[发明专利]固体氧化物燃料电池系统、阳极尾气处理系统和尾气处理方法

说明书

本申请提供了一种固体氧化物燃料电池系统、尾气处理系统和尾气处理方法，固体氧化物燃料电池阳极尾气处理系统包括第一空气供应系统、分离过滤组件和质子交换膜燃料电池，第一空气供应系统用于为质子交换膜燃料电池提供空气，分离过滤组件用于将固体氧化物燃料电池的阳极尾气进行处理并将处理后的阳极尾气输送至质子交换膜燃料电池，第一空气供应系统提供的空气和分离过滤组件处理后的阳极尾气在质子交换膜燃料电池中发生反应并实现电力输出。本申请解决煤制合成气为燃料的固体氧化物燃料电池燃料总体利用率低的问题，提高了固体氧化物燃料电池燃料利用率，并将固体氧化物燃料电池产生的热量进行有效的阶梯利用。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，并且更具体的，涉及固体氧化物燃料电池系统、阳极尾气处理系统和尾气处理方法。

背景技术

我国煤炭资源相对丰富，在未来很长一段时间内仍将是我国的主要能源。随着中国对煤炭需求量的逐年增加，煤炭作为一种污染性较强且不可再生的能源，长期大量的使用势必会影响我国的生态环境和能源结构。煤炭的清洁高效利用不仅是绿色低碳发展大背景下实现煤炭可持续发展与环境友好发展的重要途径，也是我国能源发展的战略选择和节能减排重要手段。目前在整体煤气化联合循环发电(Integrated Gasification CombinedCycle，IGCC)的基础上发展的煤气化燃料电池发电(Integrated Gasification FuelcellCombined，IGFC)技术可以高效、清洁地利用煤炭资源，可以在高效发电的同时完成燃料电池内部CO₂富集，实现CO₂及污染物近零排放。IGFC发电系统主要包括煤气化、合成气脱硫、高温燃料电池、尾气纯氧燃烧、余热回收等过程，其中IGFC发电系统的核心技术和关键设备为固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料和氧化物中的化学能转化成电能的全固态化学发电装置。相比其他类型燃料电池，固体氧化物燃料电池不仅发电效率高，燃料适应性较广，而且抗衰减能力强，寿命长，对环境污染小，被誉为本世纪最有应用前景的绿色发电系统而日益受到广泛关注。煤气化合成气经纯化后的主要成分为一氧化碳和氢气，合成气作为燃料气体经固体氧化物燃料电池反应后主要成分为二氧化碳和水蒸气以及未反应完全的一氧化碳和氢气，固体氧化物燃料电池通常在700-1000℃下工作。

常规的尾气处理方法为阳极尾气经过换热后进行纯氧燃烧，燃烧后的烟气经过冷凝后进行二氧化碳捕集，这样的方法虽然能实现CO₂近零排放，但将阳极尾气直接燃烧，燃料的利用效率不高，且热量没有得到合理的阶梯利用。针对上述问题，设计一种能同时提高系统燃料利用率和将SOFC系统产生的热量进行有效的阶梯利用的固体氧化物燃料电池系统、阳极尾气处理系统和尾气处理方法就显得很有必要。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种固体氧化物燃料电池系统、尾气处理系统和尾气处理方法，解决煤制合成气为燃料的固体氧化物燃料电池燃料总体利用率低的问题，提高了固体氧化物燃料电池燃料利用率，并将固体氧化物燃料电池产生的热量进行有效的阶梯利用。

第一方面，本发明提供一种固体氧化物燃料电池阳极尾气处理系统，第一空气供应系统、分离过滤组件和质子交换膜燃料电池，所述第一空气供应系统用于为所述质子交换膜燃料电池提供空气，所述分离过滤组件用于将所述固体氧化物燃料电池的阳极尾气进行处理并将处理后的阳极尾气输送至所述质子交换膜燃料电池，所述第一空气供应系统提供的空气和所述分离过滤组件处理后的阳极尾气在所述质子交换膜燃料电池中发生反应并实现电力输出。

在一个实施方式中，所述分离过滤组件按照所述固体氧化物燃料电池的阳极尾气的流通方向依次包括：

水汽变换反应器，用于将所述固体氧化物燃料电池的阳极尾气中的CO转化为H₂和CO₂；

冷凝器，用于冷凝所述固体氧化物燃料电池的阳极尾气中的水蒸气；