CN210403912U - 一种基于co2回收的家用pemfc热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及热电联供技术领域，尤其涉及一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统。包括与天然气存储装置依次连接的天然气脱硫装置、用于天然气重整制氢的水蒸气重整装置、用于除去CO并制氢的水汽变换装置、用于进一步除去CO的选择性氧化反应装置以及PEMFC燃料电池，所述选择性氧化反应装置和PEMFC燃料电池之间还设有CO2分离装置。该系统不仅适用于家用，而且能够防止CO2对PEMFC燃料电池的损坏、且不会污染环境。

Description

一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统
技术领域
本实用新型涉及热电联供技术领域，尤其涉及一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统。
背景技术
传统的热电联供系统一般是以热力发电厂通过一定的方法，在向用户输出电能的同时，也向用户输出热能。热电联产可以大大提高热电厂的热效率，这是因为一般的凝汽式机组的汽轮机的排汽损失是很大的，而热电联产机组能通过一些方法把一部分或者全部蒸气通过汽轮机做功后，再对热用户输出，使排汽损失减小。常见的热电联产方法有:背压式、双抽汽式、单段可调抽汽式、锅炉直供(减温减压式)等几种方式；从供热介质上又分为:蒸汽供热、高温水供热；也可以从介质回收上分为介质回收式和介质不回收式。热电联产解决了城市集中供热的问题，取代了遍地开花的小锅炉，又从另一个方面提高了社会整体能源利用率。但这种方式主要用于大面积供热、供电，针对某一家庭的小型化家用热电联供系统几乎没有。
对此，本公司生产了一种家用PEMFC热电联供系统，其主要将天然气脱硫后反应制氢，将制得氢气送入PEMFC燃料电池从而产生电能和热能以供给家庭用户。然而在天然气制氢过程中，会产生CO2，但在富氢气体进入PEMFC燃料电池前，并没有进行对CO2的回收，CO2流量越大，电池性能下降的越严重。而若CO2排入大气中，仍会造成环境污染、全球变暖。
实用新型内容
本实用新型要解决上述问题，提供一种能够防止CO2对PEMFC燃料电池的损坏、且不会污染环境的家用PEMFC热电联供系统。
本实用新型解决问题的技术方案是，提供一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统，包括与天然气存储装置依次连接的天然气脱硫装置、用于天然气重整制氢的水蒸气重整装置、用于除去CO并制氢的水汽变换装置、用于进一步除去CO的选择性氧化反应装置以及PEMFC燃料电池，所述选择性氧化反应装置和PEMFC燃料电池之间还设有CO2分离装置。
优选地，所述CO2分离装置包括依次连接的预冷器和CO2吸收塔，所述CO2吸收塔包括立式塔体以及设置于立式塔体下部的总进气口，设置于立式塔体顶部、且与所述PEMFC燃料电池连接的总出气口；所述立式塔体内设有用于喷淋低温甲醇并使得低温甲醇与CO2逆流接触的低温甲醇喷淋件，所述低温甲醇喷淋件与设置于立式塔体的总进液口连通，所述立式塔体底部还设有总出液口。
优选地，所述立式塔体内腔竖直设有若干吸收罐，所述吸收罐内顶部铺设所述低温甲醇喷淋件，所述低温甲醇喷淋件通过液管与设置于吸收罐上部的进液口连通，若干吸收罐的进液口通过导液管与所述总进液口连通；所述吸收罐进液口下方设有进气口，若干吸收罐的进气口通过导气管与所述总进气口连通；所述吸收罐顶面远离所述进液口的部分设有出气口，底面远离所述进气口的部分设有出液口，且上层吸收罐的出液口与其下层相邻吸收罐的出气口连通；最上层吸收罐的出气口与所述总出气口连通，最下层吸收罐的出液口与所述总出液口连通。
优选地，所述吸收罐内底部和内顶部依次设有竖直隔板以使得吸收罐内腔形成S形吸收通道，所述吸收罐的进气口设置于S形吸收通道的进口部，出气口和出液口均设置于S形吸收通道的出口部。
优选地，所述吸收罐内底面铺设有与所述导气管连通的雾化液管，所述雾化液管内设有超声波雾化器，所述雾化液管靠近吸收罐内腔的一面设有若干排出孔。
