[发明专利]一种将低浓煤层气利用中高温燃料电池发电的方法

说明书

本发明属于低浓度煤层气清洁高效利用技术领域，具体涉及一种利用高温燃料电池将低浓度煤层气发电的方法。针对现有低浓度煤层气利用内燃机发电，发电效率低，本发明通过搭建固定床催化装置；然后取一定量的催化剂置于反应器中间位置，并将反应器置于催化炉中，催化剂位于催化炉中间位置；再搭建中高温燃料电池发电装置；最后将固定床催化装置的气体出口和高温燃料电池发电装置的入口相连，将固定床反应装置中的催化剂原位还原；通过质量流量控制器控制反应气体的流量，设定低浓度煤层气的总流量，将原料气通入催化反应装置，将固定床催化装置的加热炉和高温燃料电池发电装置的加热炉升温，即可发电。

技术领域

本发明属于低浓度煤层气清洁高效利用技术领域，具体涉及一种利用高温 燃料电池将低浓度煤层气发电的方法。

背景技术

低浓度煤层气是甲烷与空气的混合物，甲烷浓度随抽采方式和开采环境不 同而变化。甲烷浓度在5-16％属于易爆范围，加压输送易发生爆炸，存在严重的 安全隐患，这类低浓度煤层气只能就地转化。目前我国煤矿低浓度煤层气主要 用于燃烧发电。甲烷的燃烧温度高达1600℃，高温燃烧易产生大量的氮氧化物 等，造成PM2.5的频发。另外，国家煤矿安全管理部门规定煤层气电站建设的 条件是煤层气抽放量100万立方米/年，煤层气浓度在6-25％之间。这对于地理 位置分散、气量小的矿井无法利用煤层气发电，大多无效燃烧排放。目前30％ 以下低浓度煤层气发电主要采用内燃机发电，燃料从化学能到热能、机械能再 到电能的转化受卡诺循环限制，发电效率低，约为27-40％。此外，由于受甲烷 浓度波动的影响，还需要利用高、低浓度煤层气掺混技术。提浓也是低浓度煤 层气的利用方式之一，但是低浓度煤层气中甲烷含量低，并含有大量氧气，如 果直接将其提纯浓缩，在加工过程中存在爆炸隐患。采用化学燃烧法脱氧，也是提纯低浓度煤层气的一种有效手段，但是这种方式是以牺牲一定量甲烷为代 价的，并仅适用于有热能需求的场所，同时提升的浓度有限，不能完全契合我 国倡导的“建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系”。

综上所述，虽然我国的低浓度煤层气资源丰富，但实际利用的数量和水平 还非常有限，大量的无效燃烧排放造成严重的资源浪费和环境污染，迫切需要 清洁高效的能源利用技术。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型的发电装置，燃料的化学能直接 转化为电能，发电效率在45％以上，如果采用热电联产，能量利用效率可高达 80％以上。由于燃料电池中没有燃烧过程，没有机械能和热能的中间媒介，系统 运行噪音低、效率高、污染低，NO_x的排放量不足4mg/m³(6％O₂的标准状态)， 被认为是继火电、水电、核电之后的第四代能源。SOFC积木化的组装方式使其 可以根据气源大小和用户需求组装，特别适用于分布式能源供应。现有的基于 镍基阳极的SOFC直接用氢气作燃料时已有很好的发电性能，而碳氢化合物直 接燃料电池(以下简称碳氢直燃电池)还处在初创阶段。如果碳氢化合物直接 与电池阳极接触，会在阳极发生严重的积碳，导致电池系统被损坏。

发明内容

针对现有低浓度煤层气利用率低的现状，本发明提供了一种将低浓煤层气 利用中高温燃料电池发电的方法，实现低浓煤层气清洁高效利用。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种将低浓煤层气利用中高温燃料电池发电的方法，包括如下步骤：

步骤1，搭建固定床催化装置；

步骤2，取催化剂置于反应器中间位置，并将反应器置于催化炉中，催化剂 位于催化炉中间位置；

步骤3，搭建中高温燃料电池发电装置；

步骤4，将固定床催化装置的气体出口和高温燃料电池发电装置的入口相 连；