一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统技术方案

技术编号:21319254 阅读:21 留言:0更新日期:2019-06-12 17:04
本实用新型专利技术公开了一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统,包括固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池、热量输送控制系统、尾气传输系统、流量控制系统、CO/H2回收传输系统、CO2/H2O回收系统、燃料供给系统、用电负载和低谷电/调峰电供电装置。所述系统利用固体氧化物燃料电池产生的尾气和热量,不仅为固体氧化物电解池提供热量,而且将尾气进行转化,提高固体氧化物燃料电池燃料能源利用率,减少污染物排放,以及降低了固体氧化物电解池的开路电压,降低了固体氧化物电解池的耗电量。

A solid oxide fuel cell tail gas treatment system based on solid oxide electrolytic cell

The utility model discloses a tail gas treatment system of solid oxide fuel cell based on solid oxide electrolytic cell, which includes solid oxide fuel cell, solid oxide electrolytic cell, heat transfer control system, tail gas transmission system, flow control system, CO/H2 recovery and transmission system, CO/H2 recovery and transmission system, fuel supply system, electric load and valley electricity/peak shaving electricity supply. Electrical device. The system utilizes the exhaust gas and heat generated by solid oxide fuel cells, not only to provide heat for solid oxide electrolytic cells, but also to convert the exhaust gas, improve the fuel energy utilization rate of solid oxide fuel cells, reduce pollutant emissions, reduce the open circuit voltage of solid oxide electrolytic cells, and reduce the power consumption of solid oxide electrolytic cells.

