使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的方法及装置，包括固体氧化物燃料电池，其结构包括壳体、燃料电池管和阴极床料；壳体上设有阴极气体入口和阴极气体出口，阴极气体包括待处理的氧化亚氮；壳体内设置有至少一根燃料电池管，壳体内壁与至少一根燃料电池管的阴极外壁之间形成腔体，阴极床料填充于腔体内；壳体内设有布风板，阴极气体由阴极气体入口流入经布风板导流进入腔体内，可促使阴极床料处于流化状态；燃料电池管两端分别与布风板、壳体固定连接。通过阴极床料流化增强腔体内反应强度，同时解决因氧化亚氮分解放热所产生的温度不均现象，提升氧化亚氮分解率及燃料电池的安全性。电池的安全性。电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的方法及装置


[0001]本专利技术涉及氧化亚氮尾气处理
，尤其是一种使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的方法及装置。

技术介绍

[0002]N2O被列为六大温室气体之一，因为它会严重消耗臭氧层并引起温室效应，其中全球变暖潜能值(GWP)是CO2的310倍。在硝酸和己二酸的生产过程中，产生的废气中一氧化二氮的含量可达50％，如果废气不进行处理，每生产1吨己二酸将排放约0.25吨一氧化二氮气体。
[0003]N2O的去除途径包括高温热分解、非选择性催化还原和直接催化分解。其中，直接催化分解被认为是最有前景的途径，因为N2O在催化剂的作用下被分解为氮气和氧气，不会产生二次污染物。一氧化二氮的分解催化剂主要有负载型贵金属催化剂、分子筛催化剂、半导体光催化剂和金属氧化物催化剂等几种。其中钙钛矿基金属氧化物催化剂不仅成本低，而且在500
‑
850℃的操作温度下表现出良好的热稳定性。
[0004]SOFC是一种能将燃料的化学能直接高效转化为电能的能源装置。现有技术中，一些可作为一氧化二氮分解催化剂的钙钛矿材料也被广泛用于温度相近的固体氧化物燃料电池(SOFC)的阴极，如La
δ
Sr1‑
δ
MnO3、La
δ
Sr1‑
δ
CoO3、La
δ
Sr1‑
δ
FeO3、和La
δ
Sr1‑
δ
Co
ε
Fe1‑
ε<br/>O3。但在SOFC中直接使用一氧化二氮作为氧化剂时，由于气体与催化剂的接触面积小，一氧化二氮的转化率较低。一氧化二氮分解是放热反应2N2O＝2N2+O2(H
298
＝
‑
163kJ/mol)，它将影响SOFC阴极表面的温度场分布。温度不均会加剧电极与电解质材料间膨胀度的不匹配，进而破坏SOFC机械结构，给整个系统带来安全性问题。
[0005]专利CN105396460B提供了一种氮氧化合物综合净化系统，在高温条件下，利用焦炭和活性炭的混合物，将处理气中的NO
x
脱除完全，同时部分脱除N2O；然后在中低温条件下利用N2O高效分解催化剂将气体中剩余的N2O催化分解为N2和O2。该系统为两步脱除工艺，N2O的处理过程中规中矩，但是仍然需要额外增加设备处理尾气，处理后的尾气也没有得到任何利用，存在一定的能量及效率损失。
[0006]专利CN111330437A提供了一种己二酸生产中多种污染物协同净化的方法及系统，首先使用干燥器降低尾气中水汽含量，然后进入换热器进行预热并加入一定量的空气和氨气，随后在固定床反应器中进行催化反应。此系统实现了NO
X
和N2O的联合处理，系统较传统工艺也大幅简化，但是氧化亚氮虽然是一种污染物，但是直接分解产生的氮氧比例为2∶1，还可以进行二次利用，提升物质和能量的双重利用效率。
[0007]专利CN111013382A提供了一种己二酸生产装置尾气处理装置及方法，此系统通过前级预处理系统、尾气增压系统、纯化系统、低温精馏系统以及催化分解系统，将己二酸生产尾气中的氧化亚氮进行回收。虽然系统中的氧化亚氮得到了二次利用，但是系统过于复杂，且能耗较高。
[0008]与固定床相比，流化床具有更高的传热传质速率和更大的气固接触面积，被广泛
应用于气固两相反应。此外，流化床反应器还具有反应强度高、易于放大的优点。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的方法及装置，提高氧化亚氮分解率，并提升燃料电池系统安全性和稳定性。
