專利名稱：移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以液態(tài)含氨燃料(低碳醇、烴、醚等)機(jī)載移動(dòng)制氫燃 料電池燃料系統(tǒng)及其裝置，以集成于緊湊型隨行制氫裝置中的氣液管狀分離 膜，從催化反應(yīng)腔中及時(shí)導(dǎo)出富氫混合氣而獲得低溫重整條件，燃料電池所 用燃料為經(jīng)一氧化碳轉(zhuǎn)化器除去一氧化碳或和除碳系統(tǒng)除去部分二氧化碳 的凈化富氫混合氣，并提出以無焰燃燒為熱源的技術(shù)方案。本發(fā)明從系統(tǒng)角 度克服和解決了燃料電池的移動(dòng)制氫單元技術(shù)在實(shí)用化中無法克服的屏障， 使移動(dòng)制氫燃料電池機(jī)車和移動(dòng)電源的實(shí)用化成為可能。屬燃料電池燃料系 統(tǒng)和能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為提高熱效率或節(jié)能減排的機(jī)車動(dòng)力方案，氫燃料電池動(dòng)力已受到全 球越來越多國家的廣泛關(guān)注。由于地面充氫k術(shù)在機(jī)車儲(chǔ)氫和配給兩方面存 在難以跨越的障礙，機(jī)載移動(dòng)(隨行)制氫將成為氫燃料電池動(dòng)力機(jī)車和移 動(dòng)電源的主要供氫技術(shù)。
在多種燃料電池技術(shù)中，最適合移動(dòng)機(jī)車使用的燃料電池為具有高電流 密度和低溫啟動(dòng)特性的質(zhì)子交換膜燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池中主要使 用鉑金催化劑，燃料電池運(yùn)行過程中，鉑金催化劑在一氧化碳和硫化合物的 作用下極易中毒失活，而且?guī)缀跛械闹卸厩闆r都是不可逆轉(zhuǎn)的。因此，要 求供給質(zhì)子交換膜燃料電池的氣燃料，不含一氧化碳和硫化物或其含量低至不至于影響鉑金催化劑的程度。
就目前技術(shù)而言，脫琉或除琉技術(shù)相對(duì)成熟，通常技術(shù)都能達(dá)到質(zhì)子交 換膜燃料電池的使用要求。所以，移動(dòng)制氨技術(shù)的熱點(diǎn)都集中在如何制取無
CO或CO含量極低(< 10ppM)的氫燃料上。
在公知的催化重整技術(shù)中，除去富氫混合氣中的CO的后續(xù)方法主i有 高效鈀膜分離法(分離提取高純氨)、選擇性(優(yōu)先) 一氧化碳氧化法、一 氧化碳甲烷化法、水蒸氣再重整法和變壓吸附法等。變壓吸附法，由于裝置 體積相對(duì)龐大，加上頻繁的切換操作，用于機(jī)車移動(dòng)制氨的技術(shù)較少。
目前上述提純或凈化氨氣的公知單元技術(shù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)還存在以下不足 其一，燃料重整單元技術(shù)，無論使用低碳醇或是烴燃料，燃料蒸汽或預(yù) 熱燃料在隨行制氫裝置(重整器)中所產(chǎn)的富氫混合氣不能及時(shí)與催化劑層
分離，重整氣中的部分&、 co和ca會(huì)發(fā)生甲垸化反應(yīng)(尤其是烴燃料在溫 度低于800'C重整時(shí)i)，燃料重整制氫的氫氣選擇性低，甲烷收率高。因此，
現(xiàn)有技術(shù)的烴燃料重整技術(shù)均為高溫(> 7501C)重整，這種高溫重整技術(shù)， 首先對(duì)重整器的材質(zhì)要求較高；其次，運(yùn)行能耗也大，機(jī)車的熱效率低。
其二，鈀膜分離提純氫氣單元技術(shù)，為了獲得CO含量至少低于10ppM 的高純氫氣，較多的技術(shù)使用了鈀膜分離技術(shù)，如本發(fā)明人申請(qǐng)中的專利技 術(shù)2008100839957《隨行制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置》和雷敏宏先生申 請(qǐng)中的專利技術(shù)200310123937X等。要獲得能夠真正實(shí)用化的鈀膜分離器， 鈀膜的H2/N2的分離系數(shù)至少要大于10000,其通量必然極小，鈀膜分離器占 用的空間非常龐大；而最大的缺點(diǎn)還在于金屬鈀昂貴的價(jià)格導(dǎo)致鈀膜極髙的 制造成本，難于實(shí)用化。
其三，選擇性一氧化碳氧化法除去一氧化碳的單元技術(shù)，如 200610013034. X、 ZL02800372. 1等，盡管其技術(shù)發(fā)明人通過多種手段篩選不 同的催化劑，試圖尋找盡可能低的氧平衡濃度，將富氫混合氣中的CO選擇 性地氧化為C02。但這類方法始終存在至少三方面的不足， 一是轉(zhuǎn)化過程中 通入過量(通常為CO平衡量的1-3倍)的氧氣是必須的，而過剩氧氣最終 會(huì)消耗氫氣，使得重整氫氣收率降低；二是在運(yùn)行中必須嚴(yán)格控制氧氣的含 量在氫氛圍氣休中安全的范圍內(nèi)，以防止爆炸的發(fā)生；三是經(jīng)過C0轉(zhuǎn)化的富氨混合氣中，C02的濃度較高，高C02含量的富氫混合氣進(jìn)入裙料電池，在 極板Pt催化劑的作用下，部分H^和Ca會(huì)發(fā)生甲烷化反應(yīng)，而這一反應(yīng)為平
衡反應(yīng)，ca濃度越高，產(chǎn)生甲烷化反應(yīng)越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致氨氣的有效利用 率降低。
其四， 一氧化碳甲烷化單元技術(shù)，在催化劑的存在條件下進(jìn)一步將富氫
混合氣中的CO轉(zhuǎn)化為CH4,從而除去或降低CO的含量，此類技術(shù)如 ZL2004100862279等，但甲垸化除去CO的技術(shù)通常需要較低的CO含量，同
時(shí)往往富氫混合氣中的ca也全部或部分參與甲烷化反應(yīng)，增加了甲烷化反
應(yīng)所需要的氫氣，使重整氣的產(chǎn)氫收率減少，機(jī)車的熱效率下降；此外，CH4 含量較高的富氫混合氣進(jìn)入燃料電池時(shí)，CH*可能在陽極極板的催化劑層發(fā) 生CO逆轉(zhuǎn)，也可能導(dǎo)致燃料電池催化劑失活。
其五，水蒸氣再重整單元技術(shù)，將富氫混合氣中的一氧化碳在催化劑的 作用下，與水蒸氣混合后再重整為氫氣和二氧化碳。這種技術(shù)的不足在于， 使用普通的低溫催化劑(如銅-鋅基或銅-鉻基)時(shí)，啟動(dòng)需要較長對(duì)間的還 原過程，并不耐頻繁的啟動(dòng)過程的高溫沖擊，必須使用緩慢升溫技術(shù)；使用 高溫催化劑(如鐵-鉻基)時(shí)，雖然可以耐受頻繁啟動(dòng)的髙溫沖擊，但由于 水蒸氣和一氧化碳重整的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，高溫(> 300"C)水蒸氣再重整 將一氧化碳轉(zhuǎn)為二氧化碳時(shí)，不利于反應(yīng)向減少C0的平衡方向移動(dòng)，富氫 混合氣中CO的濃度難于降到低于100ppM，不能滿足質(zhì)子交換膜燃料電池的 需要。
此外，現(xiàn)有移動(dòng)制技術(shù)，還應(yīng)存在以下不足
一是在隨行制氫裝置催化反應(yīng)腔中進(jìn)行的催化重整反應(yīng)，引入部分氧化 反應(yīng)時(shí)，用于發(fā)熱的燃料為初始燃料，不是本發(fā)明分離純化富氫混合氣過程 中的可燃性尾氣，熱效率相對(duì)較低。
二是對(duì)于源于隧道和車輛擁堵路段大氣中的CO的毒害，較多的技術(shù)未 加考慮。如美國專利US5938800等。日本專利JP-A-H9-63620提出了對(duì)吸入 空氣進(jìn)行CO處理的方法，在該處理方法中，需要燃燒額外的燃料，使用加 熱爐來對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱，并在催化劑的作用下將C0轉(zhuǎn)化為C02。這種技術(shù)的 不足在于， 一是要額外增加CO處理能耗，加熱爐要占用額外的空間，使得重整系統(tǒng)繁復(fù)。日本專利JP-A-H9^180744中，提出當(dāng)檢測到有毒物質(zhì)時(shí)， 燃料電池就暫時(shí)停止生產(chǎn)電力。 ，這種類技術(shù)直接應(yīng)用到機(jī)車中，對(duì)于 某些情況可能會(huì)出現(xiàn)燃料電池提供的電力不足的現(xiàn)象，并導(dǎo)致機(jī)車行駛性能 下降。
