一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统技术方案

本发明专利技术提供了一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术能源利用效率较低、缺乏系统优化的问题。该系统包括SOEC电堆、风机、电加热器、空气

【技术实现步骤摘要】
一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统。

技术介绍

[0002]由于在能量转换过程中，燃料电池几乎不产生污染环境的含氮和硫氧化物，被认为是一种环境友好的能量转换装置作为21世纪新型环保高效的发电技术之一。
[0003]现有的燃料电池电解槽系统一般以水蒸气作为燃料气，气体回路经过气液分离后可以实现氢气的循环与利用，但该系统大多不适用于包含二氧化碳的共电解工况。
[0004]对于含有二氧化碳的共电解工况，现有的燃料电池共解槽系统都是在原有系统基础上进行改造。现有的含有二氧化碳的共电解工况的燃料电池共解槽系统没有在换热时对热量进行充分的储存与利用，能量损失较为明显。冷启动时消耗电能多，不管是电堆自加热还是外部电热器电加热，消耗的都是燃料电池的能量。作为其他工业制烃系统的旁路系统，缺乏核心的反应器，且没有对电解槽系统的气路、换热等进行设计与优化。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，用以解决现有技术能源利用效率较低、缺乏系统优化的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统包括SOEC电堆（12）、风机（1）、电加热器（3）、空气
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燃气换热器（4）、蒸汽发生器（8）、混合器（11）、压缩机（14）、重整器（15）、费托反应器（16）、储气罐（20）；其中，风机（1）、电加热器（3）、空气
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燃气换热器（4）的空气支路依次连接，获得高温空气至SOEC电堆（12）的空气进气口；蒸汽发生器（8）获得的水蒸气、CO2的混合气体经空气
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燃气换热器（4）的燃气支路进入混合器（11）中，与氢气混合后，输出至SOEC电堆（12）的燃料进气口；SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气依次经压缩机（14）、重整器（15）进入费托反应器（16），获得甲烷或烃类燃料气体输送至储气罐（20）存储。
[0007]上述技术方案的有益效果如下：相比现有技术的通过电加热器（3）直接加热混合燃料气体，本方案采用的通过电加热器（3）加热空气，然后由空气与水蒸气、CO2的混合气体换热来加热水蒸气、CO2的混合气体，再通过高温水蒸气、CO2的混合气体和常温氢气混合实现对燃料气的加热，使最终的氢气、水蒸气、CO2的混合气体温度达到电堆设定的进口温度，极大提高了燃料气的安全性。仅采用一个电加热器（3），就可以为整个系统提供热能，减少了部件，降低了成本，简化了热管理的控制难度。电堆出口的合成气经重整后调整比例并用于费托合成，产生甲烷或烃类燃料储存在储气罐（20）中，利用共电解反应得到了常用的化工能源类原料，实现了储能的利用。
[0008]基于上述系统的进一步改进，该系统还包括空气换热器（2）；其中，
空气换热器（2）设置于风机（1）、电加热器（3）之间，其支路一输入端与风机（1）的输出端连接，支路二输入端与SOEC电堆（12）的空气极尾气排气口连接，支路一输出端与电加热器（3）的输入端连接；空气换热器（2），用于将风机（1）输出的空气与SOEC电堆（12）排出的高温空气极尾气进行热交换，获得高温空气传输至电加热器（3）。
[0009]上述进一步改进方案的有益效果是：使用空气换热器（2）作为空气极侧的第一级换热器，将风机（1）送入的空气与SOEC电堆（12）排出的高温空气极尾气进行热交换，有效提高了能源利用效率。
[0010]进一步，该系统还包括还包括燃气换热器（9）；其中，燃气换热器（9）设置于蒸汽发生器（8）、空气
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燃气换热器（4）之间，其支路一输入端与蒸汽发生器（8）的输出端连接，支路一输出端与空气
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燃气换热器（4）的燃气支路的输入端连接，支路二输入端与SOEC电堆（12）的燃料极尾气排气口连接，支路二输出端与压缩机（14）连接；燃气换热器（9），用于作为第一级换热器，将蒸汽发生器（8）输出的水蒸气、CO2的混合气体与SOEC电堆（12）排出的高温燃料极尾气进行热交换，获得额定温升的水蒸气、CO2的混合气体传输至空气
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燃气换热器（4）进行第二级换热，以及，获得额定温降的燃料极尾气传输至压缩机（14）进行压缩。
[0011]上述进一步改进方案的有益效果是：使用燃气换热器（9）作为燃料极侧的第一级换热器，将蒸汽发生器（8）输出的水蒸气、CO2的混合气体与SOEC电堆（12）排出的高温燃料极尾气进行热交换，有效提高了能源利用效率。
[0012]进一步，该系统还包括高温循环泵（13）；其中，高温循环泵（13）的输入端与SOEC电堆（12）的燃料极尾气排气口连接，输出端与SOEC电堆（12）的燃料进气口连接。
[0013]上述进一步改进方案的有益效果是：使用高温循环泵（13）将燃料极尾气引入SOEC电堆（12）的燃料进气口（燃料极入口），使未反应的高温燃料气再次进入SOEC电堆（12）参加反应，提高了燃料的利用率。
[0014]进一步，该系统还包括依次连接的水箱（6）、水泵（7）；其中，水泵（7）的输出端与蒸汽发生器（8）的进水口连接。
