CN114955997A - 一种分布式天然气制氢*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分布式天然气制氢***，包括原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块、供电控制模块和可编程控制模块；过供电控制模块为可编程控制模块供电，启动原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块，天然气制氢模块制备得到的氢气进入燃料电池模块进行发电，同时余热利用模块运行，将制氢和发电产生的热量进行热交换，交换产生的热水供***外部使用。余热利用模块还可以收集燃料电池模块产生的热量供天然气制氢模块进行补热，实现能量循环。本发明氢气使用率高，发电效率高，发电***稳定，供电效率高。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，特别涉及一种分布式天然气制氢***。
背景技术
氢能以其高热值、最终清洁的特点，被认为是继电能之后最优的能量介质。氢用途广泛，包括燃料电池终端、化工、冶炼、医疗等均可应用，是良好的能源枢纽。近几年，燃料电池发电技术日益受到关注。有别于传统的蒸汽动力循环发电技术效率低的缺点，燃料电池不受朗肯循环限制，直接由电化学反应产生电力，发电效率大幅提高；同时，燃料电池容量灵活、负荷响应迅速(秒级)、具备较强的过负载能力，非常适用于分布式发电，因此是未来最有前景的发电技术。
中国专利201920673742.9公开了一种分布式能源节能***，。包括天然气存储装置、制氢装置和氢氧燃料电池装置，还包括与热网连接的燃气锅炉、与冷网连接的溴化锂制冷机组和与水网通过水处理装置连接的水储装置；
氢氧燃料电池装置通过变压器分别与电网、燃气锅炉、溴化锂制冷装置以及水处理装置连接；制氢装置和氢氧燃料电池装置分别通过余热收集管道与溴化锂制冷机组连接；氢氧燃料电池的阴极出水口与水储装置连接；燃气锅炉分别与天然气存储装置和水储装置连接，且燃气锅炉设有与制氢装置连接的蒸汽出口和与热网连接的热水出口；溴化锂制冷装置的冷却水进口与水储装置连接。该实用新型具有布设简单、节能环保的特点。
以可再生能源发电为一次能源供给、以氢能(包括富氢化石能源)供应和储存为核心、以燃料电池热电联供和能量智能管理为主导的分布式能源***，匹配楼宇、工业园区等用户，实现可再生能源与化石能源分布式供能，保障能源供应可靠性和节约电力的有效途径。该方案在经济性、环保性、储能综合效率等方面均具备一定优势。
目前，燃料电池与其他设备耦合作为冷热电联供驱动装置的研究还处于起步阶段，存在温室气体CO2排放量较大的问题。
发明内容
针对目前燃料电池与其他设备耦合作为冷热电联供电***存在的上述问题，本发明提供一种分布式天然气制氢***，有效减少天然气制氢产生的碳污染，提高供电效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种分布式天然气制氢***，包括原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块、供电控制模块和可编程控制模块；
所述的原料储存模块用于对天然气和水进行储存，为天然气制氢模块供应原料；
所述的天然气制氢模块分别通过天然气管路和水管路连通至原料模块；且产生的氢气提供至燃料电池模块；
所述的燃料电池模块包括碱性染料电池和质子交换膜燃料电池；
所述的余热利用***通过冷却水管路对天然气制氢模块产生的热量、燃料电池模块释放的热量进行热交换后，对外供应热水；
所述的供电控制模块通过发电电路连接至燃料电池模块；
所述的可编程控制模块连接有远程控制终端，分别与原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块、供电控制模块电性连接。
本发明通过供电控制模块为可编程控制模块供电，启动原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块，天然气制氢模块制备得到的氢气进入燃料电池模块进行发电，同时余热利用模块运行，将制氢和发电产生的热量进行热交换，交换产生的热水供***外部使用。余热利用模块还可以收集燃料电池模块产生的热量供天然气制氢模块进行补热，实现能量循环。
作为本发明的进一步改进，所述的天然气制氢模块包括脱硫塔、氢气转化炉、废热锅炉、汽水分离器、变压吸附装置；
氢气转化炉入口端连接原料储存模块，出口端与脱硫塔的入口连接；
脱硫塔的出口端与氢气转化炉的入口端连接，氢气转化炉的出口端与废热锅炉的入口端连接；
废热锅炉的出口端分别连接汽水分离器的入口端和余热利用模块的冷却水管路；
汽水分离器的出口端与变压吸附装置连接，变压吸附器出口端连接至燃料电池模块。
作为本发明的进一步改进，所述的天然气制氢模块到燃料电池模块的供氢管路上还设有依次连接的甲烷重整器、高温变换器、低温变换器和CO优先氧化器，用于对进入燃料电池模块的氢气进行进一步提纯。
本发明采用的燃料电池碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池，两者对CO的容忍度低，因此进入燃料的电池的氢气通过甲烷重整，CO高温和低温低温变换以及CO优先氧化后，把CO的含量降低至10-5以下，然后进入燃料电池发电，从而可以降低碳排放，避免碳污染。
作为本发明的进一步改进，所述的甲烷重整器还与余热利用模块连接，通过余热供应模块供应热量完成重整反应。甲烷重整是强吸热反应，变换释放的热量不足以满足其热量需求，需要把一部分燃料电池阳极尾气甚至一部分天然气作为燃料以平衡热量。
