CN117832558A - 船舶甲醇燃料电池系统 - Google Patents
船舶甲醇燃料电池系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117832558A CN117832558A CN202410049772.8A CN202410049772A CN117832558A CN 117832558 A CN117832558 A CN 117832558A CN 202410049772 A CN202410049772 A CN 202410049772A CN 117832558 A CN117832558 A CN 117832558A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogen
- valve
- fuel cell
- methanol
- cell system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 207
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 218
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 218
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 212
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N methanol;hydrate Chemical compound O.OC GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002453 autothermal reforming Methods 0.000 abstract 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001833 catalytic reforming Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
- B60L50/72—Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04701—Temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/32—Waterborne vessels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H2021/003—Use of propulsion power plant or units on vessels the power plant using fuel cells for energy supply or accumulation, e.g. for buffering photovoltaic energy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明提供了一种船舶甲醇燃料电池系统，包括甲醇重整制氢及提纯系统、氢气固态储存系统和氢燃料电池系统。本发明采用甲醇部分氧化自热重整制氢结合固态储氢技术，解决了船舶氢气储存运输困难、加注成本高的问题，可持续为氢燃料电池发电提供精纯氢气，不但增加了船舶续航里程，而且提高了系统整体运行效率。本发明通过整体热管理系统，利用氢燃料电池系统发电余热，为固态储氢系统供氢提供热源，减少了能源消耗，提高了氢燃料电池系统整体热效率。
Description
技术领域
本发明涉及船舶甲醇燃料电池系统，具体的说是利用甲醇重整制氢，经过提纯获取精纯氢气，结合氢气固态储存系统，将氢气由气态转化为固态储存，并在氢燃料电池系统需要时，通过系统热管理实现固态储存系统持续、稳定低压供氢。
背景技术
随着国内外碳排放管理力度加强，清洁能源利用成为共识，而氢气因其零排放、零污染被认为是最清洁的能源。但在常温下氢为气体，其运输成本较高、危险性高、加氢不便，制约了氢产业链的发展。
氢气固态储存系统在供氢时，需要吸收极大的热量，且随着供氢量的增加，所需热量越多；船舶上外部热源多为锅炉提供，额外消耗较多能源，也增加了设备投资成本；另外，船舶空间利用率要求极高，采用外部热源不适合船舶甲醇燃料电池系统。
氢燃料电池系统在启动时，需要吸热升温以满足工作条件，在运行稳定后又放出大量的热，需要冷却维持电堆工作温度，防止电堆过热烧毁；目前市场上氢燃料电池系统工作时，约有50％的能量以散热的形式被浪费掉，导致氢燃料电池系统能源利用率偏低，造成了极大的能源浪费。
发明内容
