l  研究背景  Introduction

       以燃料电池为基础的移动动力和分布式供能系统具有清洁、高效、灵活的特征，是当今国际能源科技与产业开发的焦点内容之一。利用氢燃料电池提供动力，首先必须具有来源广泛、可靠且廉价的氢源。在现阶段氢能利用配套基础设施尚未建立、规模制氢尚无法满足各种规模燃料电池对分散氢源需求的前提下，以醇类、烃类等化石燃料现场重整制氢供燃料电池发电被认为是近中期最现实的氢源解决方案之一。目前化石燃料现场制氢与燃料电池联用已经在不间断电源、家用热电联供系统以及分散电站等氢能应用领域获得了最先的市场机会。

l  技术原理  Principle

醇类、烃类等化石燃料经由自热/水蒸汽重整过程得到富氢的重整气，再经过CO净化过程（CO水汽变换和CO选择性氧化等）将重整气中CO含量降至10ppm以下供给质子交换膜燃料电池（PEMFC）使用。电池的阳极尾气（少量H2和CO2等）返回重整系统预热重整过程原料及为重整反应供热。

l  研究目标

不同碳氢燃料、不同规模、面向不同用途的分布式制氢燃料电池氢源系统开发及应用。

➢  适于非稳态操作的系列制氢反应过程催化剂开发

➢  多吸热/放热过程耦合的集成式制氢反应器开发

➢  制氢系统的设备集成及能量梯级利用

l  重要进展与成果

1.     系列分布式富氢燃料重整制氢燃料电池氢源系统

2.     系列制氢系列制氢催化剂

开发成功具有自主知识产权的燃料重整制氢、CO水汽变换、CO选择性氧化过程系列催化剂并进行了工程放大

3.     多功能反应器

通过新型催化剂、新型结构设计、高效传热材料的应用实现高效能量匹配，将多反应器、多换热器、多段物流的常规重整系统集成为多功能反应器。

4.     集成系统

采用能量梯级利用准则合理安排氢源系统的各单元反应及换热过程，并利用燃料电池阳极含氢尾气为重整单元提供热量，达到整个系统能量最优利用。

5.     与燃料电池联试

70 Nm3H2/hr 甲醇自热重整氢源系统与燃料电池的联试。电池最大输出功率为75.5kW。

6.     热电联供演示

以甲醇为燃料的第一代质子交换膜燃料电池热电联供系统稳定运行时间1100小时，总能量效率(LHV)为78.4%。

7.     一体化热电联供系统

以天然气为燃料的第二代质子交换膜燃料电池热电联供系统输出电功率10.67kW，能量效率(LHV)84.2%。

⟡  采用一级控制策略集成，二级控制策略独立的原则。燃料电池启动后，重整制氢系统的控制电由燃料电池系统提供

⟡  共用循环水，统筹回收全系统不同品位热能

⟡  氢源利用燃料电池尾气，一次燃烧和二次催化燃烧相结合

⟡  重整气CO、电池阳级尾气在线反馈及时调控策略