CN208189708U - 微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统，包括烃蜡制备装置、微波发生装置、微波辅助烃蜡分解装置、产物分离装置、C1～C4收集装置、氢气纯化装置和燃料电池汽车系统；烃蜡制备装置连接微波辅助烃蜡分解装置，微波发生系统发出的微波通过调控单元输出到微波辅助烃蜡分解装置，C1～C4有机物通过产物分离装置的C1～C4出口进入C1～C4收集装置，氢气通过产物分离装置的氢气出口进入氢气纯化装置，氢气纯化装置的氢气出口连接燃料电池汽车系统的氢气入口；本实用新型能够实现安全高效的制氢、储氢和燃料电池能量转换，进而驱动燃料电池车，减少内燃机对环境的污染，实现了能源的高效转化和利用，推动氢燃料电池车产业的发展，应用前景十分广阔。

Description

微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统

技术领域

本实用新型涉及一种氢气绿色高效储存和析出的方法，具体涉及一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展和人民生活水平的不断提升，对能源的需求大幅提高，我国现已成为世界第二大能源消费国。数据显示，2017 年我国石油净进口量突破4亿吨，较2016年增长10.1％。当前，化石燃料特别是以煤炭、石油、天然气为代表的传统能源的日益枯竭。各国都开始实行了新能源多样化战略，加大对新能源研发的力度，其中氢能因能量密度大，转化效率高、零污染、零排放等优点，被认为是最具发展前景的新能源和驱动人类社会发展的终极能源。要实现能源的零污染利用，必须追溯氢能的生产方式。最为理想的制氢方式是利用可再生能源电解水制氢，如太阳能制氢、风电制氢等。

作为能源消费大国，我国机动车的保有量持续快速增长。截至 2017年底，全国汽车保有量2.17亿辆，与2016年相比，增加2304 万辆。“喝”油机动车保有量持续增长，不仅使我国原油对外依存度持续攀升，而且汽车尾气的排出，严重污染了大气环境、危及人民群众的生命健康安全。解决汽车带来的环境能源难题，加快开发和应用清洁无害的新能源车成为当前的研究重点和热点。近年来，燃料电池汽车的迅猛发展和商业化的推进席卷了整个世界，氢燃料电池由于其无污染、无噪声、效率高、响应性好等特点被加拿大著名科学家斯科特比喻为能源系统的“芯片”。氢能源汽车正在开启并引领一个新的汽车革命时代。早在1839年，William Robert Grove爵士通过将水的电解过程逆转从而发现了燃料电池的原理即从氢气和氧气中获取电能。经过百年的发展历程，现今以燃料电池为发电装置的清洁型电站发展迅速，以燃料电池为动力的汽车也进入了试验与推广阶段，2014 年12月15日世界第一款真正实现商业化大量销售的氢燃料电池车“MIRAI”在日本发售，激发了人们对氢燃料电池车的兴趣。大力发展氢燃料电池车首先需要提供稳定的氢源。对于可再生能源制氢，由于可再生能源自身的波动性导致其难以实现稳定的现场制氢供给，必须采取一定的方式将制得的氢气储存起来。对于应用于燃料电池汽车的储氢方式，储氢密度、安全性和成本是核心的关注点。