三是使用烴燃料時(shí)，在移動(dòng)制氫系統(tǒng)中需要增加專門的脫硫裝置或除 去富氫混合氣中一氧化碳的后續(xù)處理的一氧化碳轉(zhuǎn)化器，系統(tǒng)設(shè)備裝置較 多、占用空間大。盡可能地減少或簡化系統(tǒng)設(shè)備裝置、管道對(duì)于移動(dòng)機(jī)車有 限的空間和減少自重十分重要。美國專利US5938800中提出一種典型的緊湊 型重整器，僅僅考慮了集成管狀分離膜(鈀膜)，沒有有效利用該緊湊型重 整器的富余空間，在系統(tǒng)中使用時(shí)，對(duì)于烴燃料必須使用獨(dú)立脫硫裝置，這 種集成管狀分離膜的緊湊重整器+獨(dú)立脫硫裝置的技術(shù)方案的空間效果， 僅與采用集成脫硫腔的緊湊型重整器+獨(dú)立氫氣提純分離器提純分離氫氣
相當(dāng)，但后者制造更簡單、成本更低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人充分認(rèn)識(shí)到，任何試圖通過優(yōu)化包括燃料重整、和后續(xù)的膜分 離提純氫氣或一氧化碳轉(zhuǎn)化在內(nèi)的單元技術(shù)，來達(dá)到通過移動(dòng)制氫生產(chǎn)出滿 足質(zhì)子交換膜燃料電池需要的氫氣或富氫混合氣在技術(shù)和制造成本兩方面 存在的實(shí)用化難度，而提出通過"系統(tǒng)技術(shù)"來綜合解決這些單元技術(shù)無法 克服的困難。
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)載移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置，尤 其是低溫催化重整、不用鈀膜獲得低CO含量的富氫混合氣、高產(chǎn)氫率、高 熱效率、和適應(yīng)性強(qiáng)的的機(jī)載移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置，具有確 定的實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明的創(chuàng)新要點(diǎn)在于1、將本發(fā)明人申請(qǐng)中的200810091438X《緊湊 型隨行制氫裝置》專利技術(shù)中集成制取高純氫氣的鈀膜改為集成能將重整富 氫混合氣(H2 +C0 +C02)及時(shí)從催化反應(yīng)腔導(dǎo)出的氣液管狀分離膜；2、或 和用除碳系統(tǒng)除去富氫混合氣中的部分C02: 3、或和將《緊湊型隨行制氫裝 置》中集成的脫硫腔改為一氧化碳轉(zhuǎn)化腔或一分為二成為脫硫腔+ —氧化
7碳轉(zhuǎn)化腔；4、或和于緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室裝載燃料催化燃燒催化 劑；5、將除去燃料電池氧化劑的空氣中的CO的除一氧化碳器內(nèi)置于緊湊 型隨行制氫裝置的燃燒室(或尾氣腔)中。
本發(fā)明利用緊湊型隨行制氫裝置中集成的氣液管狀分離膜，將富氫混合 氣及時(shí)從催化反應(yīng)腔中導(dǎo)出，使重整氣中的H2、 C0、 C02與催化刑隔離，可 以收到四方面的有益結(jié)果
其一，避免了燃料重整轉(zhuǎn)化的富氨混合氣組分(尤其在低溫條件)可能 發(fā)生的甲烷化反應(yīng)，有效地提高了重整制氫的氫選擇性和氫氣產(chǎn)率。烴燃料 低溫(<800"時(shí))重整制氫的最大不足在于，重整氣中的比、C0和C02在催 化劑的作用下發(fā)生甲烷化反應(yīng)，生成CHo從而導(dǎo)致燃料重整轉(zhuǎn)化過程的氫 選擇性差、氫氣收率低。利用氣液管狀分離膜將重整氣及時(shí)導(dǎo)出催化反應(yīng)腔， 使H2、 C0、 Ca與催化劑隔離，避免了重華氣的甲烷化反應(yīng)，有效地提高氫 選擇性和氫氣產(chǎn)率。
其二，為烴類燃料低溫(450"6001C)液態(tài)催化重整制氫創(chuàng)造了條件， 并放寬了高溫(800-11001C)重整制氫技術(shù)對(duì)隨行制氫裝置材質(zhì)的苛刻要求 和減少了運(yùn)行的能耗，降低了制造細(xì)運(yùn)行成本。由于富氫混合氣及時(shí)被氣液 管狀分離膜導(dǎo)出催化反應(yīng)腔，選用合適的高效催化劑(如添加U和Mg及其 氧化物的Ni基催化劑等)，即使在較低的溫度下(5501C)條件下，也可實(shí) 現(xiàn)烴燃料的重整制氫，而不必?fù)?dān)心發(fā)生嚴(yán)重的甲烷化反應(yīng)導(dǎo)致的氫選擇性低 和產(chǎn)氫率低的問題，可以獲得(干基)氫氣含量接近759bv/v的富氫混合氣。
其三，液態(tài)燃料和及時(shí)分離了富氫混合氣組分的重整環(huán)境，可以耐受較 寬范圍的溫度波動(dòng)變化，有利于穩(wěn)定重整制氫的產(chǎn)氣組分。
其四，將重整富氫混合氣從催化反應(yīng)腔中及時(shí)導(dǎo)出，其目的是將富氫混 合氣與催化劑隔離，不是要獲得高純氫氣，對(duì)分離膜的選擇性要求低、通量 大、不需要分離提純高純氫氣的貴金屬鈀，相對(duì)于鈀膜成本，造價(jià)極低。鈀 膜昂貴的造價(jià)，是用鈀膜制取高純氫氣技術(shù)實(shí)用化難以逾越的屏障。此外， 制取高純氫要求分離膜具有較高的分離系數(shù)(H2/N2>10000)，在一定壓力 下的單位膜面積通氫量必然很小，因此需要有龐大的膜分離裝置。
用除碳系統(tǒng)出去富氫混合氣中的部分CO"可以收到至少三方面的有益
8效果
其一、(對(duì)后續(xù)除去CO使用甲烷化技術(shù))可以減少后續(xù)除去CO甲烷化 過程的氫氣消耗量，以提高重整過程的產(chǎn)氫率其二、減少富氫混合氣中甲 烷的濃度，防止過高的甲烷濃度在燃料電池極板上可能產(chǎn)生的C0逆轉(zhuǎn)反應(yīng) 對(duì)燃料電池催化劑的毒害；其三、除去富氫混合氣中的C02,減少進(jìn)入燃料
電池中富氨混合氣中的ca含量，可以防止過髙濃度的ca在辦料電池極板上
的甲烷化反應(yīng)，有效提高機(jī)車的效率。
應(yīng)用本發(fā)明人的集成氣液管狀分離膜、脫硫腔或和一氧化碳轉(zhuǎn)化腔的緊 湊型隨行制氫裝置，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約了有限的機(jī)車空間，更有利于機(jī) 載移動(dòng)重整制氫技術(shù)的實(shí)用化。
于緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室裝載燃料催化燃燒催化劑，無焰燃燒隨 行制氫裝置排出的可燃性重整尾氣(未參加催化重整反應(yīng)的燃料蒸汽、甲烷 等)，無焰燃燒的熱氣(二氧化碳、水蒸氣)通過換熱管管程，把熱量間接 傳遞給催化反應(yīng)腔的重整催化劑為燃料的催化重整反應(yīng)提供熱能。與催化反 應(yīng)腔內(nèi)引入部分氧化反應(yīng)相比，因燃燒室燃燒的是燃料催化重整過程中不可 避免產(chǎn)生的可燃性尾氣，其熱效率更高，而且將空氣注入燃燒室催化燃燒不 需要注入催化反應(yīng)腔那樣的髙壓，自耗能降低；與燃料有焰燃燒相比，可以 減少排氣的HC、 N0x化合物含量，更有利于改善排氣質(zhì)量。
于緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室(或尾氣腔)中內(nèi)置除去空氣中的CO 的除一氧化碳器(裝載將C0轉(zhuǎn)化為C02的催化劑)，可以在不占用額外空間、 和不增加能耗的情況下，凈化燃料電池氧化劑的空氣，防止燃料電池空氣中 C0中毒，增強(qiáng)燃料電池機(jī)車適應(yīng)性。
此外，延續(xù)本發(fā)明人申請(qǐng)中的專利技術(shù)2008100839957《隨行制氫燃料 電池燃料系統(tǒng)及其裝置》中回收刊用燃料電池陰極排氣和重整器尾氣的再生 水，從根本上解決了現(xiàn)有移動(dòng)制氫燃料電池水蒸發(fā)產(chǎn)生結(jié)垢、續(xù)駛里程短或 必須配置專用水箱的問題而導(dǎo)致移動(dòng)制氫技術(shù)難于實(shí)用化的障礙。
本發(fā)明的技術(shù)方案
1本發(fā)明是由(獨(dú)立脫硫器或集成于隨行制氫裝置的)脫硫腔、緊湊型立一氧化碳轉(zhuǎn)化器或集成于隨行制 氫裝置的)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔、(凈化空氣的)除一氧化碳器、換熱器和燃料 電池組成的移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置，其特征在于緊湊型隨行制 氫裝置內(nèi)集成(將燃料催化轉(zhuǎn)化的富氫混合氣及時(shí)從催化反應(yīng)腔導(dǎo)出的)氣
