一种固体氧化物燃料电池零碳发电系统及发电工艺技术方案

本发明专利技术将熔融金属裂解天然气制氢工艺和高温固体氧化物燃料电池发电工艺相结合，直接以天然气脱硫净化，采用熔融金属对天然气进行熔融金属裂解脱碳，得到“碳”产品的同时，利用分离器将熔融金属裂解混合气中的氢气降温、分离提纯、降压、升温，高温纯氢气直接作为高温固体氧化物燃料电池电堆的发电原料发电。这样一方面减少熔融金属裂解制氢工艺的能耗，另一方面，直接利用熔融金属裂解高温氢气在高温固体氧化物燃料电池中发电，实现以天然气熔融金属脱碳制氢，以氢为燃料的高温固化氧化物燃料电池的“零碳”排放发电工艺。排放发电工艺。排放发电工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池零碳发电系统及发电工艺


[0001]本专利技术涉及高温固体氧化物燃料电池发电
，更具体的说是涉及一种高温固体氧化物燃料电池零碳发电系统及发电工艺。

技术介绍

[0002]以天然气重整制氢的高温固体氧化物燃料电池发电技术中，因未进行脱碳处理，天然气中的“碳”将以二氧化碳的形式排放，无法彻底解决天然气用于高温固体氧化物燃料电池发电的碳排放问题；另外以天然气重整气为高温固体氧化物燃料电池发电原料，会造成燃料电池的积碳污染问题，影响燃料电池的发电效率，劣化燃料电池的催化剂性能，最终降低燃料电池的发电效率和寿命。专利CN109372636A中公开了一种零碳排放的三循环整体煤气化燃料电池发电系统及方法，通过设置三循环发电方法实现了能量的梯级利用，但是该技术装置结构复杂，且需要以煤为原料进行发电，耗费能源。现有技术采用熔融金属熔融金属裂解天然气制氢和“碳”产品，采用分离提纯技术制取氢气，氢气再压缩贮存。天然气熔融金属裂解需要消耗热量，同时，系统存在各种换热设备，目前来看制氢成本较高。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种高温固体氧化物燃料电池零碳发电系统及发电工艺，通过将熔融金属裂解天然气制氢工艺和高温固体氧化物燃料电池发电系统工艺相结合，以解决现有技术中的问题。
[0004]本专利技术直接以天然气脱硫净化，在催化剂的支持下，对天然气进行熔融金属裂解脱碳，得到“碳”产品的同时，利用分离器将熔融金属裂解混合气中的氢气分离提纯、升温，高温纯氢气直接作为高温固体氧化物燃料电池的发电原料发电。这样一方面减少提纯工艺的能耗，另一方面，直接利用熔融金属裂解高温氢气在高温固体氧化物燃料电池中发电，实现以天然气脱碳制氢，以氢为燃料的高温固化氧化物燃料电池的“零碳”排放发电工艺。同时，以高温燃料电池的高温未反应完的尾气和提纯的氢气为燃料，在燃烧器中燃烧，为整个工艺的空气、天然气、氢气、熔融金属裂解反应器和燃料电池提供热能，达到能量的综合利用的同时，实现整个天然气脱碳、制氢、高温固体氧化物燃料电池发电工艺的“零碳”排放。
[0005]同时，以高温固体氧化物燃料电池的高温尾气和熔融金属裂解分离的氢气为燃料，在燃烧器中燃烧产生热量，为整个工艺的空气、天然气、氢气、熔融金属裂解反应器提供热能，达到能量的综合利用的同时，实现整个天然气脱碳、制氢、高温固体氧化物燃料电池发电工艺的“零碳”排放。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种高温固体氧化物燃料电池零碳发电系统，包括：空气处理单元、天然气处理单元、熔融金属裂解混合气处理单元和熔融金属裂解反应炉；
[0008]所述空气单元、天然气处理单元和熔融金属裂解混合气单元均与所述熔融金属裂解反应炉连接；
[0009]其中，所述空气处理单元包括：空气、空气一级预热器、启动电加热器一、空气二级预热器、冷空气旁路阀、高温固体氧化物燃料电池电堆和燃烧器；所述空气依次与所述空气一级预热器、启动电加热器一、空气二级预热器、冷空气旁路阀、高温固体氧化物燃料电池电堆和燃烧器连接；所述燃烧器与所述熔融金属裂解反应炉连接；
[0010]所述天然气处理单元包括：天然气、脱硫单元、压缩机和天然气预热器；所述天然气依次与所述、脱硫单元、压缩机和天然气预热器连接；所述天然气预热器与所述熔融金属裂解反应炉连接；
[0011]所述熔融金属裂解混合气处理单元包括：分离器、减压阀、氢气预热器和冷氢气旁路阀；所述分离器依次与所述减压阀、氢气预热器和冷氢气旁路阀连接；所述分离器通过所述空气一级预热器与所述熔融金属裂解反应炉连接；所述分离器还分别与所述燃烧器和所述压缩机连接；所述天然气预热器通过所述氢气预热器与所述空气二级预热器连接；所述冷氢气旁路阀与所述高温固体氧化物燃料电池电堆连接；
[0012]所述熔融金属裂解反应炉内设置有启动电加热器二。
[0013]优选的，上述系统还包括：水热换热器；所述水热交换器与所述熔融金属裂解反应炉连接。
[0014]优选的，上述系统还包括：尾气排放单元；所述尾气排放单元与所述空气二级预热器连接。
[0015]优选的，所述空气与所述空气一级预热器之间设置有支路一，所述空气通过支路一直接与所述冷空气旁路阀连接。
