吸收式制冷***采用的溶液是溴化锂；包括依次连接并形成一个循环的吸收器14、溶液热交换器13、发生器10、冷凝器9、溶液截止阀15、蒸发器16。

作为本发明的优选实例，所述的布雷顿循环***包括依次连接的空气压缩机20、燃烧器12、燃气轮机18、发电机19，从燃烧器12的另一个出口出来的尾气依次经重整反应器2、转换反应器4和发生器10后排空；所述的空气压缩机20和燃气轮机18同轴布置。

作为本发明的优选实例，所述的有机朗肯循环***采用类似丁烷、戊烷、R123等有机工质对燃料电池废气和燃气轮机的尾气里的余热进行回收；包括依次连接并形成的一个循环的高温尾气回热器31、分液器28、汽轮机24、凝汽器25、集液器27、增压泵32；分液器28液相出口和集液器27相连；凝汽器25的另一个出口依次连接了吸收器14、冷凝器9、中温尾气回热器26和集液器27的另一个进口。从汽轮机24的乏汽进入凝汽器25冷凝，经过冷凝的工质一部分进入集液器27，另一部分进入吸收式制冷***进行辅助冷凝后回到集液器27中，集液器27里的液相工质经高温尾气回热器31加热变成高温高压的汽液混合物，经分液器28分离后，液相工质被送到集液器27中，气相工质进入汽轮机24带动电动机23做功发电，从而将机械能转化成电能。

作为本发明的优选实例，所述的氢气分离器7采用的是变压吸附(Pressure SwingAdsorption，PSA)技术，其分离氢气的力度可以根据需要进行调整，当燃烧器12需要提供大量热量时，可以降低氢气分离器31的力度，由此增大返回燃烧器12的氢气溶度，进一步可以通过天气掺氢燃烧来提高燃烧器12的功率。

作为本发明的优选实例，所述的天然气储罐21和固体氧化物燃料电池29间设有燃料-空气预热器22，且之间还设有旁路，固体氧化物燃料电池29在启动期间，可以先预热天然气和空气再通入到固体氧化物燃料电池29中反应，大大地减少了启动时间，启动之后不需要燃料和空气预热时，可以打开旁路让天然气和燃气轮机尾气走旁路。

作为本发明的优选实例，所述的吸收式制冷***包括冷剂水循环和溶液循环；其中剂水循环主要过程是：发生器10中溴化锂溶液受热，溶剂水发生汽化过程。接下来经过汽化过程后水蒸气进入冷凝器9，进行冷凝过程。然后在节流阀15中进行节流降压过程。最后，高温低压的水蒸汽进入吸收器14，进行吸收过程；而溶液循环主要过程是：在发生器10中的溶液由于冷剂水组分被蒸发，溶液由稀溶液变为高温浓溶液，高温溶液进入溶液热交换器13节流阀降压至吸收器14中，用于吸收来自蒸发器16的冷剂水蒸气，浓溶液变为稀溶液，温度降低，再经溶液循环泵将将稀溶液泵至溶液热交换器13中与高温浓溶液进行换热后，输送至发生器10中。如此进行溴化锂溶液的往复循环过程。

作为本发明的优选实例，整个***的运行主要分为三部分：第一部分是从天然气储罐21出口一出来天然气经压气机1压缩后，和从储水罐5出来的液态水经水蒸气发生器3升温后变成水蒸气一起依次进入重整反应器2和转换反应器4进行反应，反应生成的氢气被氢气分离器7送至氢气储罐8，剩余产物经回热器6再热后送回至燃烧器继续燃烧，而从天然气储罐21出口二出来的天然气和经空气压缩机20压缩后的空气一起通入到燃烧器12燃烧释放出热量，其中燃烧器尾气的一股依次通过重整反应器2和转换反应器4提供天然气重整制氢所需要的热量，之后其余热还可以用来加热发生器10以驱动吸收式制冷***运行，第一部分的运行实现了整个***的制氢和供冷；第二部分是燃烧器尾气的另一股通入到燃气轮机18中做功，做功后的高温燃气轮机尾气通过燃料-空气预热器22的热端通道释放一部分热量后，再通入到高温尾气回热器31中放出大量热量驱动有机朗肯循环的运行发电，最后经中温尾气回热器26回收余热以给用户供热后排空，有机朗肯循环冷凝完的有机工质有一部分送至吸收式制冷***，依次经过吸收器14和冷凝器9，用做辅助冷凝工质进行辅助冷凝后回到集液器，第二部分的运行实现了整个***的供热和发电；第三部分是从天然气储罐21出口三出来的天然气和空气两者经燃料-空气预热器后进入到固体氧化物燃料电池29中发生反应，产生的电能储存在蓄电池30中，而生成的高温废气则和燃气轮机高温尾气混合后，依次在高温尾气回热器31和中温尾气回热器26放热，为有机朗肯循环和用户提供热源，第三部分实现了电能的储蓄。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