液管狀分離膜，氣液管狀分離膜的長度為3-L (cm) ， L等于催化反應(yīng)腔的長度；
對(duì)112含量>20% (v/v,干基)的富氫混合氣(H2、 co、 ca等)的通量^
80MVM2. h. bar,對(duì)氫氣/水蒸氣的分離系數(shù)>2000,最佳>5000,在重整條 件下不透過液態(tài)烴和水；燃料電池所用燃?xì)鉃榻?jīng)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔除去一氧化 碳或和除碳系統(tǒng)除去部分二氧化碳的凈化富氫混合氣。
本發(fā)明涉及的緊湊型隨行制氫裝置(重整器)，優(yōu)先使用本發(fā)明人申請(qǐng) 中的專利技術(shù)200810091348X緊湊型隨行制氫裝置，并將原技術(shù)中集成的分 離提純高純氫氣的鈀膜，改為本發(fā)明的氣液管狀分離膜。
本發(fā)明涉及的氣液管狀分離膜的支撐體為多孔不銹鋼、或多孔陶瓷、或 金屬(含合金)無機(jī)復(fù)合材料，膜為金屬或金屬(含合金)無機(jī)復(fù)合材料在 支撐體上再加工形成，金屬或合金中不使用鈀。
2 (附圖1、 4、 7、 8、 9、 10)本發(fā)明特征1涉及的移動(dòng)制氫燃料電池燃 料系統(tǒng)及其裝置，其特征在于緊湊型隨行制氫裝置的富氫混合氣管與除碳系 統(tǒng)的二氧化碳吸收器的分布器連接，除去部分二氧化碳的中間富氫混合氣管 與(一氧化碳轉(zhuǎn)化器的)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔的入口連接。 '
本特征技術(shù)方案的一種系統(tǒng)連接方式為混合噴燃器噴出的燃燒火焰進(jìn) 入緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室充分燃燒形成加熱氣，加熱氣經(jīng)換熱管管程 進(jìn)入尾氣腔，再通過尾氣管及尾氣管上的再生水蒸發(fā)換熱器熱流通道、空氣 預(yù)熱換熱器熱流通道，最后排空；燃料經(jīng)燃料管、及燃料管上的燃料泵、燃 料電池陰極排氣再生水冷凝換熱器冷流通道、凈化空氣冷卻換熱器冷流通 道，進(jìn)入(脫硫器的)脫硫腔；液態(tài)預(yù)熱燃料經(jīng)脫硫腔脫硫進(jìn)入催化反應(yīng)腔， 并在催化劑表面擴(kuò)散后與來自再生水蒸汽管的水蒸氣混合，參與水蒸氣重整 反應(yīng)催化重整為富氫混合氣；在催化重整轉(zhuǎn)化過程中，氣態(tài)的富氫混合氣及 時(shí)透過氣液管狀分離膜微孔進(jìn)入氣液管狀分離膜的通透側(cè)(管膜的內(nèi)通道)， 并進(jìn)入富氫混合氣腔，再經(jīng)富氫混合氣管及富氫混合氣管上的一氧化碳轉(zhuǎn)化
10器的管程，送至二輯化碳吸收器的分布器，富氫混合氣富氫混^H經(jīng)水吸收 二氧化碳后，從引出器引出,經(jīng)中間富氫混合氣管送入(一氧化碳轉(zhuǎn)化器的)
—氧化碳轉(zhuǎn)化腔，(一氧化碳被再重整或選擇性氧化為ca或甲烷化為CH4后 的凈化富氫混合氣)經(jīng)凈化富氫混合氣管送至燃料電池陽極極板腔參與電池
半反應(yīng)，未反應(yīng)的富余氫氣和甲烷經(jīng)陽極排氣管送至混合噴燃器燃燒；催化 反應(yīng)腔中產(chǎn)生的重整氣中的部分非通透性重整尾氣通過可燃廢氣管送至混 合噴燃器燃燒；空氣管將空氣送入空氣預(yù)熱換熱器冷流通道經(jīng)加熱尾氣預(yù)熱 后，部分空氣通過解吸空氣管送入二氧化碳解吸器的空氣分布器用于解吸二 氧化碳，另一部分通過氧化劑空氣管送入除一氧化碳器將空氣中的一氧化碳 催化轉(zhuǎn)化為二氧化碳后，經(jīng)凈化空氣管及凈化空氣管上的空氣冷卻換熱器熱 流通道降溫后送入燃料電池陰極極板腔參加電池半反應(yīng)，生成的水蒸氣通過 燃料電池陰極排氣管進(jìn)入再生水冷凝換熱器熱流通道冷凝為再生水，再生水 通過再生水管及再生水管上的再生水泵送至再生水蒸發(fā)換熱器冷流通道受 熱后轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕魵?，并?jīng)再生水蒸汽管送至緊湊型隨行制氫裝置催化反 應(yīng)腔入口 ；緊湊型隨行制氫裝置的加熱尾氣在空氣預(yù)熱器熱流通道中的冷凝 再生水通過再生補(bǔ)充水管及再生補(bǔ)充水管上的補(bǔ)充水泵向除碳系統(tǒng)補(bǔ)充再 生水。
3 (附圖2、 5、 7、 8、 9、 10)特征1涉及的移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng) 及其裝置，其特征在于緊湊型隨行制氫裝置的富氫混合氣管與(一氧化碳轉(zhuǎn) 化器的)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔的入口連接，(一氧化碳轉(zhuǎn)化器的) 一氧化碳轉(zhuǎn)化腔 出口的中間富氫混合氣管與除碳系統(tǒng)的二氧化碳吸收器的分布器連接。
本特征技術(shù)方案的一種系統(tǒng)連接方式為混合噴燃器15噴出的燃燒火焰 進(jìn)入緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室充分燃燒形成加熱氣，加熱氣經(jīng)換熱管管 程進(jìn)入尾氣腔，再通過尾氣管及尾氣管上的再生水蒸發(fā)換熱器熱流通道、空 氣預(yù)熱換熱器熱流通道，最后排空；燃料經(jīng)燃料管、及燃料管上的燃料泵、 再生水冷凝換熱器冷流通道、凈化空氣冷卻換熱器冷流通道，最后進(jìn)入(脫 硫器的)脫硫腔；液態(tài)預(yù)熱燃料經(jīng)脫硫腔脫硫進(jìn)入催化反應(yīng)腔，并在催化劑 表面擴(kuò)散后與來自再生水蒸汽管的水蒸氣混合，,與水蒸氣重整反應(yīng)催化重 整為富氫混合氣；在重整轉(zhuǎn)化過程中，氣態(tài)的富氣混合氣及時(shí)透過氣液管狀
ii分離膜微孔進(jìn)入氣液管狀分離膽的通透側(cè)，并進(jìn)入富氫混合氣腔，再經(jīng)富氫 混合氣管送入(一氧化碳轉(zhuǎn)化器的)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔，富氫混合氣中的一氧化
碳被再重整或選擇性氧化為ca后的凈化富氫混合氣，通過中間富氫混合氣
管送至二氧化碳吸收器的分布器，富氫混合氣經(jīng)水吸收二氧化碳后，從引出 器引出，經(jīng)凈化富氫混合氣管送至燃料電池陽極極板腔參與電池半反應(yīng)，未
反應(yīng)的富余氫氣和甲烷經(jīng)陽極排氣管送至混合噴燃器燃燒；催化反應(yīng)腔中產(chǎn) 生的重整氣中的部分非通透性重整尾氣通過可燃廢氣管送至混合噴燃器燃 燒；空氣管將空氣送入空氣預(yù)熱換熱器冷流通道經(jīng)加熱尾氣預(yù)熱后，部分空 氣通過解吸空氣管送入二氧化碳解吸器的空氣分布器用于解吸二氧化碳，另 一部分通過氧化劑空氣管送入除一氧化碳器將空氣中的一氧化碳催化轉(zhuǎn)化 為二氧化碳后，經(jīng)凈化空氣管及凈化空氣管上的空氣冷卻換熱器熱流通道降 溫后送入燃料電池陰極極板腔參加電池半反應(yīng)，生成的水蒸氣通過燃料電池 陰極排氣管進(jìn)入再生水冷凝換熱器熱流通道冷凝為再生水，再生水通過再生 水管及再生水管上的再生水泵送至再生水蒸發(fā)換熱器冷流通道受熱后轉(zhuǎn)變 為再生水蒸氣，并經(jīng)再生水蒸汽管送至緊湊型隨行制氫裝置催化反應(yīng)腔入 口；緊湊型隨行制氫裝置的加熱尾氣在空氣預(yù)熱器熱流通道中的冷凝再生水 通過再生補(bǔ)充水管及再生補(bǔ)充水管上的補(bǔ)充水泵向除碳系統(tǒng)補(bǔ)充再生水。
4 (附圖3、 6、 8、 9、 10)特征1涉及的移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及 其裝置，其特征在于緊湊型隨行制氫裝置的富氫混合氣管與(一氧化碳轉(zhuǎn)化 器的)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔的入口連接。
本特征技術(shù)方案的一種系統(tǒng)連接方式為混合噴燃器噴出的燃燒火焰進(jìn) 入緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室充分燃燒形成加熱氣，加熱氣經(jīng)換熱管管程 進(jìn)入尾氣腔，再通過尾氣管及尾氣管上的再生水蒸發(fā)換熱器熱流通道、空氣 預(yù)熱換熱器熱流通道，最后排空；燃料經(jīng)燃料管及燃料管上的燃料泵、再生 水冷凝換熱器冷流通道、凈化空氣冷卻換熱器冷流通道，最后進(jìn)入(脫硫器 的)脫硫腔；液態(tài)預(yù)熱燃料經(jīng)脫硫腔脫硫進(jìn)入催化反應(yīng)腔，并在催化劑表面 擴(kuò)散后與來自再生水蒸汽管的水蒸氣混合，參與水蒸氣重整反應(yīng)催化重整為 富氫混合氣；在重整轉(zhuǎn)化過程中，氣態(tài)的富氫混合氣及時(shí)透過氣液管狀分離 膜微孔進(jìn)入氣液管狀分離膜的通透側(cè)，并進(jìn)入富氫混合氣腔，再經(jīng)富氫混合
