[发明专利]一种甲醇重整固体氧化物燃料电池系统及工作方法

说明书

本发明公开了一种甲醇重整固体氧化物燃料电池系统及工作方法。所述系统包括：包括蒸发装置、与所述蒸发装置相连的甲醇重整装置以及分别与所述蒸发装置以及甲醇重整装置相连的还原剂循环系统。本发明利用固体氧化物燃料电池高温的特点，在每层固体氧化物燃料电池片之间设计了蒸发单元和重整单元，为甲醇的蒸发和重整提供热量，避免传统甲醇重整需要燃烧部分甲醇而造成的能量损失，同时也会减小固体氧化燃料电池内部的温差，提高电池寿命。该系统将甲醇重整制得的氢气直接作为固体氧化物燃料电池的燃料，进一步提高了整个系统的能量利用率。

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池和甲醇重整系统，特别涉及一种甲醇重整固体氧化物燃料电池系统及工作方法。

背景技术

燃料电池是一种能直接将燃料的化学能转化为电能的能量转化装置，具有效率高、污染小、无噪音、安全可靠等优点，被广泛认可为最具前景的下一代能源技术之一。其中，固体氧化物燃料电池因其能量转化效率高、燃料选择灵活、固态电解质稳定和功率密度相对较高等优点而备受青睐，但由于固体氧化物燃料电池工作温度较高（600℃-1000℃），对材料提出了很高的要求，电池内部的温差更是会使材料所受热应力不均匀，从而会缩短整个电池的寿命；另一方面固体氧化物燃料电池的燃料利用率在40%-70%之间，残余的燃料主要排放到空气中，不仅浪费了燃料，也存在安全隐患。

甲醇重整制氢是甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应,生成氢和二氧化碳。当前存在直接使用甲醇为燃料的燃料电池，但其功率密度远小于使用氢气为燃料的固体氧化物燃料电池。甲醇的来源广泛，可以通过天然气、石油、重油、煤及其加工产品制取制，而氢气的制取和运营维护成本要明显高于甲醇。固体氧化物燃料电池的运行温度较高，电池中的催化剂对氢气中一氧化碳的抗中毒能力强，因此甲醇重整得到的氢气可以不经过任何处理，直接提供给燃料电池从而得到所需的电能，避免使用纯氢燃料电池所需解决的氢气的提纯、存储、运输及其他一系列的问题。

公开号为CN109193006A的中国专利中，公开的一种甲醇重整制氢燃料电电池系统及房车，将甲醇重整制得的氢气作为燃料电池的燃料，并对甲醇重整排放尾气的热能进行回收利用，提高了甲醇重整制氢燃料电池的综合效率。

公开号为CN109473698A的中国专利中，公开的一种甲醇重整制氢燃料电池热利用方法，将甲醇与水的混合溶液作为电堆的散热介质，减少了电堆散热循环系统的组件数量，避免了其他循环介质的使用，电堆散热后的甲醇水蒸气可以直接通入到重整室内，减少了甲醇与水的混合溶液变成甲醇水蒸气需要吸热过程。

公开号为CN110661015A的中国专利中，公开的一种甲醇重整燃料电池系统，通过辅助加热系统利用电堆产生的热能对重整室和过滤空气进行加热，从而有效利用电堆产生的热能。

现有技术将燃料电池和甲醇重整相结合，不仅对甲醇重整制得的氢气用于燃料电池的反应，而且对甲醇重整尾气的热能进行了回收利用，但现有技术依然存在着燃料电池和甲醇重整装置的两个系统集成度低，能量利用率较低的问题。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种甲醇重整固体氧化物燃料电池系统，该系统实现了甲醇蒸发及重整系统的集成，提高了整个系统的效率。本发明还提供了该固体氧化物燃料电池系统的工作方法。

技术方案：本发明所述的一种甲醇重整固体氧化物燃料电池系统，包括蒸发装置、与所述蒸发装置相连的甲醇重整装置以及分别与所述蒸发装置以及甲醇重整装置相连的还原剂循环系统；所述蒸发装置包括若干串联设置的蒸发单元，所述蒸发单元包括第一固体氧化物燃料电池以及分别设置于所述第一固体氧化物燃料电池两侧的第一连接体以及第二连接体，所述第一连接体以及第二连接体两侧均有流道；所述甲醇重整装置包括若干个串联设置的重整单元，所述重整单元包括若干串联设置的重整单元，所述重整单元包括第二固体氧化物燃料电池以及分别设置于所述第二固体氧化物燃料电池两侧的第三连接体以及第四连接体，所述第三连接体以及第四连接体两侧均有流道。