1、一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，其特征在于，包括天然气制氢***、吸收式制冷***、布雷顿循环***、燃料电池、有机朗肯循环***和供能***；

所述的天然气制氢***包括天然气储罐(21)、脱硫罐(11)、储水罐(5)、压气机(1)、重整反应器(2)、水蒸气发生器(3)、转换反应器(4)、回热器(6)、氢气分离器(7)、氢气储罐(8)；

所述天然气储罐(21)的一个出口与脱硫罐(11)进口连接，脱硫罐(11)的一个出口与压气机(1)进口连接，压气机(1)的出口与重整反应器(2)的一个进口相连，重整反应器(2)的出口和水蒸气发生器(3)热端进口相连，水蒸气发生器(3)热端的出口与转换反应器(4)的进料口相连，转换反应器(4)的出料口和回热器(6)热端进口连接，回热器(6)热端出口和氢气分离器(7)的进料口相连，氢气分离器(7)的氢气出口和氢气储罐相连；

所述储水罐(5)和水蒸气发生器(3)的冷端进口连接，从水蒸气发生器(3)的冷端出口同时连接了重整反应器(2)的水蒸气入口和固体氧化物燃料电池(29)的水蒸气入口；

所述的吸收式制冷***包括依次连接并形成一个循环的吸收器(14)、溶液热交换器(13)、发生器(10)、冷凝器(9)、溶液截止阀(15)、蒸发器(16)；

采用的溶液是溴化锂；

所述的布雷顿循环***包括依次连接的空气压缩机(20)、燃烧器(12)、燃气轮机(18)、发电机(19)，从燃烧器(12)的另一个出口出来的尾气依次经重整反应器(2)、转换反应器(4)和发生器(10)后排空；

所述的空气压缩机(20)和燃气轮机(18)同轴布置；

所述的燃料电池包括依次连接的燃料-空气预热器(22)、固体氧化物燃料电池(29)和蓄电池(30)；

所述的燃料-空气预热器(22)的燃料管路和燃气轮机尾气管路设有旁路；

所述的有机朗肯循环***包括依次连接并形成的一个循环的高温尾气回热器(31)、分液器(28)、汽轮机(24)、凝汽器(25)、集液器(27)、增压泵(32)；

所述分液器(28)液相出口和集液器(27)相连；

凝汽器(25)的另一个出口依次连接了吸收器(14)、冷凝器(9)、中温尾气回热器(26)和集液器(27)的另一个进口；

采用丁烷、戊烷或R123有机工质对燃料电池废气和燃气轮机的尾气里的余热进行回收；

所述的供能***包括给用户(17)提供冷能和热能的供能循环；

所述的重整反应器(2)里主要进行的是甲烷和水反应生成一氧化碳和氢气的化学反应过程，其反应所需要的温度在1000K至1200K；

所述的转换反应器(4)里进行一氧化碳和水反应生成氢气和二氧化碳的化学反应过程，其反应所需要的温度范围是470～820K；

所述的燃料-空气预热器(22)采用的三通道换热器，热端通道走的燃气轮机的高温尾气，两个冷端通道分别走的是需要预热的天然气和空气；

所述的中温尾气回热器(26)采用的三通道换热器，其中两个热端通道分别走的是燃气轮机的中温尾气和往回走的吸收式制冷***冷凝工质，冷端走的是供热回水。

2、如权利要求1所述的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，其特征在于，所述的压气机(1)和空气压缩机(20)低圧缩比离心式高转速压缩机；