为解决现有技术所引起的上述问题，本发明提供一种船舶甲醇燃料电池系统，采用甲醇重整制氢，经过提纯获取精纯氢气，结合氢气固态储存系统，将氢气由气态转化为固态储存，氢燃料电池系统工作时，通过系统热管理和集成控制实现氢气即制即存、按需供给。
为实现以上目的，根据本发明的一个实例船舶甲醇燃料电池系统，采用甲醇重整制氢即提出系统实时提供精纯氢气，利用液态氢源，解决了加氢困难、成本高的问题；通过船舶系统热管理，利用氢燃料电池电堆余热，为氢气固态储存系统供氢提供热源，降低了外部能耗，挺高了船舶甲醇燃料电池系统热效率；氢气储存过程中以固态存在，增加了船舶行驶过程中的安全性，供给过程压力、温度与低温氢燃料电池系统工作条件接近，无需过多额外辅助设备和能源，简化了工艺流程和投资成本。
另外，根据本发明的一个实例船舶氢气固态储存系统，采用固态金属氢化物催化剂，储氢过程中将氢气吸附提纯，放氢技术温度界限普通，易于实现，有利于大体量氢气提纯处理。
具体的，本发明提供了一种船舶甲醇燃料电池系统，包括：甲醇重整制氢及提纯系统、氢气固态储存系统、氢燃料电池系统。
所述甲醇重整制氢及提纯系统包括甲醇泵(1)、空气压缩机(2)、甲醇水溶液泵(3)、燃烧重整反应器(4)、冷却器(5)、排水器(6)、氢气提纯装置(7)、缓冲罐(8)；所述甲醇泵(1)与空气压缩机(2)与燃烧重整反应器(4)燃烧室入口相连，所述甲醇水溶液泵(3)与燃烧重整反应器(4)重整室入口相连，所述冷却器(5)入口与燃烧重整反应器(4)重整室出口相连，所述冷却器(5)出口与排水器(6)入口相连，所述排水器(6)出口与氢气提纯装置(7)入口相连，所述氢气提纯装置(7)出口与缓冲罐(8)相连。
甲醇泵(1)输送的甲醇与空气压缩机(2)输送的空气质量比控制在0.3～1.0；甲醇水溶液泵(3)输送的水醇质量比控制在0.7～1.5。
氢气提纯装置(7)可为变压吸附设备、变温吸附设备等。
所述燃烧重整反应器(4)重整反应所需热量由燃烧室无焰燃烧反应放热提供。甲醇燃烧重整富氢气体温度经过所述冷却器(5)冷凝后温度控制在100℃以下，压力控制在5bar以上，以便维持后续氢气提纯流程。甲醇燃烧重整富氢气体经过所述冷却器(5)冷凝后，冷凝液经所述排水器(6)回流至所述甲醇水溶液泵(3)继续循环。
所述氢气固态储存系统包括第一固态储氢放氢装置(14)、第二固态储氢放氢装置(15)、第三固态储氢放氢装置(16)、缓冲罐二(21)，所述第一、二、三固态储氢放氢装置为壳管式、板换式、微通道式、列管式中的一种，采用换热介质提供反应热或带走反应热，所述第一、二、三固态储氢放氢装置交替进行储氢和放氢工作，始终保证至少有一个固态储氢放氢装置处于放氢状态。
所述氢气固态储存系统入口通过主阀门(9)与所述甲醇重整制氢及提纯系统相连，所述主阀门(9)、阀门10(10)与所述第一固态储氢放氢装置(14)、第二固态储氢放氢装置(15)、第三固态储氢放氢装置(16)入口阀门11(11)、阀门12(12)、阀门13(13)共同组成储氢和供氢阀组，所述阀门17(17)、阀门18(18)、阀门19(19)、阀门20(20)共同组成冷热源进出阀组。
所述氢气固态储存系统储氢工作时，所述主阀门(9)打开，所述阀门10(10)关闭，所述阀门11(11)、阀门12(12)、阀门13(13)跟进各储氢装置储氢状态决定是否打开，所述阀门17(17)和阀门19(19)关闭，阀门18(18)和阀门20(20)打开，吸收储氢过程中所放出的热量，并维持储氢装置工作温度。
所述氢气固态储存系统供氢工作时，所述主阀门9(9)关闭，所述阀门10(10)打开，所述阀门11(11)、阀门12(12)、阀门13(13)跟进各储氢装置储氢状态决定是否打开，所述阀门18(18)和阀门20(20)关闭，阀门17(17)和阀门19(19)打开，为供氢提供热量，并维持储氢装置工作温度。
上述所述冷热源介质可为水乙二醇、导热油、蒸汽等。
所述第一、第二、第三固态储氢放氢装置(14-16)从设计上实现高承压，解决了因所述催化剂反应吸热膨胀所导致的储氢放氢装置压力过高问题。
氢气与金属催化剂反应生产固态金属氢化物，将气态氢气转化为固态储存，减小了储存体积，增加了储存密度。
所述氢燃料电池系统包括主路电磁阀(22)、第一换热器(23)、介质泵(24)、三通阀(25)、第二换热器(26)、辅助加热设备(27)、空气压缩机(28)、冷却器二(29)、加湿器(30)、氢燃料电池(31)、氢水分离器(32)、氢气回流泵(33)；
所述空气压缩机(28)出口与所述冷却器(29)进口相连，所述冷却器二(29)出口与所述加湿器(30)入口相连，所述加湿器(30)出口与所述氢燃料电池(31)阳极入口相连；所述第一换热器(23)氢燃料侧入口通过所述主路电磁阀(22)与所述氢气固态储存系统相连，所述氢燃料电池(31)阳极出口与所述氢水分离器(32)入口相连，所述氢水分离器(32)出口与所述氢气回流泵(33)入口相连，所述氢气回流泵(33)出口与所述氢燃料电池(31)阳极入口相连；
