一種甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發(fā)電設備技術領域，特別涉及一種甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]氫，是一種21世紀最理想的能源之一，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的主要是COjPSO2，可分別產(chǎn)生溫室效應和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠不會用完。氫的分布很廣泛，水就是氫的大“倉庫”，其中含有11%的氫。泥土里約有1.5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動植物體內(nèi)等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70%為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法制取氫，那么氫也將是一種價格相當便宜的能源。
[0003]目前，世界上氫的年產(chǎn)量約為3600萬噸，制氫方法主要有兩種:其一、絕大部分氫是從石油、煤炭和天然氣中制取，這種方法需要消耗本來就很緊缺的礦物燃料；其二、約有4%的氫是用電解水的方法制取，這種方法消耗電能大，很不劃算。隨著技術的進步，采用甲醇和水重整制氫的技術漸漸得到發(fā)展，其能減少化工生產(chǎn)中的能耗和降低成本，并有望替代電能消耗特別大的電解水制氫工藝。利用先進的甲醇水蒸氣重整技術制取4與0)2的混合氣體，再經(jīng)鈀膜分離器分離，可分別得到HjP CO 2。
[0004]參照中國發(fā)明申請201310340475.0 (申請人:上海合既得動氫機器有限公司)，該專利公開了一種甲醇水制氫系統(tǒng)，甲醇與水蒸氣在重整器的重整室內(nèi)，在350-409°C溫度下1-5M Pa的壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫氣和二氧化碳，這是一個多組份、多反應的氣固催化反應系統(tǒng)。反應方程如下:(I) CH3OH — C0+2H2； (2) H 20+C0 — C02+H2； (3) CH 30H+H20 — C02+3H2，重整反應生成的 H2^PCO2,再經(jīng)過分離室的鈀膜分離器將HjP CO 2分離，得到高純氫氣。
[0005]氫的用途很廣，適用性強，其中，先進的氫-氧燃料電池發(fā)電系統(tǒng)還可以把氫能直接轉(zhuǎn)化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種氫氣發(fā)電系統(tǒng)已在移動通信基站等領域得到使用。在燃料電池的陽極:2H2— 4H++4e_，H2分裂成兩個質(zhì)子和兩個電子，質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜(PEM)，電子通過陽極板，通過外部負載，并進入陰極雙極板；在燃料電池的陰極:02+4e_+4H+— 2H 20，質(zhì)子、電子和02重新結(jié)合以形成H 20。該燃料電池所需要的112可來源于甲醇水制氫系統(tǒng)(參照本申請人廣東合即得能源科技有限公司于2014年12月I日申請的發(fā)明專利 201410707638.9)。
[0006]燃料電池在上述電化學反應產(chǎn)生電的過程中，會放出熱量，該熱量若不及時導走，會導致燃料電池溫度不斷升高而燒壞，因此，對燃料電池進行降溫是非常重要的一環(huán)。在現(xiàn)有技術中，燃料電池降溫系統(tǒng)主要有水循環(huán)降溫系統(tǒng)，其主要構件包括燃料電池內(nèi)的散熱裝置、水泵及相關配套管道和配套水箱，但是，由于該燃料電池降溫系統(tǒng)吸收的熱量沒有及時導走，使得該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)還存在以下問題:其一、燃料電池在連續(xù)工作過程中，燃料電池降溫系統(tǒng)中的水的溫度會越來越高，燃料電池降溫系統(tǒng)的降溫效率將不斷降低，影響燃料電池的工作穩(wěn)定性，為此，燃料電池降溫系統(tǒng)還需要利用風扇等散熱器對水進行散熱處理，這又需要耗費能量；其二、燃料電池產(chǎn)生的熱量被白白浪費，沒有得到利用，使得燃料電池發(fā)電系統(tǒng)整體上發(fā)電效率不高，能量浪費較嚴重。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種能使燃料電池工作穩(wěn)定、可靠性強，并能充分利用燃料電池所產(chǎn)生的熱量的甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:
