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燃料电池尾气处理初识于伟(030101305) 于新海摘要:氢能的开发是当前能源项目的热点。质子交换膜燃料电池作为氢能使用的重要途径，迅速发展，并得到广泛应用，但依旧存在着许多缺陷亟待解决。燃料电池含氢尾气的排放具有易燃易爆和对环境破坏的危险，如何对其进行高效安全的处理并没有得到太多的关注。本论文重点介绍了已知的两种含氢尾气处理方法，前置气体缓冲罐保证氢气浓度处于爆炸极限之外和利用微反应器催化氧化除氢的方法，剖析了他们分别的优劣，拟以含氢尾气的处理为对象，整合前人的设计思路，设计出一套装置，结合狭缝阻火的原理，采用小型板式反应器结构，对含氢尾气进行催化氧化。关键词：燃料电池；含氢尾气；反应器Treatment with exhaust gases of fuel cellsWei Yu(030101305) Xinhai YuAbstract:In recent years, hydrogen is the hot spot in energy project. Proton exchange membrane fuel cell(PEMFC),which is one of the most important ways to use hydrogen has been developed quickly. And it was used in a lot of places. However there are still some problems to solve. Exhaust gases of PEMFC contain combustible hydrogen which will also cause damage to the environment. It has not gotten much attention yet. This article introduces two kinds of typical device, analyzes their pros and cons. Based on the above discussion, the present work is focused on the design of a new catalyst-coated channel plate reactor where catalytic oxidation of Exhaust gases take place.Keywords:fuel cell; exhaust gases; reactor1 背景PEMFC作为新一代的燃料电池，有着广泛的市场前景[1] ，但依旧存在着许多问题亟待解决。氢燃料电池的尾气净化研究往往被忽略。PEMFC系统的尾气主要来源于电池阳极侧排放出的氢气。为保证氢气的利用率，供氢回路一般对剩余气体进行封闭回收，但随着电池的运行，电池阳极侧含有的杂质气体会不断累积，导致催化剂中毒，对电池性能产生不利影响，并且增湿水也会在气体流道和MEA上聚集，达到一定程度会使电池电极发生“水淹”现象，从而降低电池性能。目前解决这一问题的方式是，对阳极侧氢气进行间歇式排放。在阳极侧出口管路安装一个电磁阀，电磁阀通常处于关闭状态，保证阳极侧内氢气具有较高压力，但随着电池运行状态和工况的不同，电磁阀每隔一定时间开启一次，水分和气体随高速气流排出，然后电磁阀关闭。氢气是易燃易爆的危险气体，在密闭空间中易于达到爆炸极限，即便在开放环境中，部分氢气会到达平流层扰乱臭氧层的形成，对环境有所危害[2]。目前燃料电池的含氢尾气主要采用催化氧化的方式进行处理。H2的化学性质及其活泼，H2在O2中的爆炸极限为4%~94%，在空气中的爆炸极限为4%~75%。对于燃料电池的尾气处理，不仅要注意处理的效率问题，更须考虑尾气处理的安全性；同时因为PEMFC的工作温度较低，一般在80℃左右，尾气的出口温度应该低于该温度，这就要求尾气处理的催化剂要有良好的低温活性，对于PEMFC尾气的处理一定要强调其的安全性与可靠性。从20世纪70年代，科研人员便开始研制氢气燃烧反应器[1]。目前比较行之有效的方法为同济大学马建新的装置，以及德国学者Janicke的用于氢气催化氧化的微反应器装置。2 PEMFC尾气处理实验装置2.1 前置气体缓冲器的尾气处理装置马建新等人根据车用工况燃料电池尾气脉冲式排放的特点，设计出一套PEMFC尾气处理系统，并模拟了5kw的燃料电池的实际排放情况，研究了其净化效果。这套装置的结构示意图如图2.1所示。图2.1 燃料电池尾气处理净化图Fig2.1 Diagram of exhaust gases removal from PEMFC 这套装置在氢气排气管的电磁阀之后接入一个氢气缓冲罐，对阳极