12氣管送至(一氧化碳轉(zhuǎn)化器的)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔， 一氧化碳被再重整或選擇性
氧化轉(zhuǎn)為ca后的凈化富氨混合氣，經(jīng)凈化富氫混合氣管送至燃料電池陽極 極板腔參與電池半反應(yīng)，未反應(yīng)的富余氫氣和甲烷經(jīng)陽極排氣管送至混合噴 燃器燃燒；催化反應(yīng)腔中產(chǎn)生的重整氣中的部分非通透性重整尾氣通過可燃
廢氣管送至混合噴燃器燃燒空氣管將空氣送入空氣預(yù)熱換熱器冷流通道經(jīng)
加熱尾氣預(yù)熱后，通過氧化劑空氣管送入除一 氧化碳器將空氣中的一氧化碳 催化轉(zhuǎn)化為二氧化碳后，經(jīng)凈化空氣管及凈化空氣管上的空氣冷卻換熱器熱 流通道降溫后送入燃料電池陰極極板腔參加電池半反應(yīng)，生成的水蒸氣通過 燃料電池陰極排氣管進(jìn)入再生水冷凝換熱器熱流通道冷凝為再生水，再生水 通過再生水管及再生水管上的再生水泵送至再生水蒸發(fā)換熱器冷流通道受 熱后轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕魵猓⒔?jīng)再生水蒸汽管送至緊湊型隨行制氫裝置催化反 應(yīng)腔入口。
5、(附圖9)特征l、 2、 3、 4涉及的一種緊湊型隨行制氫裝置，其特征 在于緊湊型隨行制氫裝置(重整器)的平行雙筒催化反應(yīng)腔之間的兩邊外側(cè) 沿軸向集成有與催化反應(yīng)腔相互隔離的一氧化碳轉(zhuǎn)化腔。
將本發(fā)明人申請(qǐng)中的專利技術(shù)200810091438X《緊湊型隨行制氫裝置》 中集成的脫硫腔與催化反應(yīng)腔隔離，改脫硫腔為本發(fā)明的一氧化碳轉(zhuǎn)化腔。
6 (附圖10)特征1、 2、 3、 4涉及的一種緊湊型隨行制氫裝置，其特征 在于緊湊型隨行制氫裝置(重整器)的平行雙筒催化反應(yīng)腔之間的兩邊外側(cè)， 一側(cè)沿軸向集成有一氧化碳轉(zhuǎn)化腔，另一側(cè)沿軸向集成有脫硫腔， 一氧化碳 轉(zhuǎn)化腔與脫硫腔相互隔離。
7、特征l、 2、 3、 4、 5、 6涉及的緊湊型隨行制氫裝置內(nèi)的催化反應(yīng)條 件，其特征在于集成有氣液管狀分離膜的催化反應(yīng)腔004內(nèi)，烴燃料在 450-1100匸，最佳為500-580'C溫度范圍、0. 3-3Mpa壓力范圍催化重制取富 氫混合氣，醇燃料在200-600r，最佳為250-350r溫度范圍、0. 3-3Mpa壓 力范圍催化重制取富氫混合氣。催化劑可以選自多種市售催化劑，如高鎳含 量的Ni基催化劑、CuOZnAlA、 K.A附0^1203催化劑等。
使用不同的催化劑和控制條件，通過選擇性(優(yōu)先) 一氧化碳氧化法將 一氧化碳催化氧化為二氧化碳、或和通過甲垸化反應(yīng)將一氧化碳催化重整為化碳反應(yīng)再催化重整為二氧化碳和氨氣，從而
達(dá)到降低CO含量至符合燃料電池使用要求的目的。
使用特征1和2的系統(tǒng)技術(shù)，在一氧化碳轉(zhuǎn)化腔中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，其 優(yōu)勢在于除獲得低溫重整條件外，由于大量C02被除碳系統(tǒng)除去，甲烷化 反應(yīng)轉(zhuǎn)化一氧化碳，生成的甲烷量少，氫氣收率高；富氫混合氣中C03和C仏 濃度均較低，燃料電池極板催化劑層上不易發(fā)生甲烷化副反應(yīng)，和C0逆轉(zhuǎn)。 是從實(shí)現(xiàn)移動(dòng)制氫功能的技術(shù)、制造成本和運(yùn)行成本都為最佳效果的技術(shù)方 案。
使用符合特征1和3的系統(tǒng)技術(shù)，在一氧化碳轉(zhuǎn)化腔中進(jìn)行水蒸氣再重 整，其優(yōu)勢在于除獲得低溫重整條件外，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫 氣、或和選擇性一氧化碳氧化法將一氧化碳氧化為二氧化碳，因較多二氧化 碳被除去，富氫混合氣中二氧化碳含量低，進(jìn)入燃料電池催化極板后的甲烷 化副反應(yīng)少，可以提高燃料電池的效率。
使用符合特征1和4的系統(tǒng)技術(shù)，在一氧化碳轉(zhuǎn)化器中采用水蒸氣和一 氧化碳反應(yīng)的再重整技術(shù)，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣的優(yōu)勢在于 除獲得低溫重整條件外，只要同時(shí)引入(與CO含量)接近化學(xué)平衡量的凈 化空氣，即可獲得C0<10 ppm (干基v/v)的富氫混合氣；不足在于富氫混 合氣中ca含量較高，在燃料電池極板催化劑層上，容易產(chǎn)生甲烷化副反應(yīng)。
8 (附圖7)特征1、 2、 3涉及的除碳系統(tǒng)，其特征在于具有至少一臺(tái)二 氧化碳吸收器和至少一臺(tái)二氧化碳解吸器；除碳系統(tǒng)中的吸收劑為水，循環(huán) 水管與連接于循環(huán)水管上的循環(huán)水泵、散熱器、二氧化碳吸收器、二氧化碳 解吸器構(gòu)成水的循環(huán)通路；二氧化碳吸收器的內(nèi)頂端設(shè)有水的吸收噴淋頭， 下端設(shè)有(二氧化碳濃度較高的初始富氫混合氣的)分布器，上端設(shè)有(去 除部分二氧化碳后的富氫混合氣的)引出器，分布器和引出器之間裝載有(為 增大水的比表面積的)填料；二氧化碳解吸器內(nèi)頂端設(shè)有二氧化碳水溶液的 解吸噴淋頭，.下端設(shè)有空氣分布器，空氣分布器和噴淋頭間或裝載填料，二 氧化碳解吸器外殼上端設(shè)有二氧化碳排出管(排出C02、空氣)；將二氧化碳 吸收器內(nèi)置于二氧化碳解吸器內(nèi)構(gòu)成一體化除碳系統(tǒng)。
引出器不是必須的構(gòu)件，通常可以省略。二氧化碳吸收器工作時(shí),從吸收噴淋頭自上而下經(jīng)填料分散吸收二氧化 碳后進(jìn)入循環(huán)管；富氫混合氣從分布器自下而上經(jīng)填料釋放二氧化碳(被水 吸收)后從引出器、排出。富氫混合氣中的二氧化碳在水中的吸收遵從亨利定 律即在溫度一定的條件下，二氧化碳在水中的溶解度與二氧化碳在氣相中 的分壓成正比。由于進(jìn)入二氧化碳吸收器的富氫混合氣中，二氧化碳的濃度 較高，其分壓也較大，在水中有較大的溶解度，所以被吸收而溶入水中，并 被循環(huán)水帶走。二氧化碳在二氧化碳解吸器的解吸也遵從亨利定律二氧化 碳溶解于水后進(jìn)入二氧化碳解吸器，空氣從空氣分布器自下而上通過填料與 二氧化碳水溶液表面接觸，由于空氣中二氧化碳的分壓極低，二氧化碳從水 中解吸出來，并同空氣一起經(jīng)二氧化碳排出口排出。
在二氧化碳吸收器和二氧化碳解吸器之間的循環(huán)水管上設(shè)置只能通過 液體的液相單通閥或疏水閥(附圖未示出)是必要的，以防止富氫混合氣經(jīng) 循環(huán)水管進(jìn)入二氧化碳解吸器。
除碳系統(tǒng)工作過程中，部分(吸收劑)水隨二氧化碳和空氣排空蒸發(fā)而 損失，可以通過本發(fā)明的緊湊型隨行制氫裝置的加熱尾氣的冷凝再生水補(bǔ) 充。
9特征1、 2、 3、 4、 5、 6涉及的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于在 燃燒室裝載燃料催化燃燒的催化劑，改以明焰燃燒為催化重整制氫提供熱能 方式為以無焰燃燒為催化重整制氫提供熱源，無焰燃燒的燃料來自催化反應(yīng) 腔的可燃性尾氣管的重整尾氣。
催化燃燒催化劑可以選用多種市售催化劑，如多種Ni-Fe催化劑、負(fù). 載于二氧化硅等載體上的Pt、 Pd及其混合物等催化劑。
燃燒室裝載催化燃燒催化劑時(shí)，混合噴燃器改作冷啟動(dòng)時(shí)對(duì)空氣的預(yù)熱 元件，利用被加熱的空氣對(duì)催化燃燒催化劑預(yù)熱。
10特征l、 2、 3、 4涉及的空氣除一氧化碳器的特征在于內(nèi)置于
緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室。
