[发明专利]一种氨氢燃料电池系统

说明书

本发明涉及了一种氨氢燃料电池系统，包括储氨装置、第一蒸发器、氨分解反应装置、第一冷凝装置、吸附装置、发电装置、燃烧装置、空气供应装置和循环系统，储氨装置通过第一蒸发器与氨分解反应装置连通，氨分解反应装置再通过第一冷凝装置与吸附装置连通，吸附装置与发电装置连通，发电装置和空气供应装置均与燃烧装置的气体入口相通；燃烧装置的气体出口与氨分解反应装置的第二反应入口连通，氨分解反应装置的第二反应出口与循环系统连通；本发明将氢燃料电池供电系统的残余废热进行再利用，在利用余热的同时能够确保氨气能够充分分解以及能量在系统之中的有效转移利用，提升了整个系统的输出效率。

技术领域

本发明涉及新能源发电领域，特别涉及一种以氨气为燃料的氨氢燃料电池系统。

背景技术

氢燃料电池是一种将氢气所具有的化学能直接转换成电能的发电装置，同时也是目前燃料电池中最环保高效的。氢燃料电池有无污染、无噪声、高效率等特点，其与O₂产生反应后的产物只有H₂O，发电效率可以达到50％以上。但是H₂易燃易爆，因此难以存储运输，而氨气则性质稳定，且氨的制备工艺成熟可以轻易获取、运输存储，以氨制氢就成为当前一个有效的制氢方法。然而现有的氨分解制氢工艺中存在着氨分解反应不充分并且能量消耗大的问题，氨分解系统中能量利用率不高，分解过程中产生的热量无法良好的利用从而造成了能量浪费，且分解后的气体中通常会残留少量氨气，排放到空气中容易对环境造成污染。

中国专利CN114429072A公开了一种以氨分解气为原料的PEMFC发电系统，包括氨分解器、第一换热器、氨吸收器和催化燃烧器，氨分解器用于将氨气分解为分解气，第一换热器用于将氨分解器产生的分解气与外部导入的氨气进行热交换，氨吸收器用于将分解气导入燃料电池以产生电能，催化燃烧器用于将燃料电池产生的尾气与空气混合后燃烧并提供热量；该PEMFC发电系统通过将燃料电池的尾气进行燃烧的方式来为系统进一步提供热量，然而在将燃料电池产生的尾气和空气混合后直接燃烧并为系统提供热量的过程中，燃烧后的尾气通常存在大量热量但是无法很好的使用，造成较大的余热浪费，且尾气中存在有氮氧化物，排放到空气中会对环境造成污染；整个系统的输出效率不高。

发明内容

针对现有技术中，以氨气为燃料的氨氢燃料电池系统存在着氨气分解不充分，分解过程能量消耗大且期间产生较大余热浪费，燃料电池系统发电后产生的尾气无法合理再次利用，容易造成环境污染等缺陷；提供一种能够将氨气充分分解且分解速率高，系统能量利用率高，反应过程中对环境污染较小，且输出效率高、稳定性佳的氨氢燃料电池系统。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种氨氢燃料电池系统，包括储氨装置、第一蒸发器、氨分解反应装置、第一冷凝装置、吸附装置、发电装置、燃烧装置、空气供应装置和循环系统，储氨装置通过第一蒸发器与氨分解反应装置的第一反应入口连通，氨分解反应装置的第一反应出口与第一冷凝装置的第一冷凝入口连通，第一冷凝装置的第一冷凝出口与吸附装置连通，吸附装置远离第一冷凝装置的一端与发电装置的发电入口连通，发电装置的发电出口和空气供应装置均与燃烧装置的气体入口相通；燃烧装置的气体出口与氨分解反应装置的第二反应入口连通；氨分解反应装置的第二反应出口与循环系统连通；循环系统包括第二冷凝装置，第一冷凝装置的第一冷凝出口与第二冷凝装置连通，第二冷凝装置的第二冷凝出口与第一蒸发器连通，第一蒸发器还与第一冷凝装置相耦合。

进一步的，第一蒸发器与氨分解反应装置之间设置有第一换热装置，第一蒸发器与第一换热装置的第一换热进口连通，第一换热装置的第一换热出口与氨分解反应装置的第一反应入口相连，氨分解反应装置的第一反应出口与第一换热装置的第二换热进口连接，第一换热装置的第二换热出口与第一冷凝装置连通。

进一步的，吸附装置包括第一吸附柱和第二吸附柱，第一吸附柱和第二吸附柱依次连通，第一吸附柱与第一冷凝装置连通，第二吸附柱与发电装置的发电入口连通。

进一步的，第一吸附柱为变温吸附柱或者变压吸附柱，第二吸附柱为变温吸附柱或者变压吸附柱，第一吸附柱中填充有吸附剂，第二吸附柱中填充有吸附剂。