一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置及其使用方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置及其使用方法，屬于新能源利用技術(shù)領(lǐng)域。本裝置包括SOFC系統(tǒng)，預(yù)熱室，預(yù)混室，流化室，布?xì)馐?，出口通道和分離箱I等結(jié)構(gòu)單元，該裝置使生物質(zhì)先在SOFC尾氣余熱中干燥和揮發(fā)分析出，再經(jīng)過水蒸氣氣化制氫，反應(yīng)后的氣化汽經(jīng)過冷卻提純。該裝置綜合利用了SOFC尾氣中的氫氣和余熱來提高生物質(zhì)氣化制氫的產(chǎn)氫率，降低生物質(zhì)氣化制氫的能耗，具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)本裝置的操作參數(shù)，如用料質(zhì)量比、氣體流量比、氣流流速等，提升生物質(zhì)氣化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，降低裝置能耗，提升產(chǎn)率?？傮w而言，本裝置利用SOFC尾氣中的氫氣和余熱來提高生物質(zhì)氣化制氫的產(chǎn)氫率，降低生物質(zhì)氣化制氫的能耗。

A device for hydrogen production from biomass gasification coupled with SOFC tail gas and its application method

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置及其使用方法
本專利技術(shù)屬于新能源利用
，涉及一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置及其使用方法。
技術(shù)介紹
固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell)作為第三代燃料電池，是一種可以在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化為電能的燃料電池裝置，是一種具有廣闊發(fā)展前景的新能源，然而也同樣存在一些問題，比如，目前的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，缺乏對(duì)SOFC燃料和氧化劑作用后所產(chǎn)生尾氣得有效處置。值得注意的是，SOFC尾氣中不僅包含寶貴的氫能源，還有中高溫余熱，有必要采用合理的裝置和方法將其加以回收。近年來，全國各省都在積極發(fā)展生物質(zhì)能的有效轉(zhuǎn)化和利用，生物質(zhì)能氣化制取氫氣是一個(gè)非常具有優(yōu)勢(shì)的發(fā)展方向，然而，生物質(zhì)氣化需要大量的能耗，因此，生物質(zhì)氣化的高能耗低產(chǎn)率現(xiàn)狀，仍然是技術(shù)人員亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述
中存在的技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置及其使用方法，來解決現(xiàn)有生物質(zhì)氣化制氫產(chǎn)氫率低和能耗高的問題。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：本專利技術(shù)公開了一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置包括SOFC系統(tǒng)，包括：預(yù)熱室，預(yù)混室，流化室，布?xì)馐?，出口通道和分離箱I；SOFC系統(tǒng)通過尾氣排放管與預(yù)混室連接，預(yù)混室頂部通過布風(fēng)板I與預(yù)熱室連通，預(yù)熱室的上方設(shè)有加料口；預(yù)熱室通過送料管與流化室連通，流化室底部通過布風(fēng)板II與布?xì)馐疫B通，布?xì)馐业南路皆O(shè)有蒸汽管；流化室上方連接出口通道入口，出口通道內(nèi)部設(shè)有擋板，擋板頂部與出口通道內(nèi)壁頂部留有空隙，擋板前方的管體底部設(shè)有旋風(fēng)分離器；出口通道出口與分離箱I連接，分離箱I外部設(shè)有冷卻水套I，分離箱I上部設(shè)有分氣管I；冷卻水套I上設(shè)有供水總管和排水總管。