緊湊型隨行制氫裝置燃燒室內(nèi)置除一氧化碳器，可以在不消耗額外能量 和不占用多余空間的條件下，收到凈化燃料電池氧化劑空氣的效果，以增強(qiáng) 移動(dòng)至氫燃料電池機(jī)車的適應(yīng)性。將除一氧化碳器移出緊湊型隨行制氫裝置燃燒室，必須更多地消耗額外的燃料，系統(tǒng)的熱效率下降。取消除一氧化碳
器，不除去空氣中一氧化碳的系統(tǒng)技術(shù)機(jī)車，將不適應(yīng)空氣中高CO含量的
隧道和擁堵路段工風(fēng)。
本發(fā)明涉及的緊湊型隨行制氫裝置的催化反應(yīng)腔內(nèi)裝載將燃料蒸汽催 化重整為富氫氣體的催化劑，脫硫腔裝載脫琉劑，或和燃燒室裝載可燃廢氣
催化無焰燃燒的催化劑，除一氧化碳器內(nèi)裝載將空氣中co轉(zhuǎn)化為ca的催化 劑。
本發(fā)明選用不同的催化劑，適用于多種液態(tài)含氨燃料，尤其是液態(tài)低碳 醇、烴、醚等的移動(dòng)制氫。
本發(fā)明，使用不含硫化物的低碳醇、醚等含氫燃料時(shí)，系統(tǒng)中可以取消 脫硫腔或在脫硫腔中不裝載脫硫劑。
本發(fā)明的優(yōu)勢之一是低溫(即使對(duì)烴燃料也只在450-5501C溫度范圍)
重整制氫，而將空氣中CO在除一氧化碳器中催化轉(zhuǎn)化為COa的啟動(dòng)溫度一般
在3501C左右,囟此將除一氧化碳器內(nèi)置于隨行制氫裝置的燃燒室是合理的， 比在內(nèi)置于尾氣腔效果更好。
本發(fā)明涉及的緊湊型隨行制氫裝置中燃料蒸汽與水蒸氣的混合物相對(duì) 于加熱氣的流向不局限于逆流或順流。
本發(fā)明可以與在非通透性重整尾氣的可燃廢氣管上串聯(lián)渦輪減壓機(jī)，渦 輪減壓機(jī)與空氣管前的增壓機(jī)聯(lián)動(dòng)，以利用高壓加熱燃料泄壓過程在渦輪減 壓機(jī)中產(chǎn)生的扭矩推動(dòng)空氣增壓機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到減少能耗的目的。
本發(fā)明涉及的混合噴燃器上連接有來自從氣液管狀分離膜分離富氫混 合氣后的非通透性重整尾氣(燃料蒸汽、過剩水蒸氣、甲烷及少量未透過氫 氣等)的可燃廢氣管、燃料電池(未反應(yīng)氫氣和甲烷)陽極排氣管、和輔助 燃料管，輔助燃料管輸送用于冷啟動(dòng)或補(bǔ)充燃料，輔助燃料來自燃料箱(附 圖未示出)的液態(tài)燃料；混合噴燃器上并有空氣孔，以吸入燃料燃燒所需空 氣。
本發(fā)明的工作過程
16現(xiàn)以特征2技術(shù)方案涉及的移動(dòng)制氫發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)及其裝置為例，說明本 發(fā)明的工作過程。
首先開啟輔助燃料管送入輔助燃料，點(diǎn)燃混合噴燃器，預(yù)熱緊湊型隨行 制氨裝置、再生水蒸發(fā)換熱器、空氣預(yù)熱換熱器。當(dāng)催化反應(yīng)腔和再生水蒸 發(fā)換熱器達(dá)到設(shè)定工作溫度，開啟燃料泵和再生水泵，低流量向系統(tǒng)供應(yīng)液 態(tài)含氫燃料和再生水(預(yù)儲(chǔ)存水，附圖未示出)，催化重整反應(yīng)逐漸啟動(dòng)， 并產(chǎn)生富氫混合氣；當(dāng)富氫混合氣通過富氫混合氣管流經(jīng)一氧化碳轉(zhuǎn)化器 時(shí)，開始對(duì)一氧化碳轉(zhuǎn)化器進(jìn)行加熱，啟動(dòng)除碳系統(tǒng)；催化反應(yīng)腔催化重整 速率穩(wěn)定后，產(chǎn)生的氣液管狀分離膜非通透性重整尾氣(燃料蒸汽、過剩水 蒸氣、甲烷及少量未透過氫氣)的可燃廢氣逐漸達(dá)到正常流量，并向混合噴 燃器提供加熱燃料，此時(shí)完全關(guān)閉^K減小輔助燃料管的開啟度，并將燃料和 再生水流量開至正常開啟度。
正常工作時(shí)，混合噴燃器噴出的燃燒火焰進(jìn)入緊湊型隨行制氫裝置的燃 燒室充分燃燒形成加熱氣，對(duì)燃燒室內(nèi)的除一氧化碳器加熱，加熱氣經(jīng)換熱 管管程對(duì)催化反應(yīng)腔內(nèi)的催化劑間接加熱，進(jìn)入尾氣腔，再通過尾氣管及尾 氣管上的再生水蒸發(fā)換熱器熱流通道間接加熱再生水并使再生水蒸發(fā)，并繼 律進(jìn)入空氣預(yù)熱換熱器熱流通道預(yù)熱空氣，最后排空。
來自附圖未示出的空氣泵的空氣管將空氣送入空氣預(yù)熱換熱器冷流通 道經(jīng)加熱尾氣預(yù)熱后，部分空氣通過解吸空氣管送入二氧化碳解吸器的空氣 分布器用于解吸二氧化碳，另一部分通過氧化劑空氣管送入除一氧化碳器將 空氣中的一氧化碳催化轉(zhuǎn)化為二氧化碳后，經(jīng)凈化空氣管及凈化空氣管上的 凈化空氣冷卻換熱器降溫后送入燃料電池陰極極板腔參加電池半反應(yīng)，陰極 極板側(cè)的02'與透過質(zhì)子電介質(zhì)膜的H+結(jié)合生成的水蒸氣通過燃料電池陰極 排氣管進(jìn)入再生水冷凝換熱器熱流通道冷凝為再生水，再生水通過再生水管 及再生水管上的再生水泵送至再生水蒸發(fā)換熱器冷流通道受熱后轉(zhuǎn)變?yōu)樵?生水蒸氣，并經(jīng)再生水蒸汽管送至緊湊型隨行制氫裝置催化反應(yīng)腔入口。
緊湊型隨行制氫裝置的加熱尾氣在空氣預(yù)熱器熱流通道中的冷凝再生 水通過再生補(bǔ)充水管及界牛.補(bǔ)充水管上的補(bǔ)充水泵向除碳系統(tǒng)補(bǔ)充再生水。 凈化空氣冷卻換熱器中，燃料間接吸收來自除一氧化碳器排出的凈化空氣的熱量而預(yù)熱，同時(shí)冷卻了凈化空氣，使得凈化除去空氣中的CO幾豐不消耗
額外能量。
于緊湊型隨行制氨裝置的燃燒室裝載燃料催化燃燒催化劑，改以明焰燃 燒為催化重整制氫提供熱能方式為以無焰燃燒為催化重整制氫提供熱源，無 焰燃燒的燃料為來自催化反應(yīng)腔的可燃性尾氣管的可燃性尾氣。啟動(dòng)時(shí)，首 先開啟冷啟動(dòng)空氣預(yù)熱器(混合噴燃器)預(yù)熱空氣，.預(yù)熱空氣進(jìn)入燃燒室對(duì) 催化燃燒催化劑進(jìn)行加熱，當(dāng)催化燃燒催化劑達(dá)到啟動(dòng)等溫度時(shí)，向燃燒室 逐漸注入輔助燃料，輔助燃料發(fā)生催化燃燒反應(yīng)并產(chǎn)生熱能，進(jìn)而通過換熱 管管程對(duì)催化反應(yīng)腔內(nèi)的重整催化劑進(jìn)行加熱，直至啟動(dòng)催化反應(yīng)腔的燃料 催化重整制氫反應(yīng)。其余過程與明焰燃燒相同。
使用本發(fā)明有益結(jié)果
本發(fā)明利用緊湊型隨行制氫裝置中集成的氣液管狀分離膜，將富氫混合 氣及時(shí)從催化反應(yīng)腔中導(dǎo)出，使重整氣中的H2、 C0、 C02與催化劑隔離，可 以^C到四方面的有益結(jié)果
其一，避免了燃料重整轉(zhuǎn)化的富氫混合氣組分(尤其在低溫條件)可能 發(fā)生的甲烷化反應(yīng)，有效地提高了重整制氫的氫選擇性和氫氣產(chǎn)率。
其二，為烴類燃料低溫(450-600X:)液態(tài)重整制氫創(chuàng)造了條件，并放 寬了高溫(800-1100")重整制氫技術(shù)對(duì)隨行制氫裝置材質(zhì)的苛刻要求和減 少了運(yùn)行的能耗，降低了制造和運(yùn)行成本。
其三，液態(tài)燃料和及時(shí)分離了富氫混合氣組分的重整環(huán)境，可以耐受較 寬范圍的溫度波動(dòng)變化，有利于穩(wěn)定重整制氫的產(chǎn)氣組分。
其四，將重整富氫混合氣從催化反應(yīng)腔中及時(shí)導(dǎo)出，其目的是將富氫混 合氣與催化劑隔離，不是要獲得高純氫氣，對(duì)分離膜的選擇性要求低、通量 大、不需要分離高純氫氣的貴金屬鈀，相對(duì)于鈀膜成本，造價(jià)極低，跨越了 鈀膜制取高純氫氣技術(shù)難以逾越的高昂造價(jià)的實(shí)用化屏障。
用除碳系統(tǒng)出去富氫混合氣中的部分C02,可以收到至少三方面的有益 效果
K--、(對(duì)后續(xù)除去co使用甲烷化技術(shù))可以減少后續(xù)除去co甲烷化
過程的統(tǒng)氣消耗量，以提高重整過程的產(chǎn)氫率；其二、減少富氫混合氣中甲
18烷的濃度，防止過高的甲烷濃度在燃料電池極板上可能產(chǎn)生的CO逆轉(zhuǎn)副反 應(yīng)對(duì)燃料電池催化劑的毒害；其三、除去富貧混合氣中的Ca，減少進(jìn)入燃
料電池中富氫混合氣中的ca，可以防止過高濃度的co2在燃料電池極板上的
甲烷化反應(yīng)，有效提高機(jī)車的效率。
于緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室裝載燃料催化燃燒催化劑，無焰燃燒隨 行制氫裝置排出的可燃性尾氣，與催化反應(yīng)腔內(nèi)引入部分氧化反應(yīng)相比，因 燃燒室燃燒的是燃料催化重整過程中不可避免產(chǎn)生的可燃性尾氣，其熱效率 更高，而且將空氣注入燃燒室催化燃燒不需要注入催化反應(yīng)腔那樣的髙壓，
