基于PEM燃料电池的微型天然气热电联产系统的研发

摘要

以天然气为原料的KW级热电联产系统能够实现能量的梯级利用,满足居民及小型商业用户的能源需求,基于质子交换膜燃料电池技术的热电联产系统其中的一个重要的联产方案。设计了以自热重整为制氢技术的KW级热电联产的工艺流程,采用化工模拟软件Aspen Plus对流程进行了模拟分析。分析了典型案例的输入、输出及流程中的关键节点的工艺数据。分析了水碳比、氧碳比、进料温度对系统性能,包括发电效率、燃料处理系统效率、氢气产量、合成气中CO含量和热水产量的影响。确定了系统的工艺流程。研发、设计、加工并测试了系统的主要部件:集成了水蒸汽发生器的重整反应器、高温变换反应器、低温变换反应器、CO优先氧化反应器。时重整反应器,实验测试了温度、水碳比、甲烷空速、氧碳比对反应器性能的影响。对于CO优先氧化反应器,考察了催化剂装填方式、CO空速和氧碳比对反应器性能的影响。结果表明:催化剂稀释之后分三段装填有利固定床反应器床层温度分布和出口CO浓度降低,反应器的最佳CO空速在30 h^(-1),氧碳比越高出口CO浓度越低,当氧碳比为2.8时出口CO浓度为7ppm,同时,固定床反应器连续工作20 h固定床反应器床层温度分布均匀温度,出口CO浓度保持在10×10^(-6)以下。