【技术实现步骤摘要】
一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统及方法
[0001]本专利技术属于尾气处理
，具体涉及一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统及方法。
技术介绍
[0002]石油化工场所在炼油产油过程中，会产生大量挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)，其具有光化学活性，排放到大气中会通过复杂的物化反应促进细颗粒物和臭氧的形成，因而日益受到社会关注。有效控制VOCs已成为现阶段我国大气环境治理领域中的热点问题。
[0003]石油化工企业VOCs排放量较大，排放源大致分为储罐排放、装卸过程排放、废水处理系统排放、设备泄露排放、循环冷却水系统排放、燃烧烟气排放、有组织工艺废气排放、无组织工艺废气排放等。VOCs成分多为有机气体，不能直接排放到大气中，需要经过一定工艺进行处理，达到国家和地区污染源排放标准后才能排放到大气中。工业排放VOCs种类繁多，物理和化学性质差异大，单一治理技术难以有效治理；排放条件复杂(例如：温度、湿度、风量、颗粒物浓度等)；排放方式不固定，浓度无规律，浓度范围波动较大；排放环节多而散，无组织逸散普遍，特别是具有臭味的VOCs。
[0004]我国石化行业的VOCs传统处理技术主要包括：
[0005]非破坏性处理方式，主要包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等；
[0006]破坏性处理方式，主要是通过直接燃烧法和催化燃烧法等；
[0007]以及二者结合应用的处理方式。
[0008]但上述处理技术存在以下问题：>[0009]吸附法、吸收法：活性炭的制备需要耗费大量的森林煤炭资源，活性炭及吸收剂易达饱和，均需定期更换，因此不适合处理高浓度VOCs；由于只是相间转移，并没有降解有机物，所以存在二次污染的问题。
[0010]冷凝法：当VOCs浓度较低时，可采用降低冷凝介质的浓度或者增大系统的压力来提高回收率。但是，此做法一方面会造成更高的设备投资和处理成本，另一方面，由于受相平衡的制约，当有机物蒸汽压较高时，冷凝处理后的废气中VOCs含量依然高于排放标准。
[0011]膜分离法：设备成本较高，因此最好用于高浓度、小流量和有较高回收价值的有机溶剂的回收。
[0012]催化燃烧法：对工艺条件要求较高，处理有机废气前必须对废气进行前处理以避免催化剂中毒或失活，且不能处理含硫或含氮等在燃烧过程中会造成二次污染的有机废气。
[0013]直接燃烧法：能耗大，运行成本较高，产生氮氧化物等二次污染物。
[0014]现阶段，针对VOCs石化尾气的处理技术选择较为单一，只能选择以上方法，处理过程耗费较大，经济型较差，且能源综合利用度较低。
[0015]固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种在高温下直接将储
存在燃料和氧化剂中的化学能高效、清洁地转化为电能的全固态能量转化装置，能量的一次转化效率可达50％
‑
60％，组成联合循环的发电效率可达60％
‑
70％，热电联供的综合效率＞85％。但是现阶段将SOFC与石油化工企业VOCs尾气处理相结合的技术少之又少，存在技术空白。
技术实现思路
[0016]为解决现有技术中存在的石化VOCs尾气处理低能效、处理过程能源消耗过高以及低经济性的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统及方法。
[0017]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0018]一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，包括：
[0019]自热重整单元，用于对VOCs尾气进行预处理，产生重整气体；
[0020]SOFC发电单元，其与自热重整单元相连，所述SOFC发电单元利用自热重整单元产生的气体进行发电；
[0021]储能系统，其与SOFC发电单元相连，用于储存电能；
[0022]热处理单元，其与SOFC发电单元相连，用于实现能量分配及利用。
[0023]进一步的，所述自热重整单元包括沿气体流向顺序设置并相连通的自热重整反应器和氢气钯膜分离器。
[0024]进一步的，所述SOFC发电单元包括SOFC电堆模组，所述SOFC电堆模组包括若干个单电池反应单元和连接体，单电池反应单元之间通过连接体紧密相连并呈层状排列成型。
[0025]进一步的，所述热处理单元包括尾部燃烧器、第一换热器、第二换热器和冷凝器，所述尾部燃烧器输入端分别与SOFC发电单元和自热重整单元的氢气钯膜分离器相连，所述尾部燃烧器输出端与第一换热器相连通再依次连通第二换热器和冷凝器。
[0026]进一步的，所述自热重整反应器的其中一个入口管路上沿气体流向顺序设置有第一旋拧阀和第一质量流量计，外部空气依次通过第一旋拧阀和第一质量流量计进入自热重整反应器内。
[0027]进一步的，所述自热重整反应器的其中一个入口管路上沿气体流向顺序设置有第二旋拧阀、去离子水泵和水气化室。
[0028]进一步的，所述自热重整反应器的其中一个入口管路上沿气体流向顺序设置有增压泵、单向阀及第二质量流量计。
[0029]进一步的，所述自热重整反应器100的其中一个入口管路上沿气体流向顺序设置有第四旋拧阀和第三质量流量计。
[0030]进一步的，所述氢气钯膜分离器通过第三旋拧阀依次连通冷却肼、废液收集皿和气相色谱仪。
[0031]一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理方法，采用如上所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统进行尾气处理，包括以下步骤：
[0032]空气A1经第一旋拧阀进入第一质量流量计，经过第一质量流量计控制定量输出两股空气流，分别记为空气A2和空气A3，空气A3和空气A2分别进入自热重整单元的自热重整反应器和SOFC发电单元的SOFC电堆模组；
[0033]去离子水C1经第二旋拧阀后形成去离子水C2，再通过去离子水泵精确控制计量得到去离子水C3，经过水气化室进行汽化，产生水蒸气C4，进入自热重整单元的自热重整反应器100内；
[0034]石化VOCs尾气D1经增压泵增压后得到VOCs尾气D2，流经单向阀，经过第二质量流量计控制定量输出VOCs尾气D3，进入第二换热器后形成VOCs尾气D4，进入自热重整单元的自热重整反应器内；
[0035]自热重整反应器内，空气A3、水蒸气C4、VOCs尾气D4混合，在700
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800℃高温反应条件下，经过催化反应界面裂解，生成富氢重整气体S1，再进入氢气钯膜分离器内，富氢重整气体S1经氢气钯膜分离器提纯后形成富氢尾气流股S2和气体流股Sw2，分别进入SOFC发电单元和尾部燃烧器，分别进行电化学反应和催化燃烧反应，并分别产生电能和大量热能；
[0036]SOFC电堆模组内，空气A2与富氢尾气流股S2进行电化学反应，产生电能和热能；
[0037]从尾部燃烧器排出尾气流股Sw3，进入第一换热器内，对水蒸气本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，包括：自热重整单元，用于对VOCs尾气进行预处理，产生重整气体；SOFC发电单元，其与自热重整单元相连，所述SOFC发电单元利用自热重整单元产生的气体进行发电；储能系统，其与SOFC发电单元相连，用于储存电能；热处理单元，其与SOFC发电单元相连，用于实现能量分配及利用。2.根据权利要求1所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，所述自热重整单元包括沿气体流向顺序设置并相连通的自热重整反应器和氢气钯膜分离器。3.根据权利要求1所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，所述SOFC发电单元包括SOFC电堆模组，所述SOFC电堆模组包括若干个单电池反应单元和连接体，单电池反应单元之间通过连接体紧密相连并呈层状排列成型。4.根据权利要求1所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，所述热处理单元包括尾部燃烧器、第一换热器、第二换热器和冷凝器，所述尾部燃烧器输入端分别与SOFC发电单元和自热重整单元的氢气钯膜分离器相连，所述尾部燃烧器输出端与第一换热器相连通再依次连通第二换热器和冷凝器。5.根据权利要求2所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，所述自热重整反应器的其中一个入口管路上沿气体流向顺序设置有第一旋拧阀和第一质量流量计，外部空气依次通过第一旋拧阀和第一质量流量计进入自热重整反应器内。6.根据权利要求2所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，所述自热重整反应器的其中一个入口管路上沿气体流向顺序设置有第二旋拧阀、去离子水泵和水气化室。7.根据权利要求2所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，所述自热重整反应器的其中一个入口管路上沿气体流向顺序设置有增压泵、单向阀及第二质量流量计。8.根据权利要求2所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，所述自热重整反应器100的其中一个入口管路上沿气体流向顺序设置有第四旋拧阀和第三质量流量计。9.根据权利要求2所述的一种基于固体氧化物燃料电池的尾气处理系统，其特征在于，所述氢气钯膜分离器通过第三旋拧阀依次连通冷却肼、...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏鹏，张秀成，秦江阳，
申请(专利权)人：中弗无锡新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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