所述介质泵(24)出口与三通阀(25)相连，所述三通阀(25)出口分别与所述第二换热器(26)和所述辅助加热设备(27)入口相连，所述第二换热器(26)和所述辅助加热设备(27)出口与所述氢燃料电池(31)相连，所述介质泵入口与所述第一换热器(23)换热介质侧出口相连，所述第一换热器(23)入口与所述氢燃料电池(31)相连。
所述氢燃料电池系统最佳工作温度在60-80℃，在系统启动时，需要先对氢燃料电池进行升温，加快启动速度，所述三通阀(25)转向连通所述介质泵(24)和所述辅助加热设备(27)。
在系统启动后，氢燃料电池放出大量热，所述三通阀(25)转向连通所述介质泵(24)和所述第二换热器(26)，通过介质循环带走热量，维持氢燃料电池工作温度稳定，同时通过所述第一换热器(23)与所述氢燃料电池(31)阳极入口氢气换热，确保入口氢气温度控制在60-75℃。
所述氢燃料电池系统工作热量被换热介质循环带走后，还可以作为所述氢气固态储存系统供氢时的热源，降低外部能源接入，提高系统能源利用效率。
所述氢燃料电池系统初启动所需热量，由所述辅助加热设备(27)提供，或由所述氢气固态储存系统储氢时所释放的热量提供。
所述氢燃料电池系统阴极，入口空气升压后温度升高，热量经过所述冷却器二(29)散到空气，或通过循环介质将热量吸收，循环介质再通过第二换热器(26)介质通道，将所述氢燃料电池(31)工作热量进一步吸收，换热介质携带两份热量，作为所述氢气固态储存系统供氢热源，或作为所述甲醇重整制氢及提纯系统甲醇水溶液初步升温热源。
所述氢燃料电池系统阳极，出口未完全反应氢气水蒸气混合物通过氢水分离器(32)分离，氢气通过所述氢气回流泵(33)回到阳极入口继续参与反应，回收利用尾气，节约氢源。
所述氢气固态储存系统供氢时工作压力与所述氢燃料电池系统氢源需求压力均在1-3bar，可实现低压直接供给，无需匹配额外减压设备。
所述氢气固态储存系统还包括缓冲罐二(21)，设置在阀门10(10)的出口端。
有益效果：
根据本发明的船舶甲醇燃料电池系统，采用甲醇重整制氢，经过提纯获取精纯氢气，结合氢气固态储存系统，将氢气由气态转化为固态储存，然后供给给燃料电池发电。所述船舶甲醇燃料电池系统有以下优点：甲醇储氢密度大，运输、储存安全，加注方便，以甲醇作为氢源，通过甲醇重整系统可持续提供氢气；采用固态储氢技术，将氢气转化为固态储存，增加了储存密度，减小了设备占用空间，提高了安全性；结合氢燃料电池系统，通过系统热管理和集成耦合控制，降低了能量损耗，提高系统能源利用率，提供了船舶氢能的供给、储存、高效利用的一体化解决方案。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的船舶甲醇燃料电池系统的示意图。
图中：
甲醇泵(1)、空气压缩机(2)、甲醇水溶液泵(3)、燃烧重整反应器(4)、冷却器(5)、排水器(6)、氢气提纯装置(7)、缓冲罐(8)；
主阀门(9)、阀门10(10)、阀门11(11)、阀门12(12)、阀门13(13)、第一固态储氢放氢装置(14)、第二固态储氢放氢装置(15)、第三固态储氢放氢装置(16)、阀门17(17)、阀门18(18)、阀门19(19)、阀门20(20)、缓冲罐二(21)；
主路电磁阀(22)、第一换热器(23)、介质泵(24)、三通阀(25)、第二换热器(26)、辅助加热设备(27)、空气压缩机(28)、冷却器二(29)、加湿器(30)、氢燃料电池(31)、氢水分离器(32)、氢气回流泵(33)。
具体实施方式
将在下文参看附图详细地描述本发明的优选实施例。
如图1中所说明，实例为采用甲醇燃料电池系统的500kW氢燃料电池内河船。
图1的甲醇燃料电池系统包括：甲醇泵、甲醇水溶液泵、空气压缩机、燃烧重整反应器、冷却器、排水器、提纯装置、缓冲罐、氢气固态储存装置、氢燃料电池、第一换热器、第二换热器、介质泵、辅助加热设备、空气压缩供给装置、冷却器、加湿器、氢水分离器、氢回流泵等主要设备组成。
所述船舶甲醇燃料电池系统启动前，甲醇泵(1)输送甲醇至燃烧重整器燃烧室，与空气压缩机(2)提供空气混合，按甲醇空气质量比0.42在燃烧室中发生无焰催化燃烧反应，将温度控制在200-300℃。
所述甲醇水溶液泵(3)将水醇质量比0.75混合液供给到燃烧重整反应器，气化后进入重整室进性催化重整反应。
所述重整富氢气体组成占比约为73.5％氢气、25％CO2、1.4％CO和微量甲醇气体，在冷却器(5)作用下冷凝，冷凝下来的液体在排水器(6)作用下排出，并返回甲醇水溶液泵(3)继续参与循环。
所述重整富氢气体经过提纯装置(7)，在多级提纯后，得到纯度99％以上的氢气，经缓冲罐缓冲后进入所述氢气固态储存系统。
