[发明专利]质子交换膜燃料电池的CO2

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池的CO₂及余热回收系统和回收方法，所述回收系统包括：制氢系统、分离系统、发电系统、CO₂回收系统、余热回收系统；相变储热水箱中的相变储热管采用螺旋状的薄壁铜管材料，增大了水箱内的水与相变材料的储热面积，加强了换热效果；回收制氢过程中产生的CO₂和高效利用PEMFC发电过程中产生的余热，提高燃料电池系统的能量利用效率，通过采用CO₂回收制备干冰装置，有效的回收再利用了制氢过程中产生的CO₂，并制备出了可家用、可销售的干冰，实现了资源的有效利用。

技术领域

本发明涉及热电联供技术领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池的CO₂及余热回收系统及回收方法。

背景技术

2019年《政府工作报告》明确提出“推动充电、加氢等设施建设”，这是氢能源首次被写进《政府工作报告》，意味着氢燃料电池等氢能源领域有很大的发展前景。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁、高效的绿色环保电源，其发电过程不涉及氢氧燃烧，不受卡诺循环的限制，能量转换率高,发电时不产生污染，可以有效降低CO₂排放，也符合节能减排的目的。PEMFC 的应用对于缓解环境污染和能源危机都具有十分重大的战略意义。

PEMFC发电过程中产生的水所带的热量是低品位热量，如何有效利用其产生的热量，是提高PEMFC系统热效率的关键因素之一，基于PEMFC的家用热电联产系统(PEMFC-CHP)正是解决方案之一，但仍然存在两大关键问题，第一个关键问题在于PEMFC发电过程需要纯度很高的氢气，而制氢过程中会产生大量CO2，若未经回收，一方面会造成大气污染，一方面会影响PEMFC质子交换膜的性能，降低电池的转换效率及寿命。另一个关键问题在于如何更高效的回收PEMFC发电过程中产生的余热，提高燃料电池系统的能量利用效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例的目的在于提出了一种质子交换膜燃料电池的CO₂及余热回收方法及系统和装置，旨在回收制氢过程中产生的CO₂和高效利用PEMFC发电过程中产生的余热，提高燃料电池系统的能量利用效率。

具体技术方案如下：

质子交换膜燃料电池的CO₂及余热回收系统，所述回收系统包括：制氢系统、分离系统、发电系统、CO₂回收系统、余热回收系统；

所述制氢系统通过管道分别与分离系统、余热回收系统相连，所述分离系统通过管道分别与CO₂回收系统、发电系统、余热回收系统相连；

所述制氢系统由燃烧器(BUNNER1)、自热重整装置(ATR)、高低温CO 变换反应器(HTS；LTS)、CO优先氧化反应器(PROX)、换热器(EX1、EX2、 EX3)组成，目的是将家用液化石油气经过一系列反应得到富氢气体，所述燃烧器与家用液化石油气(LPG)、空气(AIR1)通过进气管道相连，燃烧器的出气管道与自热重整装置相连，冷却水(WATER1)通过管道与自热重整装置相连，所述自热重整装置的出气管道与高温CO变换反应器(HTS)相连，所述高温CO变换反应器通过管道与换热器(EX1)相连，所述换热器(EX1)的通过管道与低温CO变换反应器(LTS)相连，所述低温CO变换反应器通过管道与换热器(EX2)相连，所述换热器(EX2)的通过管道与CO优先氧化反应器(PROX)相连，所述CO优先氧化反应器(PROX)的通过管道与换热器(EX3) 相连；

所述分离系统由分离装置(SEP)组成，所述分离装置(SEP)的前端通过管道与所述换热器(EX3)相连，所述分离装置(SEP)的后端通过管道分别与所述发电系统和所述CO₂回收系统中相连；

所述分离装置由盛放的NaOH溶液模块、干燥氢气的浓硫酸模块、盛放稀盐酸的模块以及干燥二氧化碳气体的浓硫酸模块组成；