[0016]优选的，所述减压阀与所述氢气预热器之间设置有支路二、所述减压阀通过支路二直接与所述冷氢气旁路阀连接。
[0017]一种固体氧化物燃料电池零碳发电工艺，利用上述固体氧化物燃料电池零碳发电系统进行发电；具体包括以下步骤：
[0018](1)空气处理：经过滤后的空气，分为两路，一路进入冷空气旁路阀，用于高温固体氧化物燃料电池电堆的空气调温；另一路进入空气一级预热器吸收热能，加热后的热空气进入启动电加热器一(用于冷启动时对空气进行加热，正常运行后不使用)，经启动电加热器一的空气进入空气二级预热器吸收热能，再加热后的热空气与从冷空气旁路阀进入的冷空气混合实现调温，控制热空气的温度为高温固体氧化物燃料电池电堆所需温度，进入高温固体氧化物燃料电池电堆反应，高温固体氧化物燃料电池电堆产生的电能输出供用户使用，燃料电池反应后阳极的热空气尾气进入燃烧器参与燃烧，其热能和所余氧气得到进一步的利用；另外，启动电加热器一用于预热整个发电系统，发电系统正常工作后，启动电加热器一不工作；
[0019](2)天然气处理：天然气经脱硫单元脱硫处理后，经压缩机提升压力成为高压天然气，高压天然气经天然气预热器吸收来自氢气燃烧器提供热能成为高压高温天然气，高压高温天然气进入熔融金属裂解反应炉，在熔融金属裂解反应炉供热器加热(冷启动时由启动电加热器二提供热能，正常运行后由燃烧器燃烧氢气提供热能)的催化剂中脱碳、熔融金属裂解，天然气脱出的“碳”产品进入水热交换器，变为常温“碳”产品排出，水热交换器出来的热水可供生产、生活使用；
[0020](3)熔融金属裂解混合气处理：熔融金属裂解混合气进入空气一级预热器，将热能
交换给空气，降温后的熔融金属裂解混合气进入分离器分解出甲烷和氢气，分离出的甲烷与脱硫后的天然气一并进入熔融金属裂解反应炉中再熔融金属裂解，分离出的氢气分为两路：一路氢气送入燃烧器，作为燃料燃烧为整个系统提供热能，氢气燃烧后的产物为水，尾气中无碳排放，另一路氢气经减压阀减压后，得到低压氢气，低压氢气进入氢气预热器吸热，形成的低压高温氢气与来自冷氢气旁路阀的低压冷氢气混合，得到适于高温固体氧化物燃料电池电堆发电所需温度的低压高温氢气进入高温固体氧化物燃料电池电堆发电，所发电能输出供用户使用，发电后的剩余氢气送入燃烧器作为燃料燃烧为整个系统提供热能，燃烧器高温尾气中无碳排放，经各级热交换器降温后排放。
[0021]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0022](1)高温固体氧化物燃料电池发电系统的高温余热可以作为天然气熔融金属裂解脱碳反应的条件，燃料电池高温尾气中未完全反应的氢气进入燃烧器燃烧实现整个系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温固体氧化物燃料电池零碳发电系统，其特征在于，包括：空气处理单元、天然气处理单元、熔融金属裂解混合气处理单元和熔融金属裂解反应炉；所述空气单元、天然气处理单元和熔融金属裂解混合气单元均与所述熔融金属裂解反应炉连接；其中，所述空气处理单元包括：空气、空气一级预热器、启动电加热器一、空气二级预热器、冷空气旁路阀、高温固体氧化物燃料电池电堆和燃烧器；所述空气依次与所述空气一级预热器、启动电加热器一、空气二级预热器、冷空气旁路阀、高温固体氧化物燃料电池电堆和燃烧器连接；所述燃烧器与所述熔融金属裂解反应炉连接；所述天然气处理单元包括：天然气、脱硫单元、压缩机和天然气预热器；所述天然气依次与所述、脱硫单元、压缩机和天然气预热器连接；所述天然气预热器与所述熔融金属裂解反应炉连接；所述熔融金属裂解混合气处理单元包括：分离器、减压阀、氢气预热器和冷氢气旁路阀；所述分离器依次与所述减压阀、氢气预热器和冷氢气旁路阀连接；所述分离器通过所述空气一级预热器与所述熔融金属裂解反应炉连接；所述分离器还分别与所述燃烧器和所述压缩机连接；所述天然气预热器通过所述氢气预热器与所述空气二级预热器连接；所述冷氢气旁路阀与所述高温固体氧化物燃料电池电堆连接；所述熔融金属裂解反应炉内分别设置有启动电加热器二和反应炉供热器。2.根据权利要求1所述的一种高温固体氧化物燃料电池零碳发电系统，其特征在于，还包括：水热换热器；所述水热交换器与所述熔融金属裂解反应炉连接。3.根据权利要求2所述的一种高温固体氧化物燃料电池零碳发电系统，其特征在于，所述空气与所述空气一级预热器之间设置有支路一，所述空气通过支路一直接与所述冷空气旁路阀连接。4.根据权利要求3所述的一种高温固体氧化物燃料电池零碳发电系统，其特征在于，所述减压阀与所述氢气预热器之间设置有支路二、所述减压阀通过支路二直接与所述冷氢气旁路阀连接。5.一种固体氧化物燃料电池零碳发电工艺，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷宪章，周莹，张安安，廖长江，陈贵，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：