【技术实现步骤摘要】
一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统
本技术属于能源利用
,涉及一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统。
技术介绍
化石能源的持续大量消耗造成了大气中CO2浓度的不断增长,造成的温室效应逐年加重,因此节能减排是目前许多国家倡导的环保战略。开发和利用太阳能、风能和地热能等新能源,减少化石燃料的燃烧是践行节能减排战略的有效方式。其中,固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效且低污染的发电装置受到越来越多的关注。固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池,是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置,是最高效的燃料电池,其相比于其他类型燃料电池,除具备有燃料电池普遍的高效率,低污染等优点外,其全固体结构也带来了其他独有的优势。由于具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点,固体氧化物燃料电池在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供及储能等民用领域,以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动储能电源领域,都有广阔的应用前景。目前,大部分固体氧化物燃料电池采用的燃料气体多为碳基燃料,如甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、氢气(H2)或天然气等,其反应尾气主要成份为高温CO2和水蒸气,同时伴有部分未反应的燃料气。通常情况下,固体氧化物燃料电池的尾气处理方法为:采用尾气催化燃料器,将尾气中未反应的燃料气体直接催化燃烧为CO2,除去有害气体后排入大气中。这样的处理方式虽然降低了污染物的排放量,但是同时将大量的CO2排入大气,且大量的热量被浪费,无法实现环境友好发展,达到节能减排的目标。因此,减少尾气中的CO2的排放是本领域的专家学者争相研究的课题。当下减少CO2排放的主要方法包括:提高能源生产率与使用率、燃料形式转换、CO2捕获与封存、CO2转化与利用等方法。其中采用技术手段将原来排放入大气的碳转化为可以继续使用并且能获得效益的碳,这种转化途径极具吸引力和发展前景。近年来,以固体氧化物电解池为基础的CO2/H2O高温共电解技术由于其环境友好、能源转换效率高、能源接入灵活、适应性强和有成本竞争力等优势逐渐受到人们的极大关注。固体氧化物电解池(SOEC)是已专利技术的一种通过H2O、CO2等电解产生还原性气体的间接储能装置,它由陶瓷制成的固体氧化物组成,具有全固态结构、气体产物易分离和高电解速率及能量转化率等优势。专利文献CN105845962A公开了一种固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池联合发电系统,包括固体氧化物燃料电池电堆单元、固体氧化物电解池电堆单元、太阳能供电装置、功率变换器、燃料存储罐及相应的出入口通道及流量控制阀门、CO2捕捉存储罐及相应的出入口通道及流量控制阀门、换热器单元、空气尾气分流控制阀门、空气入口控制阀门及空气压缩机。所述装置结构复杂,前期设备投入较大,而且对固体氧化物燃料电池阴极的空气尾气也设置了管道和分流阀门,实则是完全没有必要的投入。另外,从说明书的描述可以认为此发电系统中SOFC阳极产生的燃料尾气直接通过管道输送至SOEC阴极进行电解,即使其间通过CO2捕捉存储罐进行尾气流量控制,但是尾气中含有部分未利用的燃料气体,会导致SOEC的电解效率低下,这个问题在此申请中并没有得到重视。虽然此专利技术所述的固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池联合发电系统具有燃料尾气再利用的优势,但系统也有诸多需要改进的地方。专利文献CN105576273A公开了一种可逆循环绿色能源转换系统及转换方法,系统集成了电化学发电和储能技术;包括对称固体氧化物燃料电池(SSOFC)发电系统、对称固体氧化物电解池(SSOEC)产氢系统、余热回收系统、气体分离系统、储氢系统、储氧系统、储水系统、高温水蒸气产生系统、辅助燃料系统、电力转换系统及相应控制系统。虽然此专利技术所述的能量转换系统可实现发电和储能的可逆转换,但本系统仅适合燃料气为H2时才能使用,显然这与现实情况不符,而且专利技术人并没有就固体氧化物燃料电池尾气的处理方式进行描述,再者将固体氧化物燃料电池的余热回收后仅仅是为了将水变为水蒸气提供给固体氧化物电解池,能量利用率不高。总之,此专利技术所述的可逆循环绿色能源转换系统存在种种弊端。为了克服现有技术的缺陷,本技术提供了一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统,所述系统利用固体氧化物燃料电池产生的尾气和热量,不仅为固体氧化物电解池提供热量,而且将尾气进行转化,提高固体氧化物燃料电池燃料利用率,实现CO2接近零排放。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统,其中创造性地将固体氧化物燃料电池阳极产生的CO2和H2O以及未反应的CO和H2分别通入到固体氧化物电解池的阳极和阴极,一方面将固体氧化物燃料电池产生的CO2和H2O通过固体氧化物电解池的电解作用再利用生成了CO和H2,然后连同尾气中未反应的CO和H2循环再次回到固体氧化物燃料电池进行再利用;另一方面,通过将固体氧化物燃料电池阳极产生的CO2和H2O以及未反应的CO和H2混合气体的一部分直接通入到固体氧化物电解池的阳极进行氧化,相对于传统的将固体氧化物电解池阳极产生的气体直接通入大气的技术方案,大大降低了固体氧化物电解池阳极和阴极之间的开路电压,进而大大降低了固体氧化物电解池的耗电量,同时,部分未反应的CO和H2也可以在固体氧化物电解池的阳极中反应进一步生成CO2和H2O,减少了污染物的排放。本技术的目的是通过以下技术方案实现的:一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统,包括固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池、热量输送控制系统、尾气传输系统、CO/H2回收传输系统、CO2/H2O回收系统、燃料供给系统、用电负载和低谷电/调峰电供电装置。其中,用电负载与固体氧化物燃料电池相连;燃料供给系统与固体氧化物燃料电池的阳极相连;固体氧化物燃料电池的阳极通过尾气传输系统与固体氧化物电解池的阴极和阳极相连,使一部分尾气进入到固体氧化物电解池的阳极,一部分进入到固体氧化物电解池的阴极;固体氧化物燃料电池产生的热量经由热量输送控制系统供给到固体氧化物电解池;固体氧化物电解池阴极经由CO/H2回收传输系统连接到固体氧化物燃料电池阳极;低谷电/调峰电供电装置与固体氧化物电解池相连,为固体氧化物电解池提供电能;CO2/H2O回收系统连接固体氧化物电解池阳极,固体氧化物电解池产生的CO2和H2O可以直接排放进入大气,也可以通过CO2/H2O回收系统进行回收,优选的是通过CO2/H2O回收系统进行回收。具体的,所述固体氧化物燃料电池与用电负载连接,将产生的电能输送给用电负载;燃料供给系统与固体氧化物燃料电池的阳极相连,为固体氧化物燃料电池提供燃料气体;固体氧化物燃料电池的阳极通过尾气传输系统与固体氧化物电解池阳极和阴极相连,使一部分尾气进入到固体氧化物电解池的阳极,尾气中未反应的CO和H2被氧化成CO2和H2O,与尾气中原有的CO2和H2O一起通入大气或经由CO2/H2O回收系统进行回收;另一部分尾气进入到固体氧化物电解池的阴极,尾气中的CO2和H2O通过固体氧化物电解池的电解作用再利用本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统,包括固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池、热量输送控制系统、尾气传输系统、CO/H2回收传输系统、燃料供给系统、用电负载和低谷电/调峰电供电装置;其中,用电负载与固体氧化物燃料电池相连;燃料供给系统与固体氧化物燃料电池的阳极相连;固体氧化物燃料电池的阳极通过尾气传输系统与固体氧化物电解池的阴极和阳极相连,使一部分尾气进入到固体氧化物电解池的阳极,一部分进入到固体氧化物电解池的阴极;固体氧化物燃料电池产生的热量经由热量输送控制系统供给到固体氧化物电解池;固体氧化物电解池阴极经由CO/H2回收传输系统连接到固体氧化物燃料电池阳极;低谷电/调峰电供电装置与固体氧化物电解池相连,为固体氧化物电解池提供电能。

【技术特征摘要】
1.一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统,包括固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池、热量输送控制系统、尾气传输系统、CO/H2回收传输系统、燃料供给系统、用电负载和低谷电/调峰电供电装置;其中,用电负载与固体氧化物燃料电池相连;燃料供给系统与固体氧化物燃料电池的阳极相连;固体氧化物燃料电池的阳极通过尾气传输系统与固体氧化物电解池的阴极和阳极相连,使一部分尾气进入到固体氧化物电解池的阳极,一部分进入到固体氧化物电解池的阴极;固体氧化物燃料电池产生的热量经由热量输送控制系统供给到固体氧化物电解池;固体氧化物电解池阴极经由CO/H2回收传输系统连接到固体氧化物燃料电池阳极;低谷电/调峰电供电装置与固体氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员:王宁苏春生杨志宾张海峰李亚超马朝阳
申请(专利权)人:山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司中国矿业大学北京
类型:新型
国别省市:山西,14

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