氢气初次进入所述氢气固态储存系统，所述阀门(9)、(11)、(12)、(13)打开，阀门(10)关闭，冷热源侧阀门(17)、(19)关闭，阀门(18)、(20)打开，氢气进入固态储存装置，在催化剂作用下反应生产固态氢化物，在此过程中，所释放的热量由冷源介质吸收带走，该热量可以作为船舶生活热水或所述氢燃料电池系统初启动时的热源。
所述氢气储存系统供氢时，所述阀门(9)关闭，阀门(10)打开，阀门(11)、(12)(13)根据所述氢燃料电池氢源需求，通过集成耦合控制，决定是否开启或关闭，冷热源侧阀门(17)、(19)打开，阀门(18)、(20)关闭，在此过程中，所需要的热量由热源介质循环提供，该热量由所述氢燃料电池系统工作余热提供。
所述氢燃料电池系统工作时，所述电磁阀(22)打开，氢气压力控制在1-2.5bar，质量流量32kg/h左右，通过换热器(23)并维持在60-75℃，进入所述氢燃料电池(31)阳极，系统控制及时开启对外供电模式，阳极出口的气体为氢气与水蒸气等的混合气，在所述氢分水器(32)内将气液分离，液态水在自重作用下进入分水器底部(定时排放)，含水氢气被氢气循环泵输运到电堆阳极入口处，提高反应气的湿度、温度和流速，有利于反应的持续发生和节约能源。
所述氢燃料电池系统工作时，洁净空气进入所述空压机(28)后，通过标定获得满足电池需求的流量和压力。在所述冷却器(29)的作用下，空气冷却降温后进入阴极，此时阳极带负电，阴极带正电，形成电势差，对外输出直流电能，同时产生热量和水。
所述氢燃料电池系统工作时产生大量的余热，该热量由循环工质吸收，经所述工质泵(24)运输至所述第一换热器(23)加热氢气，同时为所述氢气储存系统供氢提供热源。
在一个实例中，氢燃料电池系统工作时产生的余热，也可以作为船舶生活热水热源。
在一个实例中，船舶甲醇燃料电池系统也可以为氢燃料电池并联一个蓄电池，当系统冷启动或突然加大电力需求时，由蓄电池辅助供电，平和系统波峰供氢发电需求。
Claims (10)
1.一种船舶甲醇燃料电池系统，用于将甲醇水溶液重整并提纯为精纯氢气，然后储存在固态储氢系统中，当船舶动力需求时，将氢气持续、稳定、低压供给燃料电池系统发电，其特征在于，所述船舶甲醇燃料电池系统包括：甲醇重整制氢及提纯系统、氢气固态储存系统、氢燃料电池系统。
2.根据权利要求1所述船舶甲醇燃料电池系统，所述甲醇重整制氢及提纯系统包括甲醇泵(1)、空气压缩机(2)、甲醇水溶液泵(3)、燃烧重整反应器(4)、冷却器(5)、排水器(6)、氢气提纯装置(7)、缓冲罐(8)；所述甲醇泵(1)与空气压缩机(2)与燃烧重整反应器(4)燃烧室入口相连，所述甲醇水溶液泵(3)与燃烧重整反应器(4)重整室入口相连，所述冷却器(5)入口与燃烧重整反应器(4)重整室出口相连，所述冷却器(5)出口与排水器(6)入口相连，所述排水器(6)出口与氢气提纯装置(7)入口相连，所述氢气提纯装置(7)出口与缓冲罐(8)相连。
3.根据权利要求2所述船舶甲醇燃料电池系统，其特征在于，甲醇与空气质量比控制在0.3～1.0；水醇质量比控制在0.7～1.5。
4.根据权利要求2所述船舶甲醇燃料电池系统，其特征在于，氢气提纯装置(7)可为变压吸附设备、变温吸附设备等。
5.根据权利要求2所述船舶甲醇燃料电池系统，其特征在于，所述燃烧重整反应器(4)重整反应所需热量由燃烧室无焰燃烧反应放热提供。
6.根据权利要求2所述船舶甲醇燃料电池系统，其特征在于，甲醇燃烧重整富氢气体温度经过所述冷却器(5)冷凝后温度控制在100℃以下，压力控制在5bar以上，以便维持后续氢气提纯流程。
7.根据权利要求2所述船舶甲醇燃料电池系统，其特征在于，甲醇燃烧重整富氢气体经过所述冷却器(5)冷凝后，冷凝液经所述排水器(6)回流至所述甲醇水溶液泵(3)继续循环。
8.根据权利要求1所述船舶甲醇燃料电池系统，其特征在于，所述氢气固态储存系统包括第一固态储氢放氢装置(14)、第二固态储氢放氢装置(15)、第三固态储氢放氢装置(16)，所述第一、二、三固态储氢放氢装置为壳管式、板换式、微通道式、列管式中的一种，采用换热介质提供反应热或带走反应热，所述第一、二、三固态储氢放氢装置交替进行储氢和放氢工作，始终保证至少有一个固态储氢放氢装置处于放氢状态。
9.根据权利要求8所述船舶甲醇燃料电池系统，其特征在于，所述氢气固态储存系统入口通过主阀门(9)与所述甲醇重整制氢及提纯系统相连，所述主阀门(9)、阀门10(10)与所述第一固态储氢放氢装置(14)、第二固态储氢放氢装置(15)、第三固态储氢放氢装置(16)入口阀门11(11)、阀门12(12)、阀门13(13)共同组成储氢和供氢阀组，所述阀门17(17)、阀门18(18)、阀门19(19)、阀门20(20)共同组成冷热源进出阀组。