[0009]一種甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)，包括甲醇水儲存容器、輸送泵、甲醇水制氫系統(tǒng)、燃料電池、水循環(huán)降溫系統(tǒng)及熱泵裝置，其中:
[0010]甲醇水儲存容器，用于儲存甲醇水原料，該甲醇水原料可在輸送泵的驅(qū)動下，通過輸送管道輸送至所述甲醇水制氫系統(tǒng)；
[0011]甲醇水制氫系統(tǒng)，用于甲醇和水發(fā)生重整反應制得氫氣，并將氫氣提供給燃料電池；
[0012]燃料電池，用于氫氣與氧氣發(fā)生電化學反應產(chǎn)生電能；
[0013]水循環(huán)降溫系統(tǒng)，用于對燃料電池進行散熱降溫；
[0014]熱泵裝置，安裝于輸送泵與甲醇水制氫系統(tǒng)之間，所述輸送泵與甲醇水制氫系統(tǒng)之間的輸送管道經(jīng)過該熱泵裝置，該熱泵裝置能吸收水循環(huán)降溫系統(tǒng)中的溫水的熱量，轉(zhuǎn)變成高溫熱源，并為輸送管道中的甲醇水原料加熱。
[0015]作為對本實用新型的進一步闡述:
[0016]所述熱泵裝置包括蒸發(fā)器、冷凝器及蒸發(fā)器與冷凝器之間的冷媒循環(huán)系統(tǒng)，所述水循環(huán)降溫系統(tǒng)經(jīng)過所述蒸發(fā)器，所述輸送泵與甲醇水制氫系統(tǒng)之間的輸送管道經(jīng)過所述冷凝器，所述冷媒循環(huán)系統(tǒng)設有壓縮機；所述壓縮機可對冷媒做功，水循環(huán)降溫系統(tǒng)中的溫水的熱量通過蒸發(fā)器中冷媒的蒸發(fā)被冷媒帶走，水溫降低，冷媒蒸發(fā)后循環(huán)至冷凝器冷凝，放出熱量，該放出的熱量富集成高溫熱源，為輸送管道中的甲醇水原料加熱；所述熱泵裝置由燃料電池供電。
[0017]所述水循環(huán)降溫系統(tǒng)設有至少一個第一換熱器，所述輸送泵與熱泵裝置之間的輸送管道經(jīng)過該第一換熱器；在第一換熱器中，低溫的甲醇水原料與水循環(huán)降溫系統(tǒng)中的水進行換熱，甲醇水原料溫度升高，水循環(huán)降溫系統(tǒng)中的水的溫度降低。
[0018]所述水循環(huán)降溫系統(tǒng)包括散熱裝置及循環(huán)泵送裝置，所述散熱裝置位于燃料電池內(nèi)，所述循環(huán)泵送裝置包括至少兩個水泵、第一水容器及集水器；所述第一水容器中的水可在水泵的驅(qū)動作用下，經(jīng)集水器集水后，從燃料電池之進水口進入散熱裝置，再從燃料電池之出水口回流至第一水容器；所述水泵由燃料電池供電。
[0019]所述甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)還包括空氣輸送系統(tǒng)，該空氣輸送系統(tǒng)包括至少兩個空氣泵及集氣器，外界空氣可在所述空氣泵的驅(qū)動作用下，經(jīng)集氣器集氣后，從燃料電池之空氣進口進入，再從燃料電池之空氣出口排出；在燃料電池內(nèi)，氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生電化學反應產(chǎn)生電能；所述空氣泵由燃料電池供電。進一步，所述燃料電池與集氣器之間安裝有氣壓表、加濕器、加濕水泵、第二水容器及流量計；所述燃料電池、氣壓表、加濕器、流量計、集氣器依次連接；所述第二水容器中的水為去離子水，該去離子水可在加濕水泵的驅(qū)動作用下，從加濕器之進水端進入，再從加濕器之出水口回流至第二水容器中；所述加濕水泵由燃料電池供電。
[0020]所述甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)還包括氫氣輸送系統(tǒng)，該氫氣輸送系統(tǒng)包括氫氣輸入管道及氫氣輸出管道；所述甲醇水制氫系統(tǒng)制得的氫氣可從氫氣輸入管道進入燃料電池，在燃料電池內(nèi)，氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生電化學反應產(chǎn)生電能，生成水，該生成的水及未反應的氫氣再從燃料電池輸出至氫氣輸出管道；所述氫氣輸出管道設置有氫水分離器，所述生成的水及未反應的氫氣經(jīng)氫水分離器分離后，氫氣回流至所述氫氣輸入管