所述的汽轮机(24)采用轴流式耐高温应力、具有高转速的透平；所述的燃气轮机(18)采用的是联合循环燃气轮机；

所述的水蒸气发生器(3)采用的是耐高温高压的管壳式换热器；

凝汽器(25)、高温尾气回热器(31)和回热器(6)采用的是耐高温高压的板式换热器。

3、如权利要求1或2所述的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，其特征在于，其整个***的运行分为三部分：

第一部分是从天然气储罐(21)出口一出来天然气经压气机(1)压缩后，和从储水罐(5)出来的液态水经水蒸气发生器(3)升温后变成水蒸气一起依次进入重整反应器(2)和转换反应器(4)进行反应，反应生成的氢气被氢气分离器(7)送至氢气储罐(8)，剩余产物经回热器(6)再热后送回至燃烧器继续燃烧，而从天然气储罐(21)出口二出来的天然气和经空气压缩机(20)压缩后的空气一起通入到燃烧器(12)燃烧释放出热量，其中燃烧器尾气的一股依次通过重整反应器(2)和转换反应器(4)提供天然气重整制氢所需要的热量，之后其余热用来加热发生器(10)以驱动吸收式制冷***运行，第一部分的运行实现了整个***的制氢和供冷；

第二部分是燃烧器尾气的另一股通入到燃气轮机(18)中做功，做功后的高温燃气轮机尾气通过燃料-空气预热器(22)的热端通道释放一部分热量后，再通入到高温尾气回热器(31)中放出大量热量驱动有机朗肯循环的运行发电，最后经中温尾气回热器(26)回收余热以给用户供热后排空，有机朗肯循环冷凝完的有机工质有一部分送至吸收式制冷***，依次经过吸收器(14)和冷凝器(9)，用做辅助冷凝工质进行辅助冷凝后回到集液器，第二部分的运行实现了整个***的供热和发电；

第三部分是从天然气储罐(21)出口三出来的天然气和空气两者经燃料-空气预热器后进入到固体氧化物燃料电池(29)中发生反应，产生的电能储存在蓄电池(30)中，而生成的高温废气则和燃气轮机高温尾气混合后，依次在高温尾气回热器(31)和中温尾气回热器(26)放热，为有机朗肯循环和用户提供热源，第三部分实现了电能的储蓄。

Claims (3)

1.一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，其特征在于，包括天然气制氢***、吸收式制冷***、布雷顿循环***、燃料电池、有机朗肯循环***和供能***；

所述的天然气制氢***包括天然气储罐(21)、脱硫罐(11)、储水罐(5)、压气机(1)、重整反应器(2)、水蒸气发生器(3)、转换反应器(4)、回热器(6)、氢气分离器(7)、氢气储罐(8)；

所述天然气储罐(21)的一个出口与脱硫罐(11)进口连接，脱硫罐(11)的一个出口与压气机(1)进口连接，压气机(1)的出口与重整反应器(2)的一个进口相连，重整反应器(2)的出口和水蒸气发生器(3)热端进口相连，水蒸气发生器(3)热端的出口与转换反应器(4)的进料口相连，转换反应器(4)的出料口和回热器(6)热端进口连接，回热器(6)热端出口和氢气分离器(7)的进料口相连，氢气分离器(7)的氢气出口和氢气储罐相连；

所述储水罐(5)和水蒸气发生器(3)的冷端进口连接，从水蒸气发生器(3)的冷端出口同时连接了重整反应器(2)的水蒸气入口和固体氧化物燃料电池(29)的水蒸气入口；

所述的吸收式制冷***包括依次连接并形成一个循环的吸收器(14)、溶液热交换器(13)、发生器(10)、冷凝器(9)、溶液截止阀(15)、蒸发器(16)；

采用的溶液是溴化锂；

所述的布雷顿循环***包括依次连接的空气压缩机(20)、燃烧器(12)、燃气轮机(18)、发电机(19)，从燃烧器(12)的另一个出口出来的尾气依次经重整反应器(2)、转换反应器(4)和发生器(10)后排空；

所述的空气压缩机(20)和燃气轮机(18)同轴布置；

所述的燃料电池包括依次连接的燃料-空气预热器(22)、固体氧化物燃料电池(29)和蓄电池(30)；

所述的燃料-空气预热器(22)的燃料管路和燃气轮机尾气管路设有旁路；

所述的有机朗肯循环***包括依次连接并形成的一个循环的高温尾气回热器(31)、分液器(28)、汽轮机(24)、凝汽器(25)、集液器(27)、增压泵(32)；

所述分液器(28)液相出口和集液器(27)相连；

凝汽器(25)的另一个出口依次连接了吸收器(14)、冷凝器(9)、中温尾气回热器(26)和集液器(27)的另一个进口；

采用丁烷、戊烷或R123有机工质对燃料电池废气和燃气轮机的尾气里的余热进行回收；

所述的供能***包括给用户(17)提供冷能和热能的供能循环；

所述的重整反应器(2)里主要进行的是甲烷和水反应生成一氧化碳和氢气的化学反应过程，其反应所需要的温度在1000K至1200K；

所述的转换反应器(4)里进行一氧化碳和水反应生成氢气和二氧化碳的化学反应过程，其反应所需要的温度范围是470～820K；

所述的燃料-空气预热器(22)采用的三通道换热器，热端通道走的燃气轮机的高温尾气，两个冷端通道分别走的是需要预热的天然气和空气；

所述的中温尾气回热器(26)采用的三通道换热器，其中两个热端通道分别走的是燃气轮机的中温尾气和往回走的吸收式制冷***冷凝工质，冷端走的是供热回水。

2.如权利要求1所述的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，其特征在于，所述的压气机(1)和空气压缩机(20)低圧缩比离心式高转速压缩机；

所述的汽轮机(24)采用轴流式耐高温应力、具有高转速的透平；所述的燃气轮机(18)采用的是联合循环燃气轮机；

所述的水蒸气发生器(3)采用的是耐高温高压的管壳式换热器；

凝汽器(25)、高温尾气回热器(31)和回热器(6)采用的是耐高温高压的板式换热器。

3.如权利要求1或2所述的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供***，其特征在于，其整个***的运行分为三部分：

第一部分是从天然气储罐(21)出口一出来天然气经压气机(1)压缩后，和从储水罐(5)出来的液态水经水蒸气发生器(3)升温后变成水蒸气一起依次进入重整反应器(2)和转换反应器(4)进行反应，反应生成的氢气被氢气分离器(7)送至氢气储罐(8)，剩余产物经回热器(6)再热后送回至燃烧器继续燃烧，而从天然气储罐(21)出口二出来的天然气和经空气压缩机(20)压缩后的空气一起通入到燃烧器(12)燃烧释放出热量，其中燃烧器尾气的一股依次通过重整反应器(2)和转换反应器(4)提供天然气重整制氢所需要的热量，之后其余热用来加热发生器(10)以驱动吸收式制冷***运行，第一部分的运行实现了整个***的制氢和供冷；

第二部分是燃烧器尾气的另一股通入到燃气轮机(18)中做功，做功后的高温燃气轮机尾气通过燃料-空气预热器(22)的热端通道释放一部分热量后，再通入到高温尾气回热器(31)中放出大量热量驱动有机朗肯循环的运行发电，最后经中温尾气回热器(26)回收余热以给用户供热后排空，有机朗肯循环冷凝完的有机工质有一部分送至吸收式制冷***，依次经过吸收器(14)和冷凝器(9)，用做辅助冷凝工质进行辅助冷凝后回到集液器，第二部分的运行实现了整个***的供热和发电；

第三部分是从天然气储罐(21)出口三出来的天然气和空气两者经燃料-空气预热器后进入到固体氧化物燃料电池(29)中发生反应，产生的电能储存在蓄电池(30)中，而生成的高温废气则和燃气轮机高温尾气混合后，依次在高温尾气回热器(31)和中温尾气回热器(26)放热，为有机朗肯循环和用户提供热源，第三部分实现了电能的储蓄。