自耗能降低；與燃料有焰燃燒相比，可以減少排氣的NOx化合物含量，有利 于改善排氣質(zhì)量。
應(yīng)用本發(fā)明人的集成氣液管狀分離膜、脫硫腔或一氧化碳轉(zhuǎn)化器的緊湊 型隨行制氫裝置，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約了有限的機(jī)車空間，更有利于機(jī)載 移動(dòng)重整制氫技術(shù)的實(shí)用化s
于緊湊型隨行制氫裝置的燃燒室(或尾氣腔)中內(nèi)置除去空氣中的CO 的除一氧化碳器(裝載將CO轉(zhuǎn)化為C02的催化劑)，可以在不占用額外空間、 和不增加能耗的情況下，凈化燃料電池氧化劑的空氣，防止燃料電池空氣中 CO中毒，增強(qiáng)燃料電池機(jī)車適應(yīng)性。


下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明富氫混合氣被氣液管狀分離膜導(dǎo)出后先除去二氧化碳再作 一氧化碳轉(zhuǎn)化的移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)的方框示意圖。
圖2是本發(fā)明富氫混合氣被氣液管狀分離膜導(dǎo)出后先作一氧化碳轉(zhuǎn)化再 除去二氧化碳的移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)的方框示意圖。
圖3是本發(fā)明富氫混合氣被氣液管狀分離膜導(dǎo)出后只作一氧化碳轉(zhuǎn)化的 移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)的方框示意圖。
圖4是本發(fā)明的一種符合特征1、 2技術(shù)方案的移動(dòng)制氫燃料電池燃料 系統(tǒng)及其裝置的示意圖。
圖5是本發(fā)明的一種符合特征1、 3技術(shù)方案的移動(dòng)制氫燃料電池燃料 系統(tǒng)及其裝置的示意圖。圖6是本發(fā)明的一種符合特征1、 4技術(shù)方案的移動(dòng)制氨燃料電池燃料 系統(tǒng)及其裝置的示意圖。
圖7是本發(fā)明涉及的除碳系統(tǒng)示意圖，其中圖7-a為除碳系統(tǒng)示意圖， 圖7-b為將二氧化碳吸收器內(nèi)置于二氧化碳解吸器中的一體化除碳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
/J、意圖o
圖8是本發(fā)明涉及的一種集成氣液管狀分離膜和脫琉腔的緊湊型隨行制 氫裝置的筒體剖視結(jié)構(gòu)示意圖(本發(fā)明人申請(qǐng)中的專利技術(shù)200810091438X 《緊湊型隨行制氧裝置》，實(shí)施中使用時(shí)，系統(tǒng)省略獨(dú)立脫琉器)。
圖9是本發(fā)明涉及的一種集成氣液管狀分離膜和一氧化碳轉(zhuǎn)化腔的緊湊 型隨行制氫裝置的筒體剖視結(jié)構(gòu)示意圖(根據(jù)本發(fā)明人申請(qǐng)中的專利技術(shù) 200810091438X《緊湊型隨行制氫裝置》改造而成，實(shí)施中使用時(shí)，系統(tǒng)省 略獨(dú)立一氧化碳轉(zhuǎn)化器)。
圖10是本發(fā)明涉及的一種集成氣液管狀分離膜、脫硫腔和一氧化碳轉(zhuǎn) 化腔的緊湊型隨行制氫裝置的筒體剖視結(jié)構(gòu)示意圖(根據(jù)本發(fā)明人申請(qǐng)中的 專利技術(shù)200810091438X《緊湊型隨行制氫裝置》改造而成，實(shí)施中使用時(shí)， 系統(tǒng)省略獨(dú)立脫硫腔和一氧化碳轉(zhuǎn)化器)。
圖中
l-緊湊型隨行制氫裝置2-除碳系統(tǒng)3-(獨(dú)立) 一氧化碳轉(zhuǎn)化器4-燃料電池4A-燃料電池的陰極4B-燃料電池的陽極
10"(獨(dú)立)脫琉器11-(除碳系統(tǒng))補(bǔ)充水泵12-空氣S熱換熱器 13-再生蒸發(fā)換熱器14-(空氣)除一氧化碳器15-混合噴燃器(冷啟動(dòng) 空氣預(yù)熱器)16-(凈化空氣)冷卻換熱器17-(燃料電池陰極排氣)再 生水冷凝換熱器18i料泵19-再生水泵
21-(二氧化碳)吸收器22-散熱器23-(二載化碳)解吸器24-循
環(huán)泵
a-吸收噴淋頭b"(吸附二氧化碳后富氫混合氣的〉引出器c-(富氫 混^H〉分布器d-(二氧化碳)解吸噴淋頭e-(空氣)空氣分布器f-(一 氧化碳轉(zhuǎn)化腔與脫琉腔間.的)隔梹或密封傳縫〉.礦(皿腔與催化反應(yīng)腔 間的〉通孔h-換熱管nr^液管狀分離膜
20000-空氣管OIO"燃料管111-補(bǔ)充燃料管
001-燃燒室 002-富氫混合氣腔 003-脫琉腔 004-催化反應(yīng)腔 005-尾氣腔006-—氧化碳轉(zhuǎn)化腔
101-加熱尾氣管102-富氫混合氣管103-可燃性尾氣管104-凈化空氣
200-循環(huán)水管201-(脫除二氧化碳的)富氫混合氣管202-二氧化碳 廢氣管
301-(—氧化碳轉(zhuǎn)化器引出的)富氫 k合氣管 401-(燃料電池)陽極排氣管402-(燃料電池)陰極排氣管 1201-氧化劑空氣管1202- (二氧化碳)脫氣空氣管1203-再生補(bǔ)充
水管
1301-(再生)水蒸汽管
1701-(燃料電池陰極排氣)再生水管
實(shí)施例l
如附圖1-10所示，一種由脫硫腔003、緊湊型隨行制氫裝置l、除碳 系統(tǒng)2、 一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006、(凈化空氣的)除一氧化碳器14、換熱器12、 13、 16、 17和燃料電池4組成的移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置，其特 征在于緊湊型隨行制氫裝置1內(nèi)集成氣液管狀分離膜m，氣液管狀分離膜m 的長度為3-L(cm)， L等于催化反應(yīng)腔004的長度；氣液管狀分離膜m對(duì)H2 含量》？096(v/v，干基)的富氫混合氣(H2、C0、C02等)的通量》80MVM2. h. bar， 對(duì)氫氣/水蒸氣的分離系數(shù)》2000，最佳》5000,在重整條件下不透過液態(tài) 烴和水；燃料電池4所用燃?xì)鉃榻?jīng)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006除去一氧化碳或和除 碳系統(tǒng)2除去部分二氧化碳的凈化富氫混合氣。 實(shí)施例2
如附圖l、 4、 7、 8、 9、 IO所示， 一種實(shí)施例1涉及的移動(dòng)制氫燃料電 池燃料系統(tǒng)及其裝置，其特征在于緊湊型隨行制氫裝置1的富氫混合氣管 102與除碳系統(tǒng)2的二氧化碳吸收器21的分布器c連接,除去部分二氧化碳 的中間富氫混合氣管201與(一氧化碳轉(zhuǎn)化器3的) 一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006的入口連接。
本實(shí)施例的一 種系統(tǒng)連接方式為混合噴燃器15噴出的燃燒火焰進(jìn)入緊湊型 隨行制氫裝置1的燃燒室001充分燃燒形成加熱氣，加熱氣經(jīng)換熱管h管程 進(jìn)入尾氣腔005，再通過尾氣管101及尾氣管101上的再生水蒸發(fā)換熱器13 熱流通道、空氣預(yù)熱換熱器12熱流通道，最后排空；燃料經(jīng)燃料管010、及 燃料管010上的燃料泵18、燃料電池4陰極4A排氣再生水冷凝換熱器17 冷流通道、凈化空氣冷卻換熱器16冷流通道，進(jìn)入(脫硫器10的)脫硫腔 003;液態(tài)預(yù)熱燃料經(jīng)脫硫腔003脫硫進(jìn)入催化反應(yīng)腔004,并在催化劑表面 擴(kuò)散后與來自再生水蒸汽管1301的水蒸氣混合，參與水蒸氣重整反應(yīng)催化 重整為富氫混合氣；在催化重整轉(zhuǎn)化過程中，氣態(tài)的富氫混合氣及時(shí)透過氣 液管狀分離膜m微孔進(jìn)入氣液管狀分離膜m的通透側(cè)，并進(jìn)入富氫混合氣腔 002,再經(jīng)富氫混合氣管102及富氫混合氣管102上的一氧化碳轉(zhuǎn)化器3的 管程，送至二氧化碳吸收器21的分布器c,富氫混合氣富氫混合氣經(jīng)水吸收 二氧化碳后，從引出器b引出，經(jīng)中間富氫混合氣管201送入一氧化碳轉(zhuǎn)化 器3的一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006，經(jīng)凈化富氫混合氣管301送至燃料電池4陽極 