燃?xì)廨啓C(jī)排煙余熱的回收利用方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)排煙余熱的回收利用方法。該方法為從燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馔钙匠鰜淼呐艧熯M(jìn)入重整反應(yīng)器，向重整反應(yīng)器中加入摩爾比為1～2∶1的水和甲醇，在催化劑的作用下水與甲醇吸收燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的合成氣通過純化設(shè)備分離后即得純度為85％～95％的氫氣。本發(fā)明專利技術(shù)利用燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行甲醇重整制取氫氣，并將所得氫氣用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，利用熱化學(xué)反應(yīng)將燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行品位提升并轉(zhuǎn)化到反應(yīng)合成氣中，為甲醇制氫提供了新的思路，有效降低了甲醇制氫的能量消耗。同時(shí)本發(fā)明專利技術(shù)提高了燃料電池系統(tǒng)的燃料利用率和發(fā)電效率，達(dá)到了明顯的節(jié)能目的。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種，屬于節(jié)能

技術(shù)介紹
目前對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的尾部余熱的利用，常常是接余熱鍋爐，產(chǎn)生一定品位的蒸汽，用于燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)，從而在一定程度上提高了系統(tǒng)的發(fā)電效率。然而，由于燃?xì)廨啓C(jī)尾部煙氣溫度的限制，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽大多處于中壓或次高壓的狀況，從而造成蒸汽循環(huán)的熱轉(zhuǎn)功效率不高。目前，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)功效率通常在55 % 60 %之間。另外，燃?xì)廨啓C(jī)的尾部煙氣還常常用于溴化鋰吸收式制冷，取得一部分冷量。上述這些燃?xì)廨啓C(jī)尾部煙氣余熱的利用方法，只是涉及到熱能之間的轉(zhuǎn)換，沒有提高燃?xì)廨啓C(jī)尾部煙氣余熱的品位，從而不能夠大幅度提高尾部余熱下游的循環(huán)效率。 燃料電池是一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，根據(jù)使用電解質(zhì)種類的不同，燃料電池可以分為堿性燃料電池(AFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸鹽酸性燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和固體氧化物燃料電池(SOFC)。MCFC和SOFC為高溫燃料電池，在這兩種燃料電池中，一般采用天然氣內(nèi)部重整制得氫氣，與空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)輸出電能。天然氣的重整過程一般在800°C左右的反應(yīng)溫度，其能量提升的品位有限，能量利用過程有待進(jìn)一步優(yōu)化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種。本專利技術(shù)利用燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行甲醇重整制取氫氣，并將所得氫氣用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，改進(jìn)了燃?xì)廨啓C(jī)排煙余熱的傳統(tǒng)利用方式，有效降低了甲醇制氫的能量消耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。本專利技術(shù)的技術(shù)方案從燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馔钙匠鰜淼呐艧熯M(jìn)入重整反應(yīng)器，向重整反應(yīng)器中加入摩爾比為I 2 I的水和甲醇，在催化劑的作用下水與甲醇吸收燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的合成氣(主要含有 H2 與 CO2)通過純化設(shè)備分離后即得純度為85% 95%的氫氣。前述方法中所得純度為85% 95%的氫氣可經(jīng)過升壓機(jī)構(gòu)升壓后進(jìn)入燃料電池，另從燃?xì)廨啓C(jī)的空氣壓氣機(jī)出口分離出適量的空氣進(jìn)入燃料電池，空氣中的氧氣與純度較高的氫氣在燃料電池中進(jìn)行反應(yīng)，輸出電能。前述方法中，燃料電池中的未反應(yīng)氣和燃料電池產(chǎn)生的部分水蒸汽共同進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中。前述方法中，所述催化劑是重量百分比為41% 60% 20% 40% 7 0Z0 10% 2% 12%的Cu0/Zn0/Al203/Fe203 ;所述催化劑也可以是重量比例為6 12 4 9 5 11 的 Cu/Zn0/Al203。前述方法中，重整反應(yīng)器中水與甲醇的反應(yīng)溫度為180°C 280°C，反應(yīng)壓力為2bar 8bar。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)利用燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行甲醇重整制取氫氣，并將所得氫氣用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，利用熱化學(xué)反應(yīng)將燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行品位提升并轉(zhuǎn)化到反應(yīng)合成氣中，為甲醇制氫提供了新的思路，有效降低了甲醇制氫的能量消耗。同時(shí)本專利技術(shù)高效利用了燃料電池系統(tǒng)中的未反應(yīng)氣，降低了燃?xì)廨啓C(jī)氮氧化物的排放及燃料消耗，提高了系統(tǒng)的燃料利用率和發(fā)電效率，達(dá)到了明顯的節(jié)能目的。附圖說明圖I是本專利技術(shù)燃?xì)廨啓C(jī)排煙余熱回收利用方法一種實(shí)施方式的系統(tǒng)示意圖。圖中的標(biāo)號(hào)為1-空氣壓氣機(jī)，2-燃燒室，3-燃?xì)馔钙剑?-重整反應(yīng)器，5-純化設(shè) 備，6-升壓機(jī)構(gòu)，7-燃料電池。