现有的储氢方式包括高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢等。其中，高压储氢安全性较差，储氢密度较低；液态储氢能量损耗大，成本较高；固体储氢合金本身重量较大，导致储氢密度较低。烃蜡是由一氧化碳和氢气反应合成的合成烃，由Fischer和Tropsch发现，因此又称FT蜡。烃蜡是一种长链脂肪烃(碳原子数大于等于20)，其侧链较少，不含有硫、氮、芳烃等，其化学性质稳定，不易燃烧，安全性高。烃蜡本身含氢量很高，价格低廉，是一种良好的潜在储氢材料。然而，目前烃蜡在储氢方面的应用前景尚未引起广泛关注。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统，是一种绿色高效的氢气存储和析出系统，利用合成烃蜡实现氢气存储，并通过可控的微波辅助析氢实现氢气的释放，从而将制氢、储氢与燃料电池技术相结合，实现了能源的高效转化和利用。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统，包括烃蜡制备装置1、微波发生装置2、微波辅助烃蜡分解装置3、产物分离装置4、C1～C4收集装置5、氢气纯化装置6和燃料电池汽车系统7；所述烃蜡制备装置1连接微波辅助烃蜡分解装置3，微波发生装置2 发出的微波通过调控单元输出到微波辅助烃蜡分解装置3，所述微波辅助分解装置3中装有烃蜡分解催化剂，在微波辅助作用和烃蜡分解催化剂作用下，烃蜡发生化学反应生成C1～C4有机物和氢气；微波辅助烃蜡分解装置3连接产物分离装置4，产物分离装置4的C1～C4出口和氢气出口分别连接C1～C4收集装置5和氢气纯化装置6，C1～C4 有机物通过产物分离装置4的C1～C4出口进入C1～C4收集装置5，氢气通过产物分离装置4的氢气出口进入氢气纯化装置6，氢气纯化装置6的氢气出口连接燃料电池汽车系统7的氢气入口。

所述微波发生装置2设置有调控系统，能够调节微波输出的频率和功率。

所述烃蜡分解催化剂为负载有活性金属氧化物的多孔碳材料，活性金属氧化物包括Pt、Ru、Rh、Ni、Mn、Fe、Co和Cr中的一种或几种。

所述氢气纯化装置6出口氢气的纯度高于99.999％。

所述的系统进行微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的方法，包括如下步骤：

步骤1：利用烃蜡制备装置1通过费托合成制备烃蜡；

步骤2：利用微波发生装置2发生微波辐射，并通过调控系统在微波辅助烃蜡分解装置3中辐射至负载有烃蜡的烃蜡分解催化剂表面，在烃蜡分解催化剂作用下，发生分解反应生成C1～C4有机物和氢气；

步骤3：通过产物分离装置4使氢气和C1～C4有机物分离；

步骤4：利用C1～C4收集装置5收集步骤3获得的C1～C4有机物；

步骤5：将步骤3收集到的氢气通入氢气纯化装置6，获得99.999％以上的高纯氢气；

步骤6：将步骤5获得的高纯氢气通入燃料电池汽车系统7中，在燃料电池堆中产生电化学反应，产生电流，驱动电动机带动车辆前进。

所述步骤1中，F-T合成的原料气可通过氢气、甲烷、CO2、水蒸气中的几种经重整得到，氢气可通过可再生能源(风电、光伏等) 电解水制氢获得，甲烷可通过生物质微生物发酵获得，二氧化碳可通过火电厂、煤化工工厂碳捕集途径获得，这样获得的合成烃蜡来源是完全绿色的，可实现氢气的绿色高效存储。

所述步骤2中，调控系统可以调控微波的频率和输出功率，以此控制氢气析出量及析出速率。

所述步骤4中，收集到的C1～C4有机物可用于工业生产，如生产汽油、煤油和柴油等发动机燃料，并可得到醇、酮类等化学品。

本实用新型将绿色烃蜡微波辅助析氢利用在氢燃料电池车上，采用这种方法具有以下突出的优点：

(1)烃蜡的合成过程可采用绿色、无污染的原料来源，有利于化石能源节约和二氧化碳减排，尤其是氢气的来源可采用波动的可再生能源电解水制氢，有利于消纳过剩的可再生能源，实现能源的高效转化利用；

(2)利用微波辅助分解烃蜡，能够通过控制微波辐射的起止时间和辐射强度达到控制氢气析出量的效果，这种方式易于操作，便于控制，系统反应速度快，能根据燃料电池车的需求，及时快速地提供大量的高纯度氢气。

