一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置及其使用方法，属于新能源利用技术领域。本装置包括SOFC系统，预热室，预混室，流化室，布气室，出口通道和分离箱I等结构单元，该装置使生物质先在SOFC尾气余热中干燥和挥发分析出，再经过水蒸气气化制氢，反应后的气化汽经过冷却提纯。该装置综合利用了SOFC尾气中的氢气和余热来提高生物质气化制氢的产氢率，降低生物质气化制氢的能耗，具有节能环保的特点。同时，通过调节本装置的操作参数，如用料质量比、气体流量比、气流流速等，提升生物质气化反应的转化率，降低装置能耗，提升产率。总体而言，本装置利用SOFC尾气中的氢气和余热来提高生物质气化制氢的产氢率，降低生物质气化制氢的能耗。

A device for hydrogen production from biomass gasification coupled with SOFC tail gas and its application method

【技术实现步骤摘要】
一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置及其使用方法
本专利技术属于新能源利用
，涉及一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置及其使用方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell)作为第三代燃料电池，是一种可以在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的燃料电池装置，是一种具有广阔发展前景的新能源，然而也同样存在一些问题，比如，目前的技术应用领域中，缺乏对SOFC燃料和氧化剂作用后所产生尾气得有效处置。值得注意的是，SOFC尾气中不仅包含宝贵的氢能源，还有中高温余热，有必要采用合理的装置和方法将其加以回收。近年来，全国各省都在积极发展生物质能的有效转化和利用，生物质能气化制取氢气是一个非常具有优势的发展方向，然而，生物质气化需要大量的能耗，因此，生物质气化的高能耗低产率现状，仍然是技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
针对上述
中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置及其使用方法，来解决现有生物质气化制氢产氢率低和能耗高的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开了一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置包括SOFC系统，包括：预热室，预混室，流化室，布气室，出口通道和分离箱I；SOFC系统通过尾气排放管与预混室连接，预混室顶部通过布风板I与预热室连通，预热室的上方设有加料口；预热室通过送料管与流化室连通，流化室底部通过布风板II与布气室连通，布气室的下方设有蒸汽管；流化室上方连接出口通道入口，出口通道内部设有挡板，挡板顶部与出口通道内壁顶部留有空隙，挡板前方的管体底部设有旋风分离器；出口通道出口与分离箱I连接，分离箱I外部设有冷却水套I，分离箱I上部设有分气管I；冷却水套I上设有供水总管和排水总管。优选地，分离箱I通过分气管I与分离箱II相连，分离箱II外部设有冷却水套II，分离箱II上部设有分气管II；冷却水套II上设有供水分管和排水分管，供水分管的另一端接入供水总管，排水分管的另一端接入排水总管。优选地，旋风分离器通过回料管接入流化室，回料管通过风管与风机连接，回料管上设有逆止阀；逆止阀采用非机械式的U型阀。优选地，蒸汽管上安装有蒸汽流量计，尾气排放管和风管上装有浮子流量计。优选地，布风板I和布风板II为钢板或铸铁板，布风板为整块或拼装组成。本专利技术还公开了上述SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置的使用方法，包括以下使用步骤：1)从加料口向预热室中投入生物质；将SOFC系统排放的尾气通过尾气排放管进入到预混室中，通过布风板I进入预热室中，将生物质在SOFC尾气气氛中反应，得到混合体系；2)经步骤1)反应后的混合体系送料管进入到流化室中，过热水蒸气通过蒸汽管进入到布气室中，通过布风板II进入流化室中，对混合体系进行进一步气化反应，得到气化汽和未完全气化的物料；3)经步骤2)反应所得的气化汽和未完全气化的物料流经出口通道，未完全气化的物料被挡板拦截，进入旋风分离器中；气化汽进入到分离箱I中，经过冷却水套I冷却，使氢气和其余大分子气体发生分层，得到分层氢气经分气管I离开分离箱I。优选地，进入旋风分离器中的未完全气化的物料，通过回料管由送风机抽送回流化室中；经步骤3)所得的分层氢气经分气管I进入分离箱II，再经冷却水套II冷却提纯，得到高纯度的氢气产物，氢气从分气管II中流出并收集。优选地，步骤1)中，生物质选用稻壳、秸秆、甘蔗皮和松木屑中的一种或多种，生物质的粒径为2～10mm。。优选地，步骤1)中，尾气排放管中的SOFC尾气质量流量和加料口投入的生物质质量流量比为1:1；步骤2)和步骤3)中，送风机送入的空气和蒸汽管送入的蒸汽质量流量之比为3:7或2:8；蒸汽和空气的总质量流量与生物质质量流量之比为0.6～0.8。优选地，步骤3)中，旋风分离器的旋转部分直径为0.4m，粒子入口段直径为0.1m，旋转段高0.25m，气流入口速度为14m/s。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术涉及一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置，通过将SOFC尾气与生物质在预热室中充分干燥，利用尾气余热使生物质中的挥发分析出，通过设置流化室和布气室，提供气化制氢的反应场所，通过设置出口通道、挡板和旋风分离器，能够将未完全气化的物料脱离气体产物体系，通过设置分离箱I、冷却水套I、供水总管和排水总管，能够将气体产物体系冷却静置，并在重力作用下将混合气体发生分层，氢气浮在上面，而其余气体下沉，通过两级分离，氢气被净化提纯。进一步地，通过在分离箱I后再连接分离箱II、冷却水套II、供水分管和排水分管，能够对所产生的气化气进行二次分离处理，有效提高氢气纯度；。进一步地，通过在旋风分离器上设置回料管接入流化室，使得没有气化完全的生物质颗粒进一步被旋风分离器分离后，回送到流化室中继续进行气化，经过如此反复循环，使得生物质颗粒被完全气化；通过接入风机和逆止阀，控制此循环体系的流速、流向，提升循环效果；通过采用非机械式的U型阀，有助于防止烟气反串。进一步地，通过在蒸汽管上安装蒸汽流量计，并在尾气排放管和风管上安装浮子流量计，有利于操作人员对气体使用情况的控制，增加装置的使用安全，提高反应物使用效率。进一步地，布风板为整块或拼装结构，能够配合不同尺寸的预热室和预混室使用；拼装组成时，选用焊接或螺栓方式将布风板板块之间固定，便于实际使用的多种情况，增强设备的使用性。本专利技术公开的SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置的使用方法，利用SOFC尾气中的氢气和余热来提高生物质气化制氢的产氢率，降低生物质气化制氢的能耗，具有节能环保的特点，反应后的气化汽经过冷却提纯，使产氢效率提高。进一步地，通过使用合适种类、合适粒径的生物质材料，合理利用生物质资源，提高其热解气化效率。进一步地，通过控制SOFC尾气质量流量和生物质质量流量比为1:1，提高SOFC尾气的利用效率；通过控制送风机送入的空气和蒸汽管送入的蒸汽质量流量之比为3:7或2:8，控制蒸汽和空气的总质量流量与生物质质量流量之比为0.6～0.8，能够有效获得较高的氢气产率。进一步地，通过设置旋风分离器的工作参数，能够提高产物氢气和未完全气化的物料的分离效果，进而有效提高物料使用率。附图说明图1为本专利技术的装置结构示意图。其中：1-SOFC系统；2-尾气排放管；3-预混室；4-预热室；5-加料口；6-送料管；7-流化室；8-蒸汽管；9-布气室；10-布风板II；11-逆止阀；12-回料管；13-旋风分离器；14-出口通道；15-分离箱I；16-分气管I；17-分离箱II；18-分气管II；19-供水总管；20-供水分管；21-排气总管；22-排气分管；23-布风板I；24-送风机；25-风管；26-挡板；27-冷却水套I；28-冷却水套II；29-浮子流量计；30-蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置，其特征在于，包括SOFC系统(1)，预热室(4)，预混室(3)，流化室(7)，布气室(9)，出口通道(14)和分离箱I(15)；/nSOFC系统(1)通过尾气排放管(2)与预混室(3)连接，预混室(3)顶部通过布风板I(23)与预热室(4)连通，预热室(4)的上方设有加料口(5)；预热室(4)通过送料管(6)与流化室(7)连通，流化室(7)底部通过布风板II(10)与布气室(9)连通，布气室(9)的下方设有蒸汽管(8)；流化室(7)上方连接出口通道(14)入口，出口通道(14)内部设有挡板(26)，挡板(26)顶部与出口通道(14)内壁顶部留有空隙，挡板(26)前方的管体底部设有旋风分离器(13)；出口通道(14)出口与分离箱I(15)连接，分离箱I(15)外部设有冷却水套I(27)，分离箱I(15)上部设有分气管I(16)；冷却水套I(27)上设有供水总管(19)和排水总管(21)。/n