优选地，所述CO2分离装置还包括与CO2吸收塔总出液口连接的高压解吸塔。
本实用新型的有益效果：
1.设置CO2分离装置，在富氢气体进入PEMFC燃料电池系统前将CO2分离出来，不仅能保护环境，还能做其他用途，防止其对燃料电池系统的损伤。
2.使用甲醇将CO2吸收，甲醇低温吸收CO2过程中，许多杂质气体在低温下的溶解度会变高，只有氢气的溶解度不受温度的限制，而且温度越低，溶解度越低。从而有效提高氢气纯度。
附图说明
图1是一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统的结构示意图；
图2是一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统中CO2吸收塔的结构示意图；
图中：天然气存储装置1，天然气脱硫装置2，水蒸气重整装置3，、水汽变换装置4，选择性氧化反应装置5，CO2分离装置6，预冷器61，CO2吸收塔62，总进气口601，总出气口602，总进液口603，总出液口604，低温甲醇喷淋件605，竖直隔板606，进气口621，出气口622，进液口623，出液口624，液管625，雾化液管626，高压解吸塔63，PEMFC燃料电池7。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施方式，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统，如图1所示，包括与天然气存储装置1依次连接的天然气脱硫装置2、用于天然气重整制氢的水蒸气重整装置3、用于除去CO并制氢的水汽变换装置4、用于进一步除去CO的选择性氧化反应装置5以及PEMFC燃料电池7，选择性氧化反应装置5和PEMFC燃料电池7之间还设有CO2分离装置6。
使用时，天然气存储装置1内的天然气经过天然气脱硫装置2脱硫后进入水蒸气重整装置3中反应，生成H2、CO、H2O等合成气，其中CO的比例占10%，若直接将其输送到PEMFC燃料电池7内会引起催化剂中毒，造成发电能力下降，因此重整反应后重整气体需通过水汽变换装置4实现对CO的净化，同时产生更多的氢气。水汽变换的主要反应过程为CO和水反应生产CO2和氢气。经过两级水汽变换反应（高温水汽变换反应与低温水汽变换反应），CO的浓度会降低至1%以下。经过低温变换后，合成气进入选择性氧化反应装置5直接进行CO选择性催化氧化反应，其主要反应过程为CO和氧气反应生成CO2。反应后一氧化碳的含量为10ppm以下。同时由于水汽变换和选择性氧化反应过程中均有CO2生成，合成气体还需进入CO2分离装置6中进行CO2的分离后再送入PEMFC燃料电池7中发电。
进行CO2分离时，使用甲醇低温吸收CO2。其CO2分离装置6包括依次连接的预冷器61和CO2吸收塔62，CO2吸收塔62包括立式塔体以及设置于立式塔体下部的总进气口601，设置于立式塔体顶部、且与PEMFC燃料电池7连接的总出气口602；立式塔体内设有用于喷淋低温甲醇并使得低温甲醇与CO2逆流接触的低温甲醇喷淋件605，低温甲醇喷淋件与设置于立式塔体的总进液口603连通，立式塔体底部还设有总出液口604。CO2分离装置6还包括与CO2吸收塔62总出液口连接的高压解吸塔63。
使用时，在预冷器61中将合成、气冷却至-20℃后由CO2吸收塔下部的总进气口601进入立式塔体内，与CO2吸收塔中加入的-75℃的甲醇溶液逆流接触，大部分CO2被吸收，得到的净化气从CO2吸收塔顶部的总出气口602引出进入PEMFC燃料电池7中进行反应。
如图2所示，为了提高CO2的吸收效果，立式塔体内腔竖直设有若干吸收罐，吸收罐内顶部铺设低温甲醇喷淋件605，低温甲醇喷淋件605通过液管625与设置于吸收罐上部的进液口623连通，若干吸收罐的进液口623通过导液管与总进液口603连通；吸收罐进液口623下方设有进气口621，若干吸收罐的进气口621通过导气管与总进气口601连通；吸收罐顶面远离进液口623的部分设有出气口622，底面远离进气口621的部分设有出液口624，且上层吸收罐的出液口624与其下层相邻吸收罐的出气口622连通；最上层吸收罐的出气口622与总出气口602连通，最下层吸收罐的出液口624与总出液口604连通。将合成气分散到各个吸收罐内分别进行CO2的吸收，以提高合成气与低温甲醇的接触面积，从而提高吸收效果。