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)的實(shí)施例I :從燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馔钙?出來的排煙(500°C)進(jìn)入重整反應(yīng)器4，向重整反應(yīng)器4中加入摩爾比為1.2 I的水和甲醇(25°C )，在重量百分比為50% 30% 10% 10%的Cu0/Zn0/Al203/Fe203催化作用下水與甲醇吸收燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)CH30H(g)+H20(g) — 3H2+C02，反應(yīng)溫度為260°C，反應(yīng)壓力為5bar，反應(yīng)后排煙溫度降為180°C，生成的主要含有H2與CO2的合成氣(260°C )通過純化設(shè)備5分離后得到純度為85%的氫氣。所得氫氣經(jīng)升壓機(jī)構(gòu)6升壓至壓力為6bar 7bar后進(jìn)入固體氧化物燃料電池(SOFC) 7，另從燃?xì)廨啓C(jī)的空氣壓氣機(jī)I出口分離出適量的空氣(280°C)進(jìn)入固體氧化物燃料電池7，空氣中的氧氣與純度為85%的氫氣在燃料電池7中(800°C 1000°C )進(jìn)行反應(yīng)，輸出一定的電能，發(fā)電效率(HHV)在65%左右。燃料電池7中的未反應(yīng)氣和燃料電池7產(chǎn)生的部分水蒸汽共同進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室2中循環(huán)利用。本專利技術(shù)的實(shí)施例2 :從燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馔钙?出來的排煙(480°C)進(jìn)入重整反應(yīng)器4，向重整反應(yīng)器4中加入摩爾比為1.5 I的水和甲醇(25°C )，在重量百分比為45% 40% 7% 8%的Cu0/Zn0/Al203/Fe203催化作用下水與甲醇吸收燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)CH30H(g)+H20(g) — 3H2+C02，反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)壓力為8bar，反應(yīng)后排煙溫度降為160°C，生成的主要含有H2與CO2的合成氣(200°C )通過純化設(shè)備5分離后得到純度約為90%的氫氣。所得氫氣經(jīng)升壓機(jī)構(gòu)6升壓至壓力為6bar 7bar后進(jìn)入熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 7，另從燃?xì)廨啓C(jī)的空氣壓氣機(jī)I出口分離出適量的空氣(260°C )進(jìn)入熔融碳酸鹽燃料電池7，空氣中的氧氣與純度為90%的氫氣在燃料電池7中(600°C 700°C )進(jìn)行反應(yīng)，輸出一定的電能，發(fā)電效率(HHV)在60%左右。燃料電池7中的未反應(yīng)氣和燃料電池7產(chǎn)生的部分水蒸汽共同進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室2中循環(huán)利用。實(shí)施例3 :從燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馔钙?出來的排煙(520°C)進(jìn)入重整反應(yīng)器4，向重整反應(yīng)器4中加入摩爾比為2 I的水和甲醇(25°C)，在重量比例為9 7 8的Cu/Zn0/Al203催化作用下水與甲醇吸收燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)=CH3OH(g)+H20(g) — 3H2+C02，反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)壓力為3bar，反應(yīng)后排煙溫度降為200°C，生成的主要含有112與0)2的合成氣(180°C)通過純化設(shè)備5分離后得 到純度為93%的氫氣。所得氫氣可進(jìn)入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，也可儲(chǔ)存起來用于加氫站。權(quán)利要求1.一種，其特征在于從燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馔钙?3)出來的排煙進(jìn)入重整反應(yīng)器(4)，向重整反應(yīng)器(4)中加入摩爾比為I 2 I的水和甲醇，在催化劑的作用下水與甲醇吸收燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的合成氣通過純化設(shè)備(5)分離后即得純度為85% 95%的氫氣。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述，其特征在于所得純度較高的氫氣經(jīng)升壓機(jī)構(gòu)(6)升壓后進(jìn)入燃料電池(7)，另從燃?xì)廨啓C(jī)的空氣壓氣機(jī)(I)出口分離出適量空氣進(jìn)入燃料電池(7)，空氣中的氧氣與純度較高的氫氣在燃料電池(7)中進(jìn)行反應(yīng)，輸出電能。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述，其特征在于燃料電池(7)中的未反應(yīng)氣和燃料電池(7)產(chǎn)生的部分水蒸汽共同進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室(2)中。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述，其特征在于所述催化劑是重量百分比為41% 60% 20% 40% 7% 10% 2% 12%的CuO/ZnO/Al203/Fe203。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述，其特征在于所述催化劑是重量比例為6 12 4 9 5 11的Cu/Zn0/Al203。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種燃?xì)廨啓C(jī)排煙余熱的回收利用方法，其特征在于：從燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馔钙?3)出來的排煙進(jìn)入重整反應(yīng)器(4)，向重整反應(yīng)器(4)中加入摩爾比為1～2∶1的水和甲醇，在催化劑的作用下水與甲醇吸收燃?xì)廨啓C(jī)的排煙余熱進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的合成氣通過純化設(shè)備(5)分離后即得純度為85％～95％的氫氣。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳新明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：陳新明，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：