一种固体氧化物氨燃料电池发电的方法及系统与流程

专利2026-01-19  15


本公开涉及燃料电池领域,具体地,涉及一种固体氧化物氨燃料电池发电的方法及系统。


背景技术:

1、氨作为一种无碳富氢化合物,其价廉、不易燃、易于储存和运输,产业基础完善,可弥补氢作为燃料所面临的不足,是一种可广泛应用的零碳燃料。氨可通过可再生能源制得,能够实现全流程近零碳排放。固体氧化物燃料电池具有能量转换效率高、环境友好等突出优点,理论发电效率高达80%以上,可以将氨的化学能直接转化成电能。

2、以氨为燃料的固体氧化物燃料电池通常先将氨分解为氢气和氮气后,以氢作为固体氧化物燃料电池的燃料。目前固体氧化物燃料电池单电堆发电功率较低,发电系统需要将电堆集成;且氨分解反应为吸热反应,对于反应温度较为敏感,分布式固体氧化物燃料电池发电系统的热管理难度较大。


技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种固体氧化物氨燃料电池发电的方法及系统,以解决现有技术中存在的热管理难度较大,能量利用率不高以及发电功率较低的问题。

2、为了实现上述目的,本公开第一方面提供一种固体氧化物氨燃料电池发电的方法该方法包括:使液氨进入汽化装置进行汽化处理,得到汽化氨;使所述汽化氨经阳极换热器换热后进入燃料电池的阳极进行电化学反应并产生阳极尾气;使所述阳极尾气进入所述阳极换热器与所述汽化氨换热,得到换热后阳极尾气;使第一空气经阴极换热器换热后进入燃料电池的阴极进行电化学反应并产生阴极尾气;使所述换热后阳极尾气、所述阴极尾气和第二空气进入燃烧器中进行燃烧处理,得到燃烧尾气;使所述燃烧尾气进入所述阴极换热器与所述第一空气换热后,得到换热后燃烧尾气;使所述换热后燃烧尾气进入所述汽化装置与所述液氨换热后放空。

3、可选地,所述燃料电池中的阳极材料包括金属催化剂和金属氧化物;所述金属催化剂包括金属镍和/或金属铈;所述金属氧化物包括氧化钇和/或氧化锆;以所述阳极材料的总重量为基础,所述金属催化剂的含量为10~40重量%,所述金属氧化物的含量为60~90重量%。

4、可选地,所述金属催化剂为金属镍。

5、可选地,在所述燃料电池的阳极的电化学反应的温度为650~800℃;在所述燃料电池的阴极的电化学反应的温度为650~800℃。

6、可选地,所述汽化氨的温度为250~450℃;换热后的汽化氨的温度为600~750℃;所述阳极尾气的温度为650~800℃;所述换热后阳极尾气的温度为300~500℃。

7、可选地,所述燃烧尾气的温度为700~1000℃;所述换热后燃烧尾气的温度为300~500℃;所述换热后的第一空气的温度为600~750℃。

8、可选地,该方法还包括,使经引风机升压后的空气中的一部分作为所述第一空气,另一部分作为所述第二空气;所述第一空气与所述第二空气的体积比为(5~20):1。

9、可选地,所述燃烧尾气中氮氧化物的含量在50ppm以下。

10、本公开第二方面提供一种固体氧化物氨燃料电池发电的系统,该系统包括:汽化装置、阳极换热器、燃料电池、燃烧器和阴极换热器;所述汽化装置包括液氨入口、换热后燃烧尾气入口、放空尾气出口和汽化氨出口;所述燃料电池包括阳极进料入口、阴极进料入口、阳极尾气出口和阴极尾气出口;所述燃烧器包括换热后阳极尾气入口、阴极尾气入口、空气入口和燃烧尾气出口;所述汽化装置的液氨入口与液氨源连通,所述汽化装置的汽化氨出口与所述阳极换热器的入口连通;所述阳极换热器的出口与所述燃料电池的阳极进料入口连通;所述燃料电池的阳极尾气出口与所述阳极换热器的换热介质入口连通;所述阳极换热器的换热介质出口与所述燃烧器的换热后阳极尾气入口连通;所述阴极换热器的入口与空气源连通,所述阴极换热器的出口与所述燃料电池的阴极进料入口连通;所述燃料电池的阴极尾气出口与所述燃烧器的阴极尾气入口连通;所述燃烧器的空气入口与空气源连通,所述燃烧器的燃烧尾气出口与所述阴极换热器的换热介质入口连通;所述阴极换热器的换热介质出口与汽化装置的换热介质入口连通;所述汽化装置的换热介质出口与大气连通。

11、可选地,该系统还包括引风机;所述引风机包括空气入口、第一空气出口和第二空气出口;所述引风机的入口与所述空气源连通;所述引风机的第一空气出口与所述阴极换热器的入口连通;所述引风机的第二空气出口与所述燃烧器的空气入口连通。

12、通过上述技术方案,本公开利用固体氧化物燃料电池操作温度高以及其阳极的金属镍具有催化作用使汽化氨分解成氢气进行电化学反应,能够提高氨的转化率,并且,通过充分利用阳极尾气和燃料尾气中得热量,能够提升系统的整体能量效率。另外,使汽化氨直接在阳极中进行分解及反应,能够避免系统中增设氨预分解装置,可以增加系统的经济效应。

13、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。



技术特征:

1.一种固体氧化物氨燃料电池发电的方法,其特征在于,该方法包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述燃料电池中的阳极材料包括金属催化剂和金属氧化物;

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述金属催化剂为金属镍。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述燃料电池的阳极的电化学反应的温度为650~800℃;在所述燃料电池的阴极的电化学反应的温度为650~800℃。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述汽化氨的温度为250~450℃;换热后的汽化氨的温度为600~750℃;

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述燃烧尾气的温度为700~1000℃;所述换热后燃烧尾气的温度为300~500℃;

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法还包括,使经引风机升压后的空气中的一部分作为所述第一空气,另一部分作为所述第二空气;

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述燃烧尾气中氮氧化物的含量在50ppm以下。

9.一种固体氧化物氨燃料电池发电的系统,其特征在于,该系统包括:汽化装置、阳极换热器、燃料电池、燃烧器和阴极换热器;

10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,该系统还包括引风机;所述引风机包括空气入口、第一空气出口和第二空气出口;


技术总结
本公开涉及一种固体氧化物氨燃料电池发电的方法及系统,该方法包括:使液氨进入汽化装置进行汽化处理,得到汽化氨;使汽化氨经阳极换热器换热后进入燃料电池的阳极进行电化学反应并产生阳极尾气;使阳极尾气进入阳极换热器与汽化氨换热,得到换热后阳极尾气;使第一空气经阴极换热器换热后进入燃料电池的阴极进行电化学反应并产生阴极尾气;使换热后阳极尾气、阴极尾气和第二空气进入燃烧器中进行燃烧处理,得到燃烧尾气;使燃烧尾气进入阴极换热器与第一空气换热后,得到换热后燃烧尾气;使换热后燃烧尾气进入汽化装置与液氨换热后放空。采用本公开的技术方案,能够提升系统的整体能量效率。

技术研发人员:许明,李初福,龚思琦,于双恩,薛云鹏
受保护的技术使用者:国家能源投资集团有限责任公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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