天然气重整制氢发电技术进展

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1、■技术·血用，Technology&Application天然气重整制氢发电技术进展孙静文(中国石油安全环保技术研究院)摘要随着天然气的使用量日益增长，天然气作为燃料的使用效率也逐渐为人们所关注。重整制氢技术和质子膜燃料电池(PEMFC)技术相结合为小型化、分布式天然气制氢发电设备的发展提供了可能。文中介绍了天然气重整制氢发电技术原理、重整制氢小型化反应器及催化剂研究进展、PEMFC阳极抗CO催化剂和双极板研究进展、分析了国内外重整制氢发电技术应用现状，并对该技术在油气集输管线供电等石油行业应用前景进行了展望。关键词天然气重整制氢燃料电池进展应用

2、D0I：10．3969／i．issn．2095-1493．2013．011．007随着同际能源结构的改变，天然气的使用比压吸附(PSA)或钯膜分离提纯得到高纯度氢气，例、适用范围的ht益增长扩大，天然气的能源使用氢气和氧化剂(氧气或空气)进入PEMFC发电后效率也逐渐为人们所关注。天然气蒸汽重整制氢是外供。目前最经济、最成熟的制氢方法⋯。燃料电池具有1．1天然气蒸汽重整制氢高能量密度、高能量转化率的特点，是一种新型环天然气蒸汽重整制氢的主要反应为甲烷与蒸汽保的电源装置。质子膜燃料电池(PEMFC)技术能的转化反应，方程式如下：够将氢气和氧气转化为

3、电能和水，其转化效率高于CH+H，O(汽)—}CO+3H，+206．29kJ／rnol内燃机。基于重整制氢技术和PEMFC技术的新型(1]的小型化、分布式发电设备具有能量效率高、安全天然气蒸汽重整制氢方法是目前工业上用最性好等特点，已成为近年来研究的热点。为广泛，技术最为成熟，价格也最为低廉的制氢方本文将综述天然气重整制氢发电技术现状，并法。大规模天然气重整制氢(>1000m／h)已广泛对天然气重整制氢发电技术和设备的油田应用前景应用于化r行业。随着电子元器件生产、医药生进行展望产、食品加工等行业对小规模、高纯度氢气的需求，小型分布式制氢反应器成

4、为了研究的新方向，1天然气重整制氢发电技术也为质子膜燃料电池的燃料提供了新思路。天然气重整制氢发电技术是一个多步反应体1．2质子交换膜燃料电池(PEMFC)系，主要分为天然气重整制氢系统以及PEMFC发PEMFC是一种以全氟磺酸型离子交换膜为电电系统两个部分。工作流程如图1。水经由水蒸气解质，在催化剂的作用下将储存在燃料(氢气)和发生器产生蒸汽，与经过脱硫后的天然气一起进入氧化剂(空气或氧气)中的化学能高效、环境友好水蒸气重整反应器产生富氢合成气。合成气经由变地转化为电能的连续发电装置。PEMFC的组成及天然气天然气纯氨气直流电工作基本原理见图2

5、，主要部件为阴阳极板和电解质(质子交换膜)。PEMFC工作原理与化学原电池类似，氢气进入阳极，在催化剂作用下解离为质子和电子，质子穿过电解质与阴极的氧气在阴极催化图1天然气重整制氢发电原理剂作用下反应生成水，阳极释放的电子从外电路自阳极流向阴极生成直流电。水蒸气重整制氢技术的小型化及其与PEMFC作者简介：孙静文，2011年毕业于哈尔滨工业大学，从事环保科研技术的结合为天然气制氢发电小型化、分布式设备作，E-mail：sunjingwen@cnprlrnm．cn，地址：北京市昌平区西沙屯桥西中圈石油科技同区A座，102206。的产生提供了方向。1

6、6}www．syshjn．OOFIR■技水·应用，Technology＆Application天与军事领域都具有广阔的发展前景，因此，世界池试验研究[D]南京：东南大学，2006：3-8各国及许多大公司都投入了大量精力对该技术进行[2]解东来，叶根银，费广平小型天然气制氢与PEMFC热电研究开发。加拿大Ballard公司、美国PlugPower公联产技术进展[J]．煤气与热力，2008，28(8)：8-11[3]赵鑫梅，刘光全，许毓，等．燃料电池发展现状及在石油司在PEMFC技术上全球领先，各自实现了千瓦级行业的应用可行性[J]油气田环境保护，2

7、009(12)：34-PEMFC小型电站的商业化，并在全球推广。其他36，44．发达国家如日本、德国、英国、意大利、俄罗斯等[4]XIEDL，GRACEJR，LIMCJDevelopmentof国以及一些著名跨国企业也均加入了研制PEMFCinterrlaIIYCirCUIatingfIuidizedbedmembranE：系统和PEMFC电动车的行列。reactorforhydrogenProductionfromnaturaI国内对天然气重整制氢发电技术的研究还处于gas[J]武汉理大学学报2006(11)：252—257起步阶段。中科院大连

8、物理化学研究所设计研发了[5]杨长幸，胡鸣若PEMFC阳极抗cO性能研究进展[J]电源甲醇重整制氢PEMFC样机。中国石油安全环保技技术