同时，吸收罐内底部和内顶部依次设有竖直隔板606以使得吸收罐内腔形成S形吸收通道，吸收罐的进气口621设置于S形吸收通道的进口部，出气口622和出液口624均设置于S形吸收通道的出口部。从而延长合成气在吸收罐内的流动路径，即提高合成气与低温甲醇的接触时间，以提高吸收效果。
此外，吸收罐内底面铺设有与导气管连通的雾化液管626，雾化液管626内设有超声波雾化器，雾化液管626靠近吸收罐内腔的一面设有若干排出孔。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统，其特征在于：包括与天然气存储装置（1）依次连接的天然气脱硫装置（2）、用于天然气重整制氢的水蒸气重整装置（3）、用于除去CO并制氢的水汽变换装置（4）、用于进一步除去CO的选择性氧化反应装置（5）以及PEMFC燃料电池（7），所述选择性氧化反应装置（5）和PEMFC燃料电池（7）之间还设有CO2分离装置（6）。
2.根据权利要求1所述的一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统，其特征在于：所述CO2分离装置（6）包括依次连接的预冷器（61）和CO2吸收塔（62），所述CO2吸收塔（62）包括立式塔体以及设置于立式塔体下部的总进气口（601），设置于立式塔体顶部、且与所述PEMFC燃料电池（7）连接的总出气口（602）；所述立式塔体内设有用于喷淋低温甲醇并使得低温甲醇与CO2逆流接触的低温甲醇喷淋件（605），所述低温甲醇喷淋件与设置于立式塔体的总进液口（603）连通，所述立式塔体底部还设有总出液口（604）。
3.根据权利要求2所述的一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统，其特征在于：所述立式塔体内腔竖直设有若干吸收罐，所述吸收罐内顶部铺设所述低温甲醇喷淋件（605），所述低温甲醇喷淋件（605）通过液管（625）与设置于吸收罐上部的进液口（623）连通，若干吸收罐的进液口（623）通过导液管与所述总进液口（603）连通；所述吸收罐进液口（623）下方设有进气口（621），若干吸收罐的进气口（621）通过导气管与所述总进气口（601）连通；所述吸收罐顶面远离所述进液口（623）的部分设有出气口（622），底面远离所述进气口（621）的部分设有出液口（624），且上层吸收罐的出液口（624）与其下层相邻吸收罐的出气口（622）连通；最上层吸收罐的出气口（622）与所述总出气口（602）连通，最下层吸收罐的出液口（624）与所述总出液口（604）连通。
4.根据权利要求3所述的一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统，其特征在于：所述吸收罐内底部和内顶部依次设有竖直隔板（606）以使得吸收罐内腔形成S形吸收通道，所述吸收罐的进气口（621）设置于S形吸收通道的进口部，出气口（622）和出液口（624）均设置于S形吸收通道的出口部。
5.根据权利要求4所述的一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统，其特征在于：所述吸收罐内底面铺设有与所述导气管连通的雾化液管（626），所述雾化液管（626）内设有超声波雾化器，所述雾化液管（626）靠近吸收罐内腔的一面设有若干排出孔。
6.根据权利要求2所述的一种基于CO2回收的家用PEMFC热电联供系统，其特征在于：所述CO2分离装置（6）还包括与CO2吸收塔（62）总出液口连接的高压解吸塔（63）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111924802A (zh) * 2020-08-11 2020-11-13 山东炎黄工业设计有限公司 质子交换膜燃料电池的co2及余热回收系统及回收方法

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