[0015]上述进一步改进方案的有益效果是：能够精准地控制进入蒸汽发生器（8）的水流量。
[0016]进一步，该系统还包括冷凝器（17）、气水分离器（18）、增压泵（19）；其中，费托反应器（16）的输出端经上述冷凝器（17）与气水分离器（18）的输入端连接；气水分离器（18）的出水端与水箱（6）的进水口连接，其出气端经上述增压泵（19）与储气罐（20）的进气口连接。
[0017]上述进一步改进方案的有益效果是：实现了水的循环利用，提高了水的利用率。
[0018]进一步，该系统还包括氢气高压储气瓶；其中，氢气高压储气瓶的输出端与混合器（11）的氢气输入端连接。
[0019]上述进一步改进方案的有益效果是：可以提供高压的氢气。
[0020]进一步，该系统还包括控制器；
控制器，用于获取并控制进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量，获取并控制进入蒸汽发生器（8）的水流量，获取并控制进入混合器（11）的氢气流量；以及，在识别SOEC电堆（12）输出的气体为氢气与CO气体后，启动高温循环泵（13），将SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气导回SOEC电堆（12）的燃料进气口。
[0021]上述进一步改进方案的有益效果是：通过一个控制器实现了整个系统的启动与运行控制，降低了人工成本以及控制难度。
[0022]进一步，所述控制器进一步包括：数据采集单元，用于获取进入SOEC电堆（12）的空气流量和温度，燃料气体中CO2气体、氢气、水蒸气各自的流量和温度，以及识别SOEC电堆（12）入堆和出堆的气体类型及流量，发送至数据处理与控制单元；数据处理与控制单元，用于在识别SOEC电堆（12）输出的气体为氢气与CO气体后，启动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，包括SOEC电堆（12）、风机（1）、电加热器（3）、空气
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燃气换热器（4）、蒸汽发生器（8）、混合器（11）、压缩机（14）、重整器（15）、费托反应器（16）、储气罐（20）；其中，风机（1）、电加热器（3）、空气
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燃气换热器（4）的空气支路依次连接，获得高温空气至SOEC电堆（12）的空气进气口；蒸汽发生器（8）获得的水蒸气、CO2的混合气体经空气
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燃气换热器（4）的燃气支路进入混合器（11）中，与氢气混合后，输出至SOEC电堆（12）的燃料进气口；SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气依次经压缩机（14）、重整器（15）进入费托反应器（16），获得甲烷或烃类燃料气体输送至储气罐（20）存储。2.根据权利要求1所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括空气换热器（2）；其中，空气换热器（2）设置于风机（1）、电加热器（3）之间，其支路一输入端与风机（1）的输出端连接，支路二输入端与SOEC电堆（12）的空气极尾气排气口连接，支路一输出端与电加热器（3）的输入端连接；空气换热器（2），用于将风机（1）输出的空气与SOEC电堆（12）排出的高温空气极尾气进行热交换，获得高温空气传输至电加热器（3）。3.根据权利要求1或2所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括燃气换热器（9）；其中，燃气换热器（9）设置于蒸汽发生器（8）、空气
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燃气换热器（4）之间，其支路一输入端与蒸汽发生器（8）的输出端连接，支路一输出端与空气
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燃气换热器（4）的燃气支路的输入端连接，支路二输入端与SOEC电堆（12）的燃料极尾气排气口连接，支路二输出端与压缩机（14）连接；燃气换热器（9），用于作为第一级换热器，将蒸汽发生器（8）输出的水蒸气、CO2的混合气体与SOEC电堆（12）排出的高温燃料极尾气进行热交换，获得额定温升的水蒸气、CO2的混合气体传输至空气
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燃气换热器（4）进行第二级换热，以及，获得额定温降的燃料极尾气传输至压缩机（14）进行压缩。4.根据权利要求3所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括高温循环泵（13）；其中，高温循环泵（13）的输入端与SOEC电堆（12）的燃料极尾气排气口连接，输出端与SOEC电堆（12）的燃料进气口连接。5.根据权利要求1、2、4之一所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括依次连接的水箱（6）、水泵（7）；其中，水泵（7）的输出端与蒸汽发生器（8）的进水口连接。6.根据权利要求5所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括冷凝器（17）、气水分离器（18）、增压泵（19）；其中，费托反应器（16）的输出端经上述冷凝器（17）与气水分离器（18）的输入端连接；气水分离器（18）的出水端与水箱（6）的进水口连接，其出气端经上述增压泵（...

【专利技术属性】
技术研发人员：马征，刘亚迪，胡浩然，
申请(专利权)人：北京思伟特新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：