【技术特征摘要】
1.一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置，其特征在于，包括SOFC系统(1)，预热室(4)，预混室(3)，流化室(7)，布气室(9)，出口通道(14)和分离箱I(15)；
SOFC系统(1)通过尾气排放管(2)与预混室(3)连接，预混室(3)顶部通过布风板I(23)与预热室(4)连通，预热室(4)的上方设有加料口(5)；预热室(4)通过送料管(6)与流化室(7)连通，流化室(7)底部通过布风板II(10)与布气室(9)连通，布气室(9)的下方设有蒸汽管(8)；流化室(7)上方连接出口通道(14)入口，出口通道(14)内部设有挡板(26)，挡板(26)顶部与出口通道(14)内壁顶部留有空隙，挡板(26)前方的管体底部设有旋风分离器(13)；出口通道(14)出口与分离箱I(15)连接，分离箱I(15)外部设有冷却水套I(27)，分离箱I(15)上部设有分气管I(16)；冷却水套I(27)上设有供水总管(19)和排水总管(21)。


2.根据权利要求1所述的一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置，其特征在于，分离箱I(15)通过分气管I(16)与分离箱II(17)相连，分离箱II(17)外部设有冷却水套II(28)，分离箱II(17)上部设有分气管II(18)；冷却水套II(28)上设有供水分管(20)和排水分管(22)，供水分管的另一端接入供水总管(19)，排水分管(22)的另一端接入排水总管(21)。


3.根据权利要求1所述的一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置，其特征在于，旋风分离器(13)通过回料管(12)接入流化室(7)，回料管(12)通过风管(25)与风机(24)连接，回料管(12)上设有逆止阀(11)；逆止阀(11)采用非机械式的U型阀。


4.根据权利要求1所述的一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置，其特征在于，蒸汽管(8)上安装有蒸汽流量计(30)，尾气排放管(2)和风管(25)上装有浮子流量计(29)。


5.根据权利要求1所述的一种SOFC尾气耦合生物质气化制氢的装置，其特征在于，布风板I(23)和布风板II(10)为钢板或铸铁板，布...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊霞，王泽华，
申请(专利权)人：张俊霞，
类型：发明
国别省市：陕西;61