[0010]本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]一种使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的装置，包括固体氧化物燃料电池，其结构包括壳体、燃料电池管和阴极床料；所述壳体上设有阴极气体入口和阴极气体出口，阴极气体包括待处理的氧化亚氮；所述壳体内设置有至少一根所述燃料电池管，所述燃料电池管两端设有阳极气体入口和阳极气体出口；所述壳体内壁与至少一根所述燃料电池管的阴极外壁之间形成腔体，所述阴极床料填充于所述腔体内；所述壳体内设有布风板，阴极气体由所述阴极气体入口流入经所述布风板导流后进入腔体内，可促使所述阴极床料处于流化状态；所述燃料电池管两端分别与布风板、壳体固定连接。
[0012]其进一步技术方案为：
[0013]所述阴极床料为钙钛矿基金属氧化物颗粒状催化剂。
[0014]所述壳体外部设置加热或保温装置。
[0015]所述燃料电池管采用阳极支撑、金属支撑或电解质支撑结构，使用时将燃料电池管阴极和阳极分别连接到相应的电子负载上。
[0016]一种使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的方法，将燃料电池管加热到620℃
‑
720℃，然后分别向燃料电池管和腔体中输入阳极气体和用作阴极气体的含氧化亚氮的气体；阴极气体使阴极床料处于流化状态，利用流化状态的阴极床料作为催化剂促进氧化亚氮的分解反应，同时促进分解反应释放的热量分布均匀，促使燃料电池管温度均匀分布，同时利用氧化亚氮分解反应释放的氧气提升阴极气体中氧气浓度，从而提升燃料电池管的输出功率。
[0017]其进一步技术方案为：
[0018]阴极床料采用包覆镧锶铁粉体(LSF)的氧化铈颗粒，颗粒直径100
‑
300μm。
[0019]利用电加热炉对燃料电池管加热，或者向燃料电池管内通入高温气体进行加热。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]本专利技术提出了一种固定氧化物燃料电池与阴极流化床协同处理氧化亚氮气体的装置及方法。将固体氧化物燃料电池以氧化亚氮作为阴极气体，以阴极气体驱动阴极床料形成流化态，阴极床料一方面作为催化剂增加了与阴极气体的接触面积提高了催化效果可促进氧化亚氮的分解反应，另一方面通过流化状态促使整个装置的温度场分布更加均匀，实现了氧化亚氮的清洁高效处理，并获得了较高的氧化亚氮转化率；处理氧化亚氮含量较高的尾气时，氧化亚氮分解后可以提升氧气浓度，氧化物燃料电池性能也会随之提升。
[0022]本专利技术和传统尾气处理方法相比，无需额外增加催化分解设备，同时高性能的固定氧化物燃料电池可构建多电池堆，为其他系统供电，实现氧化亚氮的高效处理和应用，工艺成本低廉，本专利技术的固定氧化物燃料电池具有易于放大的特点，装置容量大小灵活，应用前景广泛。
附图说明
[0023]图1为本专利技术装置具体实施例的结构示意图。
[0024]图2为本专利技术方法具体实施例的不同工况下燃料电池性能示意图。
[0025]图3为本专利技术方法具体实施例的不同工况下燃料电池的温度分布图。
[0026]图4为本专利技术方法具体实施例的不同工况下氧化亚氮分解率图。
[0027]图中：1、阴极气体出口；2、燃料电池管；3、阴极床料；4、壳体；5、阴极气体入口；6、布风板；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的装置，其特征在于，包括固体氧化物燃料电池，其结构包括壳体(4)、燃料电池管(2)和阴极床料(3)；所述壳体(4)上设有阴极气体入口(5)和阴极气体出口(1)，阴极气体包括待处理的氧化亚氮；所述壳体(4)内设置有至少一根所述燃料电池管(2)，所述燃料电池管(2)两端设有阳极气体入口(9)和阳极气体出口(8)；所述壳体(4)内壁与至少一根所述燃料电池管(2)的阴极外壁之间形成腔体(10)，所述阴极床料(3)填充于所述腔体(10)内；所述壳体(4)内设有布风板(6)，阴极气体由所述阴极气体入口(5)流入、经所述布风板(6)导流后进入腔体(10)内，可促使所述阴极床料(3)处于流化状态；所述燃料电池管(2)两端分别与布风板(6)、壳体(4)固定连接。2.根据权利要求1所述的使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的装置，其特征在于，所述阴极床料(3)为钙钛矿基金属氧化物颗粒状催化剂。3.根据权利要求1所述的使用燃料电池处理氧化亚氮尾气的装置，其特征在于，所述壳体(4)外部设置加热或保温装置(7)。4.根据权利要求1所述的使用燃料电池处...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖睿，崔东旭，吴石亮，李桃，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：