10.根据权利要求8所述船舶甲醇燃料电池系统，其特征在于，所述氢气固态储存系统储氢工作时，所述主阀门(9)打开，所述阀门10(10)关闭，所述阀门11(11)、阀门12(12)、阀门13(13)跟进各储氢装置储氢状态决定是否打开，所述阀门17(17)和阀门19(19)关闭，阀门18(18)和阀门20(20)打开，吸收储氢过程中所放出的热量，并维持储氢装置工作温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410049772.8A CN117832558A (zh) | 2024-01-13 | 2024-01-13 | 船舶甲醇燃料电池系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410049772.8A CN117832558A (zh) | 2024-01-13 | 2024-01-13 | 船舶甲醇燃料电池系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117832558A true CN117832558A (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=90517497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410049772.8A Pending CN117832558A (zh) | 2024-01-13 | 2024-01-13 | 船舶甲醇燃料电池系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117832558A (zh) |
-
2024
- 2024-01-13 CN CN202410049772.8A patent/CN117832558A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112768724B (zh) | 一种lohc燃料电池发电系统及方法 | |
| CN113889648B (zh) | 一种mw级热电联供燃料电池电站 | |
| CN113930799B (zh) | 一种固体氧化物电解池产氢气的热回收系统 | |
| CN112003309B (zh) | 一种电力调峰系统 | |
| WO2022193545A1 (zh) | 一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统及其工作方法 | |
| CN105757978B (zh) | 一种船载热泵热水器系统及制热方法 | |
| CN117293349A (zh) | 基于pemfc和有机朗肯循环的氢-热综合发电系统及方法 | |
| CN116779921A (zh) | 一种高能效燃料电池热电联供装置和方法 | |
| CN117832558A (zh) | 船舶甲醇燃料电池系统 | |
| CN114935112B (zh) | 一种lng固体氧化物燃料电池动力船烟气回收系统 | |
| CN110416572A (zh) | 一种利用燃料电池余热加热甲酸反应器的加热系统及方法 | |
| KR102602831B1 (ko) | 연료 전지 하이브리드 시스템 | |
| CN212559456U (zh) | 一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机 | |
| CN113669943B (zh) | 一种带化学提质蓄热的潜艇多能联供系统 | |
| CN114204071B (zh) | 一种液体燃料电池系统 | |
| CN113394431B (zh) | 一种提高绿氢能源系统利用效率的热管理系统及方法 | |
| CN118149335B (zh) | 一种船用燃料电池热电冷联供系统 | |
| CN117936852A (zh) | 一种直接氨燃料电池系统 | |
| CN117622448A (zh) | 一种甲醇重整固态储氢供氢船舶氢能动力系统 | |
| CN220106596U (zh) | 一种直接氨燃料的sofc与pemfc联合系统 | |
| WO2024119391A1 (zh) | 基于无氮燃烧和二氧化碳循环的可再生能源利用系统 | |
| CN217808782U (zh) | 合成氨耦合电解水制氢系统 | |
| CN109181800B (zh) | 沼气脱碳与甲烷重整的耦合装置及沼气脱碳重整系统 | |
| CN118553951A (zh) | 一种船用高温质子交换膜燃料电池冷热电联供系统 | |
| CN117747893A (zh) | 一种新型电池动力装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |