铈、锆等几种氧化物组成的混合物或者是共晶物;其中优选铜-锌-铝、铜-铈-锆、铜-锌-锆、铜-锌-铈、铜-锌-铈-锆等氧化物的组合体。上述几种重整催化剂也是本领域技术人员共知的重整催化剂,其中进一步优选含有Ce、Zr的重整催化剂,由于Ce、Zr基材料的化学性质和结构性质具有很大调变性,尤其是&02具有储放氧功能,进而可以协调重整反应的氧化和还原反应速率。其中Zr(V^以增加载体的热稳定性和储氧量,改进晶格氧的活性能力,有利于提高催化剂的活性和抑制重整气中的CO产生。
[0071]按照上述提出的重整器的燃烧侧包含燃烧催化剂,催化剂的主要成分为Pd、Pt、Rh等一种或者是几种贵金属的混合物负载在氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化锌、氧化镁等一种或者几种混合物组成的载体上;载体的制备方式主要是通过溶胶凝胶、沉淀、共沉淀的方式制备单一载体或者是几种载体混合物。这些载体的制备是本领域技术人员共知的内容,其中贵金属的含量以氧化物来剂是整个燃烧催化剂质量的0.1% -5%之间。
[0072]按照上述制氢系统的要求,模块化的重整器燃烧侧的操作温度为10-600 °C之间,其中优选为260-450 °C ;操作压力为0.l-2MPa之间;燃烧催化剂的操作空速为5000-10000h \燃烧器温度的控制主要是通过二氧化碳循环量,控制燃烧反应的绝热温升来实现;此外,燃烧侧燃料的进料方式主要是分步的方式进入,这样可以避免由于燃烧反应的绝热温高引起的局部热点。模块化的重整器侧的操作温度为200-350°C,其中优选为240-3100C ;操作压力为0.l-4MPa之间;重整催化剂的操作空速为1000_3000h 1O其重整侧的温度分布直接和燃烧反应的速率和温升有关,通过调整燃烧的温度场分布可以改善重整器的温度,因此燃烧和重整的耦合匹配对于重整催化剂的活性和选择性至关重要。此外,可以通过调整燃烧的模块,调整分步进料的燃料比例达到燃烧和重整反应的速率和热量匹配。
[0073]按照上述制氢系统的特点,系统内的蒸发器主要是完成液态甲醇和液态水混合物的共同蒸发过程,其优化的选择是甲醇与水的气体混合物温度达到200-230°C之间,这样不仅可以提高重整的反应速率,而且会减少重整催化剂的使用量。因此蒸发器的内部由燃烧侧和甲醇与水混合物流动侧组成,两边分别由导热性的隔板隔开,导热性隔板的形式可以是板翅式结构、套筒翅片式、列管翅片式金属蜂窝以及列管换热器式等一种或上述几种的组合体;其中优选板翅式结构、套筒翅片式、列管翅片式;选用翅片式的结构主要是可以增加两边的传热效率。蒸发器同样采用模块化的结构,相互之间以及和重整器之间主要采用法兰形式进行连接;采用这样的连接方式可以使蒸发器和重整器很好的衔接,提高系统的集成度和能量利用率。
[0074]本发明提出的制氢系统,蒸发器内部的燃烧侧装燃烧催化剂,燃烧催化剂的主要作用一方面是进一步反应重整器中燃烧侧未反应的燃料,另一个方面可以增加系统的调节性能。在蒸发器燃烧侧装有的催化剂的主要成分为Pd、Pt、Rh等一种或者是几种的贵金属的混合物负载在氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化鈾、氧化锌、氧化镁等一种或者几种混合物组成的载体上;其中贵金属的含量以氧化物来剂是整个燃烧催化剂质量的0.1% -5%之间;上述催化剂的制备为本领域技术人员所公知。蒸发器燃烧侧的操作温度为10-600°C,优选为70-400°C ;操作压力为0.l-2MPa ;操作空速可以控制在3000-10000h 1O
[0075]按照上述权利要求的系统,重整器和一氧化碳选择性氧化反应器之间设置一个换热器;换热器与COJf环栗的出口,燃烧器燃烧侧的进口、重整器重整侧的出口,CO选择性能氧化反应器的进口相连通;由于进入CO选择性氧化反应器的温度一般控制在100-150°c之间,因此需要控制重整器的出口温度。其冷源主要是二氧化碳循环气进行冷却,这样可以回收高温重整气的热量从而提高系统的能量效率。
[0076]按照上述的权利要求的系统,一氧化碳选择性氧化反应器的两侧由隔热板隔开;导热性隔板的形式可以是板翅式结构、套筒翅片式、列管翅片式、金属蜂窝以及列管换热器式等一种或上述几种的组合体;其中优选板翅式结构、套筒翅片式、列管翅片式;另外,一种该领域技术人员共知的方式是一氧化碳选择性氧化反应器可以选择绝热反应器加上换热器的方式进行,这样要选择多个CO选择性氧化反应器来实现,其主要的问题在于CO选择性氧化的放热反应,使床层的温度升高,从而降低了选择性氧化的选择性,降低后期氢气的产率;选用集成的方式可以很好的控制床层的温度,提高CO选择性氧化的选择性,此外,采用模块化的结构,相互之间以及和其他换热器之间主要采用法兰形式进行连接,进一步提高了 CO选择性氧化反应器的集成度。
[0077]按照上述的权利要求的系统,一氧化碳选择性氧化反应器的重整气侧包含CO选择氧化催化剂,催化剂的主要成分为Pd、Pt、Rh、Au、Ru等一种或者是几种的贵金属的混合物负载在氧化铁、氧化镍、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化鈾、氧化锌、氧化镁等一种或者几种混合物组成的载体上;或者是Co、Fe、N1、Al、Ce、Zr、Mn、Co等几种氧化物的混合物;其中贵金属催化剂的贵金属含量以质量计占催化剂质量的0.1% -5%之间;在操作过程中,一氧化碳选择性氧化反应器的重整气侧的操作温度为80-300°C之间;其中优选为100-200°C ;操作压力为0.l-4MPa之间;选择性氧化催化剂的操作可以为1000-10000h 1O
[0078]上述制氢系统得到的氢气混合气体中CO含量低于lOppm,甲醇含量低于10ppm的富氢重整气通入燃料电池。由于上述富氢重整气通入PEMFC之后,其中约有25%的氢气气体在燃料电池中未被利用,这样系统回收全部尾气和从液氧储备装置中出来的氧气、循环增压机出来的二氧化碳循环气混合进入燃烧器;为了防止局部的高温点,一方面燃料电池的尾气最好采用多段分步进料的方式进入燃烧器燃烧侧,另一个方面,可以通过调节二氧化碳循环的气体流量来调整燃烧器的绝热温升。
[0079]净化器内部的水是采用燃料电池和燃烧器出来经过冷却生成的系统水经过动力设备栗注入净化器,用以吸收重整气中未反应的甲醇。而且,进入蒸发器的原料甲醇来自于甲醇供应装置,水分别来自甲醇净化器、水储备装置;这样可以保证系统中的甲醇全部利用,没有向外界排出,提高了甲醇的利用率和保证了系统的安全。
[0080]实施例2
[0081]本实施例主要是对于上述的一种封闭式甲醇水蒸汽重整制氢燃料电池氢源系统进行进一步解释,而没有限制此范围。
[0082]—种封闭式甲醇水蒸汽重整制氢燃料电池氢源系统如图1所示。甲醇供应装置101和净化器205中的水分别经过栗401,402增到0.5MPa压力后,进入蒸发器201之后吸收热量蒸发成气态,蒸发所需要的热量由燃烧侧的燃烧反应热或者是从重整器中的燃烧侧下来的高温气体供给。甲醇水蒸汽进入到装有重整催化剂的重整器202中进行甲醇水蒸汽重整反应,甲醇水蒸汽重整反应吸收的热量是燃烧侧的燃料燃烧反应放出的热量补充,通过调控燃烧侧的物流方向和燃烧侧的物质比例,可以调控和优化重整器的温度分布,提高重整反应的活性和选择性。经过重整器之后,甲醇水蒸汽发生水蒸汽重整反应,生成的重整气含有氢气、二氧化碳、水蒸气、部分的一氧化碳以及极少量的甲醇。然后高温重整气通过换热器203进行降温到100-150°C之间,换热器203的冷流体主要是由来自于循环增压机404的二氧化碳循环气。然后重整气和来自液氧储存罐102的氧气进入一氧化碳选择性氧化反应器204,在一氧化碳选择性氧化催化剂上进行一氧化碳氧化反应。一氧化碳选择性氧化是一个放热反应,其放出的热量主要是通过二氧化碳循环气吸收热量的方式带走。经过一氧化碳选择性氧化反应器的重整气中一氧化碳含量明显的降低,其干基的一氧化碳含量低于lOppm,经过一氧化碳选择性氧化反应器的氢气混合气温度降低为60-80°C之间。然后经过含有来自气水分离器206中的冷却水在净水器205中,将重整气中的微量甲醇净化。这样重整气的主要组成为氢气、二氧化碳、水蒸气和干基小于1ppm的一氧化碳,富氢重整气体进入到301PEMFC的阳极与来自于液氧储备装置103的氧气进行电化学反应,并且把化学能转化成为电能。燃料电池阳极尾气中未反应的含氢气混合气体和来自液氧储备装置102的氧气混合进入到重整器202和蒸发器201中,在燃烧催化剂的表面发生氢氧燃烧反应,放出的热量主要是通过甲醇水蒸汽重整反应和甲醇、水蒸发所需要的热量带走。蒸发器出来的燃烧气体主要是二氧化碳和部分冷凝的水,然后进入到汽水冷