(3)利用微波辅助分解烃蜡析氢，能够实现氢气的现场制备，烃蜡作为一种储氢载体，具有储氢密度大、稳定、不易燃、对环境无污染等特点，将气体储存转化为固体或液体储存，解决了储氢的安全问题，方便实用。

(4)利用微波辅助分解烃蜡析氢，反应系统简单，不需要配制类似于电解制氢过程中的电解液，避免了较酸或较碱的反应环境。

(5)利用微波辅助分解烃蜡析氢，氢燃料电池车加注氢气的过程非常快速便捷，产物为水，不会产生废液、废渣、废气等污染物。

附图说明

图1为本实用新型一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的流程图。

说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，利用烃蜡制备装置1通过费托合成制备烃蜡，费托合成的合成气来源为氢气、甲烷、二氧化碳重整，氢气来自风电电解水制氢，甲烷来自生物质发酵，二氧化碳来自火电厂碳捕集；利用微波发生装置2发生微波辐射，并通过调控系统在微波辐射烃蜡装置3 中辐射至烃蜡表面。微波辅助烃蜡分解装置3中装载5％Ru/C烃蜡分解催化剂，烃蜡分解催化剂与烃蜡的质量比为1:1。烃蜡发生分解反应生成C1-C4有机物和氢气，其中氢气的转化率超过80％；利用产物分离装置4分离C1-C4有机物和氢气；利用C1～C4收集装置5收集产生的C1-C4有机物；将产物分离装置4收集到的氢气通入氢气纯化装置6，获得99.999％以上的高纯氢气；将获得的高纯氢气通入燃料电池汽车系统7中，氢气与氧气在燃料电池堆中发生化学反应产生电流和水蒸气，将反应产生的电流输送到燃料电池升压器中，将电压升高，将电压升高后驱动电动机，带动车辆前进；将C1～C4收集装置5收集产生的C1-C4有机物用于生产汽油、煤油和柴油等发动机燃料，并可得到醇、酮类等化学品。

本实用新型系统用于氢燃料电池车的方法是利用微波辐射辅助分解烃蜡析氢，然后利用氢作为氢燃料电池车的原料和氧发生化学反应产生电流，驱动电动机。这将提升析氢反应的可控性，提升析氢效率，高效环保，同时有助于氢燃料电池车的推广应用，降低对环境的污染。

本实用新型未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本实用新型部分具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统，其特征在于：包括烃蜡制备装置(1)、微波发生装置(2)、微波辅助烃蜡分解装置(3)、产物分离装置(4)、C1～C4收集装置(5)、氢气纯化装置(6)和燃料电池汽车系统(7)；所述烃蜡制备装置(1)连接微波辅助烃蜡分解装置(3)，微波发生装置(2)发出的微波通过调控单元输出到微波辅助烃蜡分解装置(3)，所述微波辅助烃蜡分解装置(3)中装有烃蜡分解催化剂，微波辅助烃蜡分解装置(3)连接产物分离装置(4)，产物分离装置(4)的C1～C4出口和氢气出口分别连接C1～C4收集装置(5)和氢气纯化装置(6)，C1～C4有机物通过产物分离装置(4)的C1～C4出口进入C1～C4收集装置(5)，氢气通过产物分离装置(4)的氢气出口进入氢气纯化装置(6)，氢气纯化装置(6)的氢气出口连接燃料电池汽车系统(7)的氢气入口。

2.根据权利要求1所述的一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统，其特征在于：所述微波发生装置(2)设置有调控系统，能够调节微波输出的频率和功率。

3.根据权利要求1所述的一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统，其特征在于：所述烃蜡分解催化剂为负载有活性金属氧化物的多孔碳材料。

4.根据权利要求1所述的一种微波辅助烃蜡分解析氢用于氢燃料电池车的系统，其特征在于：所述氢气纯化装置(6)出口氢气的纯度高于99.999％。