[发明专利]燃料电池系统

说明书

一种燃料电池系统包括：去除包括在燃料气体中的杂质并且增加甲烷的纯度的预处理设备；将从预处理设备排放的燃料气体转换成重整气体的重整器；以及通过使用重整气体生成电力的燃料电池堆。预处理设备包括从燃料气体分离包括二氧化碳的副产物气体的升级单元，以及去除包括在副产物气体中的二氧化碳的二氧化碳去除单元。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统。更特别地，本发明涉及环境友好的燃料电池系统，其中作为温室气体的二氧化碳的排放被最小化。

背景技术

燃料电池系统包括用于将包含碳氢化合物的燃料气体转换成富氢重整气体的重整器，以及用于通过使重整气体与空气中的氧气反应来产生电力的燃料电池堆。

最近，关于从生物气体提取高纯度甲烷气体并且将其用作用于燃料电池的燃料气体的研究和发展已经有所进展。

在去除水分和杂质的纯化过程以及分离甲烷和二氧化碳以增加甲烷纯度的升级过程之后，将生物气体输入到重整器。

在生物气体的升级过程中，存在化学吸收方法、变压吸附方法、水冲洗方法和膜分离方法。

在它们之中，膜分离方法具有相对简单的装置配置，是环境友好的，并且该装置易于操作，然而，为了增加甲烷的纯度，使其以应用于分离膜的高压进行操作是必要的，因此由于增压所致的高能量消耗，能量效率是低的。

而且，由于在生物气体的升级过程中分离的二氧化碳是具有代表性的温室气体，因此其排放量必须降低。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种燃料电池系统，其中整个燃料电池系统的能量效率通过降低在燃料气体的升级过程中消耗的能量的量来增加，并且通过最小化作为温室气体的二氧化碳的排放来实现环境友好的燃料电池。

技术方案

根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统包括：去除包括在燃料气体中的杂质并且增加甲烷的纯度的预处理设备；将从预处理设备排放的燃料气体转换成重整气体的重整器；以及通过使用重整气体生成电力的燃料电池堆。预处理设备包括从燃料气体分离包括二氧化碳的副产物气体的升级单元，以及去除包括在副产物气体中的二氧化碳的二氧化碳去除单元。

预处理设备还可以包括安装在升级单元前方的纯化单元，并且纯化单元可以包括除湿单元、脱硫单元、氨去除单元和硅氧烷去除单元之中的至少一个。

升级单元可以包括吸收和压缩其中杂质被去除的燃料气体的压缩器，以及将甲烷和二氧化碳从经压缩的燃料气体分离的多级分离膜。从升级单元排放的燃料气体可以包括达90%或更多的甲烷。多级分离膜可以包括串行设置的至少两个分离膜，并且应用于多级分离膜的流入部分的燃料气体的压力可以是0.3MPa至0.5MPa。

二氧化碳去除单元可以包括传递副产物气体通过水和碳酸钙的混合物的配置，并且包括在副产物气体中的二氧化碳可以在二氧化碳去除单元中被碳化。二氧化碳去除单元可以生成高纯度甲烷，并且可以向安装在升级单元与重整器之间的燃料供给单元提供高纯度甲烷。

重整器可以从燃烧器接收用于重整反应所必需的热量。燃料电池系统还可以包括连接到燃烧器并且去除从燃烧器排放的燃烧气体之中的二氧化碳的辅助二氧化碳去除单元。从重整器排放的重整气体可以包括二氧化碳，并且燃料电池堆可以向燃烧器提供包括二氧化碳的未经反应的燃料。

辅助二氧化碳去除单元可以连接到燃料电池堆的空气出口以去除从燃料电池堆排放的未经反应的空气之中的二氧化碳。

有益效果

燃料电池系统去除在燃料气体的预处理过程中生成的二氧化碳，使得可以实现具有温室气体的极少排放的环境友好的燃料电池系统。而且，整个燃料电池系统的能量效率可以在增加燃料气体的甲烷纯度的升级单元的操作压力降低时增加。