作为本发明的进一步改进，所述的高温变换器、低温变换器和CO优先氧化器与余热利用模块连接。
作为本发明的进一步改进，所述的甲烷重整温度为400-680℃，高温变换温度为200-450℃，低温变换温度为200-300℃，CO优先氧化温度为120-150℃。
本发明的有益效果如下：
本发明利用天然气制氢，通过甲烷重整、CO优先氧化降低碳排放，通过碱性染料电池和质子交换膜电池分布发电，提高氢气的使用效率，从而提高发电效率，使得燃料电池与其他设备耦合作为冷热电联供电***稳定运行，供电效率高。
附图说明
图1为本发明的***框架图。
图2为本发明的天然气制氢模块与燃料电池模块连接框架图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示的一种分布式天然气制氢***，包括原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块、供电控制模块和可编程控制模块。
所述的原料储存模块用于对天然气和水进行储存，为天然气制氢模块供应原料。
所述的天然气制氢模块分别通过天然气管路和水管路连通至原料模块；且产生的氢气提供至燃料电池模块。所述的天然气制氢模块包括脱硫塔、氢气转化炉、废热锅炉、汽水分离器、变压吸附装置；氢气转化炉入口端连接原料储存模块，出口端与脱硫塔的入口连接；脱硫塔的出口端与氢气转化炉的入口端连接，氢气转化炉的出口端与废热锅炉的入口端连接；
废热锅炉的出口端分别连接汽水分离器的入口端和余热利用模块的冷却水管路；汽水分离器的出口端与变压吸附装置连接，变压吸附器出口端连接至燃料电池模块。
所述的燃料电池模块包括碱性染料电池和质子交换膜燃料电池。
所述的余热利用***通过冷却水管路对天然气制氢模块产生的热量、燃料电池模块释放的热量进行热交换后，对外供应热水。
所述的供电控制模块通过发电电路连接至燃料电池模块。
所述的可编程控制模块连接有远程控制终端，分别与原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块、供电控制模块电性连接。
本实施例***的工作原理如下：
通过供电控制模块为可编程控制模块供电，启动原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块，天然气制氢模块制备得到的氢气进入燃料电池模块进行发电，同时余热利用模块运行，将制氢和发电产生的热量进行热交换，交换产生的热水供***外部使用。余热利用模块还可以收集燃料电池模块产生的热量供天然气制氢模块进行补热，实现能量循环。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上做出的进一步改进，具体如下：
所述的天然气制氢模块到燃料电池模块的供氢管路上还设有依次连接的甲烷重整器、高温变换器、低温变换器和CO优先氧化器，用于对进入燃料电池模块的氢气进行进一步提纯。
所述的甲烷重整器还与余热利用模块连接，通过余热供应模块供应热量完成重整反应。
所述的高温变换器、低温变换器和CO优先氧化器与余热利用模块连接。
所述的甲烷重整温度为400-680℃，高温变换温度为200-450℃，低温变换温度为200-300℃，CO优先氧化温度为120-150℃。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种分布式天然气制氢***，其特征在于：包括原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块、供电控制模块和可编程控制模块；
所述的原料储存模块用于对天然气和水进行储存，为天然气制氢模块供应原料；
所述的天然气制氢模块分别通过天然气管路和水管路连通至原料模块；且产生的氢气提供至燃料电池模块；
所述的燃料电池模块包括碱性染料电池和质子交换膜燃料电池；
所述的余热利用***通过冷却水管路对天然气制氢模块产生的热量、燃料电池模块释放的热量进行热交换后，对外供应热水；
所述的供电控制模块通过发电电路连接至燃料电池模块；
所述的可编程控制模块连接有远程控制终端，分别与原料储存模块、天然气制氢模块、燃料电池模块、余热利用模块、供电控制模块电性连接。
2.根据权利要求1所述的分布式天然气制氢***，其特征在于：所述的天然气制氢模块包括脱硫塔、氢气转化炉、废热锅炉、汽水分离器、变压吸附装置；
氢气转化炉入口端连接原料储存模块，出口端与脱硫塔的入口连接；
脱硫塔的出口端与氢气转化炉的入口端连接，氢气转化炉的出口端与废热锅炉的入口端连接；
废热锅炉的出口端分别连接汽水分离器的入口端和余热利用模块的冷却水管路；
汽水分离器的出口端与变压吸附装置连接，变压吸附器出口端连接至燃料电池模块。
3.根据权利要求2所述的分布式天然气制氢***，其特征在于：所述的天然气制氢模块到燃料电池模块的供氢管路上还设有依次连接的甲烷重整器、高温变换器、低温变换器和CO优先氧化器，用于对进入燃料电池模块的氢气进行进一步提纯。
4.根据权利要求3所述的分布式天然气制氢***，其特征在于：所述的甲烷重整器还与余热利用模块连接，通过余热供应模块供应热量完成重整反应。
5.根据权利要求3所述的分布式天然气制氢***，其特征在于：所述的高温变换器、低温变换器和CO优先氧化器与余热利用模块连接。
6.根据权利要求3所述的分布式天然气制氢***，其特征在于：所述的甲烷重整温度为400-680℃，高温变换温度为200-450℃，低温变换温度为200-300℃，CO优先氧化温度为120-150℃。
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