4B極板腔參與電池半反應(yīng),未反應(yīng)的富余氫氣和甲垸經(jīng)陽極排氣管401送至 混合噴燃器15燃燒催化反應(yīng)腔004中產(chǎn)生的重整氣中的部分非通透性重 整尾氣通過可燃廢氣管103送至混合噴燃器15燃燒；空氣管000將空氣送 入空氣預(yù)熱換熱器12冷流通道經(jīng)加熱尾氣預(yù)熱后，部分空氣通過解吸空氣 管1202送入二氧化碳解吸器24的空氣分布器e用于解吸二氧化碳，另一部 分通過氧化劑空氣管1201送入除一氧化碳器14將空氣中的一氧化碳催化轉(zhuǎn) 化為二氧化碳后，經(jīng)凈化空氣管104及凈化空氣管104上的空氣冷卻換熱器 16熱流通道降溫后送入燃料電池4陰極4A極板腔參加電池半反應(yīng)，生成的 水蒸氣通過燃料電池4陰極排氣管402進(jìn)入再生水冷凝換熱器17熱流通道 冷凝為再生水，再生水通過再生水管1701及再生水管1701上的再生水泵19 送至再生水蒸發(fā)換熱器13冷流通道受熱后轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕魵猓⒔?jīng)再生水 蒸汽管1301送至緊湊型隨行制氫裝置1催化反應(yīng)腔004入口；緊湊型隨行 制氫裝置1的加熱尾氣在空氣預(yù)熱器12熱流通道中的冷凝再生水通過再生 補(bǔ)充水管1203及再生補(bǔ)充水管1203上的補(bǔ)充水泵11向除碳系統(tǒng)2補(bǔ)充界生水。
實(shí)施併3
如附圖2、 5、 7、 8、 9、 IO所示，一#實(shí)施例1涉及的移動(dòng)制氧燃料電 池燃料系統(tǒng)及其裝置，其特征在于緊湊型隨行制氫裝置1的富氫混合氣管 102與一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006的入口連接， 一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006出口的中間富 氫混合氣管301與除碳系統(tǒng)2的二諷化碳吸收器21的分布器c連接。
本實(shí)施例的一種系統(tǒng)連接方式為混合噴燃器15噴出的燃燒火焰進(jìn)入緊 湊型隨行制氫裝置1的燃燒室001充分燃燒形成加熱氣，加熱氣經(jīng)換熱管h 管程進(jìn)入尾氣腔005,再通過尾氣管101及尾氣管101上的再生水蒸發(fā)換熱 器13熱流通道、空氣預(yù)熱換熱器12熱流通道，最后排空;燃料經(jīng)燃料管010、 及燃料管010上的燃料泵18、再生水冷凝換熱器17冷流通道、凈化空氣冷 卻換熱器16冷流通道，最后進(jìn)入脫硫腔003;液態(tài)預(yù)熱燃料經(jīng)脫硫腔003 脫硫進(jìn)入催化反應(yīng)腔004，并在催化劑表面擴(kuò)散后與來自再生水蒸汽管1301 的水蒸氣混合，參與水蒸氣重整反應(yīng)催化重整為富氫混合氣；在重整轉(zhuǎn)化過 程中，氣態(tài)的富氫混合氣及時(shí)透過氣液管狀分離膜.m微孔進(jìn)入氣液管狀分離 膜m的通透側(cè)，并進(jìn)入富氫混合氣腔002，再經(jīng)富氫混合氣管102送入一氧 化碳轉(zhuǎn)化腔006,富氫混合氣中的一氧化碳被再重整或選擇性氧化為0)2后 的凈化富氫混合氣，通過中間富氫混合氣管301送至二氧化碳吸收器21的 分布器c，富氫混合氣經(jīng)水吸收二氧化碳后，從引出器b引出，經(jīng)凈化富氫 混合氣管201送至燃料電池4陽極4B極板腔參與電池半反應(yīng)，未反應(yīng)的富 余氫氣和甲烷經(jīng)陽極排氣管401送至混合噴燃器15燃燒；催化反應(yīng)腔004 中產(chǎn)生的重整氣中的部分非通透性重整尾氣通過可燃廢氣管103送至混合噴 燃器15燃燒；空氣管000將空氣送入空氣預(yù)熱換熱器12冷流通道經(jīng)加熱尾 氣預(yù)熱后，部分空氣通過解吸空氣管1202送入二氧化碳解吸器24的空氣分 布器e用于解吸二氧化碳，另一部分通過氧化劑空氣管1201送入除一氧化 碳器14將空氣中的一氧化碳催化轉(zhuǎn)化為二氧化碳后，經(jīng)凈化空氣管104及 凈化空氣管104上的空氣冷卻換熱器16熱流通道降溫后送入燃料電池4陰 極4A極板腔參加電池半反應(yīng)，生成的水蒸氣通過燃料電池4陰極排氣管402 進(jìn)入再生水冷凝換熱器17熱流通道冷凝為再生水，再生水通過再生水管
231701及再生水管1701上的再生水泵19送至再生水蒸發(fā)換熱器13冷流通道 受熱后轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕魵猓⒔?jīng)再生水蒸汽管1301送至緊湊型隨行制氫裝 置1催化反應(yīng)腔004入口；緊湊型隨行制氫裝置1的加熱尾氣在空氣預(yù)熱器 12熱流通道中的冷凝再生水通過再生補(bǔ)充水管1203及再生補(bǔ)充水管1203 上的補(bǔ)充水泵11向除碳系統(tǒng)2補(bǔ)充再生水。 實(shí)施例4
如附圖3、 6、 8、 9、 IO所示，實(shí)施例特征1涉及的移動(dòng)制氫燃料電池 燃料系統(tǒng)及其裝置，其特征在于緊湊型隨行制氫裝置1的富氨混合氣管102 與一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006的入口連接。
本實(shí)施例的一種系統(tǒng)連接方式為混合噴燃器15噴出的燃燒火焰進(jìn)入緊 湊型隨行制氫裝置1的燃燒室001充分燃燒形成加熱氣，加熱氣經(jīng)換熱管h 管程進(jìn)入尾氣腔005,再通過尾氣管101 ^尾氣管101上的再生水蒸發(fā)換熱 器13熱流通道、空氣預(yù)熱換熱器12熱流通道，最后排空；燃料經(jīng)燃料管010 及燃料管010上的燃料泵18、再生水冷凝換熱器17冷流通道、凈化空氣冷 卻換熱器16冷流通道，最后進(jìn)入脫硫腔003;液態(tài)預(yù)熱燃料經(jīng)脫硫腔脫003 硫進(jìn)入催化反應(yīng)腔004，奸在催化劑表面擴(kuò)散后與來自再生水蒸汽管1301 的水蒸氣混合，參與水蒸氣重整反應(yīng)催化重整為富氫混合氣；在重整轉(zhuǎn)化過 程中，氣態(tài)的富氫混合氣及時(shí)透過氣液管狀分離膜m微孔進(jìn)入氣液管狀分離 膜m的通透側(cè)，并進(jìn)入富氫混合氣腔002,再經(jīng)富氫混合氣管102送至一氧 化碳轉(zhuǎn)化腔006， 一氧化碳被再重整或選擇性氧化轉(zhuǎn)為C02后的凈化富氫混 合氣，經(jīng)凈化富氫混合氣管301送至燃料電池4陽極4B極板腔參與電池半 反應(yīng)，未反應(yīng)的富余氫氣和甲烷經(jīng)陽極排氣管401送至混合噴燃器15燃燒; 催化反應(yīng)腔004中產(chǎn)生的重整氣中的部分非通透性重整尾氣通過可燃廢氣管 103送至混合噴燃器15燃燒；空氣管000將空氣送入空氣預(yù)熱換熱器12冷 流通道經(jīng)加熱尾氣預(yù)熱后，通過氧化劑空氣管1201送入除一氧化碳器14將 空氣中的一氧化碳催化轉(zhuǎn)化為二氧化碳后，經(jīng)凈化空氣管104及凈化空氣管 104上的空氣冷卻換熱器16熱流通道降溫后送入燃料電池4陰極4A極板腔 參加電池半反應(yīng)，生成的水蒸氣通過燃料電池4陰極排氣管402進(jìn)入再生水 冷凝換熱器17熱流通道冷凝為gt水，再生水通過再生水管1701及再生水管1701上的再生水泵19送至再生水蒸發(fā)換熱器13冷流通道受熱后轉(zhuǎn)變?yōu)?再生水蒸氣，并經(jīng)再生水蒸汽管1301送至緊湊型隨行制氨裝置1催化反應(yīng) 腔004入口。 實(shí)施例5
如附圖9所示，實(shí)施例l、 2、 3、 4涉及的一種緊湊型隨行制氫裝置， 其特征在于緊湊型隨行制氫裝置1的平行雙筒催化反應(yīng)腔004之間的兩邊外 側(cè)沿軸向集成有與催化反應(yīng)腔004相互隔離的一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006。 實(shí)施例6
如附圖10所示，實(shí)施例l、 2、 3、 4涉及的一種緊湊型隨行制氫裝置， 其特征在于緊湊型隨行制氫裝置1的平行雙筒催化反應(yīng)腔004之間的兩邊外 側(cè)，一側(cè)沿軸向集成有一氧化碳轉(zhuǎn)化腔0b6，另一側(cè)沿軸向集成有脫硫腔003， 一氧化碳轉(zhuǎn)化腔006與脫硫腔003相互隔離。 實(shí)施例7
7、特征l、 2、 3、 4、 5、 6涉及的緊湊型隨行制氫裝置內(nèi)的催化反應(yīng)條 件，其特征在于集成有氣液管狀分離膜m的催化反應(yīng)腔004內(nèi)，烴燃料在 450-11001C,最佳為500-580lC溫度范圍、0. 3-3Mpa壓力范圍催化重制取富 氫混合氣，醇燃料在200-6001C，最佳為250-350lC溫度范圍、0.3-3Mpa壓 力范圍催化重制取富氫混合氣。 實(shí)施例8
如附圖7所示，實(shí)施例特征l、 2、 3涉及的除碳系統(tǒng)，其特征在于具有 至少一臺(tái)二氧化碳吸收器21和至少一臺(tái)二氧化碳解吸器24;除碳系統(tǒng)2中 的吸收劑為水，循環(huán)水管200與連接于循環(huán)水管200上的循環(huán)水泵23、散熱 器22、 二氧化碳吸收器21、 二氧化碳解吸器24構(gòu)成水的循環(huán)通路；二氧化 碳吸收器21的內(nèi)頂端設(shè)有水的吸收噴a淋頭，下端設(shè)有分布器c,上端設(shè)有 引出器b，分布器c和引出器b之間裝載有填料；二氧化碳解吸器24內(nèi)頂端 設(shè)有二氧化碳水溶液的解吸噴d淋頭，下端設(shè)有空氣分布器e，空氣分布器 e和噴淋頭d間或裝載填料，二氧化碳解吸器24外殼上端設(shè)有二氧化碳排出 管202;將二氧化碳吸收器21內(nèi)置于二氧化碳解吸器24內(nèi)構(gòu)成一體化除碳 系統(tǒng)2。
25實(shí)施例9
實(shí)施例l、 2、 3、 4、 5、 6涉及的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于在 燃燒室001裝載燃料催化燃燒的催化劑，改以明焰燃燒為催化重整制虹提供 熱能方式為以無焰燃燒為催化重整制氫提供熱源，無焰燃燒的燃料來自催化 反應(yīng)腔的可燃性尾氣管的重整尾氣。 實(shí)旌例10
實(shí)施例l、 2、 3、 4涉及的空氣除一氧化碳器，其特征在于內(nèi)置于緊湊 型隨行制氫裝置1的燃燒室001。
本發(fā)明的創(chuàng)造思想及權(quán)利要求包括以下不具創(chuàng)造性的改動(dòng)
將凈化空氣的除一氧化碳器移出緊湊型隨行制氫裝置燃燒室，甚至完全 取消除一氧化碳器，或?qū)⒊谎趸嫁q內(nèi)置于緊湊型隨行制氫裝置的尾氣腔 的技術(shù)方案。 、
在可燃廢氣管上設(shè)置燃料或空氣的預(yù)熱裝置的改動(dòng)。
解吸二氧化碳的空氣不經(jīng)預(yù)熱處理的改動(dòng)。
將二氧化碳解析器內(nèi)置于二氧化碳吸收器構(gòu)成的一體化除碳系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種由脫硫腔(003)、緊湊型隨行制氫裝置(1)、除碳系統(tǒng)(2)、一氧化碳轉(zhuǎn)化腔(006)、除一氧化碳器(14)、換熱器(12、13、16、17)和燃料電池(4)組成的移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置，其特征在于緊湊型隨行制氫裝置(1)內(nèi)集成氣液管狀分離膜(m)，氣液管狀分離膜(m)的長度為3-L(cm)，L等于催化反應(yīng)腔(004)的長度；氣液管狀分離膜(m)對(duì)H2含量≥20％(v/v，干基)的富氫混合氣的通量≥80M3/M2.h.bar，對(duì)氫氣/水蒸氣的分離系數(shù)≥2000，最佳≥5000，在重整條件下不透過液態(tài)烴和水；燃料電池(4)所用燃?xì)鉃榻?jīng)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔(006)除去一氧化碳或和除碳系統(tǒng)(2)除去部分二氧化碳的凈化富氫混合氣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝 置，其特征在于緊湊型隨行制氫裝置(1)的富氫混合氣管(102)與除碳系 統(tǒng)(2)的二氧化碳吸收器(21)的分布器(c)連接，除去部分二氧化碳的 中間富氫混合氣管(201)與一氧化碳轉(zhuǎn)化腔(006)的入口連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置， 其特征在于緊湊型隨行制氫裝置(1)的富氫混合氣管(102)與一氧化碳轉(zhuǎn) 化腔(006)的入口連接， 一氧化碳轉(zhuǎn)化腔(006)出口的中間富氫混合氣管(301)與除碳系統(tǒng)(2)的二氧化碳吸收器(21)的分布器(c)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置， 其特征在于緊湊型隨行制氫裝置(1)的富氫混合氣管(102)與一氧化碳轉(zhuǎn) 化腔(006)的入口連接。
5、 權(quán)利要求l、 2、 3、 4涉及的一種緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于 緊湊型隨行制氫裝置(1)的平行雙筒催化反應(yīng)腔(004)之間的兩邊外側(cè)沿 軸向集成有與催化反應(yīng)腔(004)相互隔離的一氧化碳轉(zhuǎn)化腔(006)。
6、 權(quán)利要求l、 2、 3、 4涉及的一種緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于 緊湊型隨行制氫裝置(1)的平行雙筒催化反應(yīng)腔(004)之間的兩邊外側(cè)， 一側(cè)沿軸向集成有氣化碳轉(zhuǎn)化腔(006)，另一側(cè) &軸向集成有脫硫腔(003)， 一氧化碳轉(zhuǎn)化腔(006)與脫硫腔(003)相互隔離。
7、 權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6涉及的緊湊型隨行制氨裝置內(nèi)的催化反 應(yīng)條件，其特征在于桌成有氣液管狀分離膜(m)的催化反應(yīng)腔(004)內(nèi)， 烴燃料在450-11001C，最佳為500-580TC溫度范圍、0. 3-3Mpa壓力范圍催化 重制取富氫混合氣，醇燃料在200-6001C,最佳為250-3501C溫度范圍、 0.3-3Mpa壓力范圍催化重制取富氫混合氣。
8、 權(quán)利要求1、 2、 3涉及的除碳系統(tǒng)，其特征在于具有至少一臺(tái)二氧 化碳吸收器(21)和至少一臺(tái)二氧化碳解吸器(24);除碳系統(tǒng)(2)中的吸 收劑為水，循環(huán)水管(200)與連接于循環(huán)水管(200)上的循環(huán)水泵(23)、 散熱器(22)、 二氣化碳吸收器(21)、 二氧化碳解吸器(24)構(gòu)成水的循環(huán) 通路；二氧化碳吸收器(21)的內(nèi)頂端設(shè)有水的吸收噴(a)淋頭，下端設(shè) 有分布器(c)，上端設(shè)有引出器(b)，分布器(c)和引出器(b)之間裝載 有填料；二氧化碳解吸器(24)內(nèi)頂端設(shè)有二氧化碳水溶液的解吸噴(d) 淋頭，下端設(shè)有空氣分布器(e)，空氣分布器(e)和噴淋頭(d)間或裝載 填料，二氧化碳解吸器(24)外殼上端設(shè)有二氧化碳排出管(202);將二氧 化碳吸收器(21)內(nèi)置于二氧化碳解吸器(24)內(nèi)構(gòu)成一體化除碳系統(tǒng)(2)。
9、 權(quán)利要求1、 2、 4、 5、 6涉及的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于 在燃燒室(001)裝載燃料催化燃燒的催化劑，改以明焰燃燒為催化重整制 氫提供熱能方式為以無焰燃燒為催化重整制氫提供熱源，無焰燃燒的燃料來 自催化反應(yīng)腔(004)的可燃性尾氣管的重整尾氣。
10、 權(quán)利要求1涉及的空氣除一氧化碳器，其特征在于內(nèi)置于緊湊 型隨行制氫裝置(1>的燃燒室(001)。
全文摘要
一種移動(dòng)制氫燃料電池燃料系統(tǒng)及其裝置，以集成于緊湊型隨行制氫裝置中的氣液管狀分離膜，從催化反應(yīng)腔中及時(shí)導(dǎo)出富氫混合氣而獲得低溫重整條件，燃料電池所用燃料為經(jīng)一氧化碳轉(zhuǎn)化腔除去一氧化碳或和除碳系統(tǒng)除去部分二氧化碳的凈化富氫混合氣，并提出以無焰燃燒為熱源的技術(shù)方案。本發(fā)明從系統(tǒng)角度克服和解決了燃料電池的移動(dòng)制氫單元技術(shù)在實(shí)用化中無法克服的屏障，使移動(dòng)制氫燃料電池機(jī)車和移動(dòng)電源的實(shí)用化成為可能。
文檔編號(hào)H01M8/06GK101453027SQ20081021497
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月13日
發(fā)明者李鋼坤 申請(qǐng)人:李鋼坤