優(yōu)選地，分離箱I通過分氣管I與分離箱II相連，分離箱II外部設(shè)有冷卻水套II，分離箱II上部設(shè)有分氣管II；冷卻水套II上設(shè)有供水分管和排水分管，供水分管的另一端接入供水總管，排水分管的另一端接入排水總管。優(yōu)選地，旋風(fēng)分離器通過回料管接入流化室，回料管通過風(fēng)管與風(fēng)機(jī)連接，回料管上設(shè)有逆止閥；逆止閥采用非機(jī)械式的U型閥。優(yōu)選地，蒸汽管上安裝有蒸汽流量計(jì)，尾氣排放管和風(fēng)管上裝有浮子流量計(jì)。優(yōu)選地，布風(fēng)板I和布風(fēng)板II為鋼板或鑄鐵板，布風(fēng)板為整塊或拼裝組成。本專利技術(shù)還公開了上述SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置的使用方法，包括以下使用步驟：1)從加料口向預(yù)熱室中投入生物質(zhì)；將SOFC系統(tǒng)排放的尾氣通過尾氣排放管進(jìn)入到預(yù)混室中，通過布風(fēng)板I進(jìn)入預(yù)熱室中，將生物質(zhì)在SOFC尾氣氣氛中反應(yīng)，得到混合體系；2)經(jīng)步驟1)反應(yīng)后的混合體系送料管進(jìn)入到流化室中，過熱水蒸氣通過蒸汽管進(jìn)入到布?xì)馐抑?，通過布風(fēng)板II進(jìn)入流化室中，對(duì)混合體系進(jìn)行進(jìn)一步氣化反應(yīng)，得到氣化汽和未完全氣化的物料；3)經(jīng)步驟2)反應(yīng)所得的氣化汽和未完全氣化的物料流經(jīng)出口通道，未完全氣化的物料被擋板攔截，進(jìn)入旋風(fēng)分離器中；氣化汽進(jìn)入到分離箱I中，經(jīng)過冷卻水套I冷卻，使氫氣和其余大分子氣體發(fā)生分層，得到分層氫氣經(jīng)分氣管I離開分離箱I。優(yōu)選地，進(jìn)入旋風(fēng)分離器中的未完全氣化的物料，通過回料管由送風(fēng)機(jī)抽送回流化室中；經(jīng)步驟3)所得的分層氫氣經(jīng)分氣管I進(jìn)入分離箱II，再經(jīng)冷卻水套II冷卻提純，得到高純度的氫氣產(chǎn)物，氫氣從分氣管II中流出并收集。優(yōu)選地，步驟1)中，生物質(zhì)選用稻殼、秸稈、甘蔗皮和松木屑中的一種或多種，生物質(zhì)的粒徑為2～10mm。。優(yōu)選地，步驟1)中，尾氣排放管中的SOFC尾氣質(zhì)量流量和加料口投入的生物質(zhì)質(zhì)量流量比為1:1；步驟2)和步驟3)中，送風(fēng)機(jī)送入的空氣和蒸汽管送入的蒸汽質(zhì)量流量之比為3:7或2:8；蒸汽和空氣的總質(zhì)量流量與生物質(zhì)質(zhì)量流量之比為0.6～0.8。優(yōu)選地，步驟3)中，旋風(fēng)分離器的旋轉(zhuǎn)部分直徑為0.4m，粒子入口段直徑為0.1m，旋轉(zhuǎn)段高0.25m，氣流入口速度為14m/s。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：本專利技術(shù)涉及一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置，通過將SOFC尾氣與生物質(zhì)在預(yù)熱室中充分干燥，利用尾氣余熱使生物質(zhì)中的揮發(fā)分析出，通過設(shè)置流化室和布?xì)馐?，提供氣化制氫的反?yīng)場所，通過設(shè)置出口通道、擋板和旋風(fēng)分離器，能夠?qū)⑽赐耆珰饣奈锪厦撾x氣體產(chǎn)物體系，通過設(shè)置分離箱I、冷卻水套I、供水總管和排水總管，能夠?qū)怏w產(chǎn)物體系冷卻靜置，并在重力作用下將混合氣體發(fā)生分層，氫氣浮在上面，而其余氣體下沉，通過兩級(jí)分離，氫氣被凈化提純。進(jìn)一步地，通過在分離箱I后再連接分離箱II、冷卻水套II、供水分管和排水分管，能夠?qū)λa(chǎn)生的氣化氣進(jìn)行二次分離處理，有效提高氫氣純度；。進(jìn)一步地，通過在旋風(fēng)分離器上設(shè)置回料管接入流化室，使得沒有氣化完全的生物質(zhì)顆粒進(jìn)一步被旋風(fēng)分離器分離后，回送到流化室中繼續(xù)進(jìn)行氣化，經(jīng)過如此反復(fù)循環(huán)，使得生物質(zhì)顆粒被完全氣化；通過接入風(fēng)機(jī)和逆止閥，控制此循環(huán)體系的流速、流向，提升循環(huán)效果；通過采用非機(jī)械式的U型閥，有助于防止煙氣反串。進(jìn)一步地，通過在蒸汽管上安裝蒸汽流量計(jì)，并在尾氣排放管和風(fēng)管上安裝浮子流量計(jì)，有利于操作人員對(duì)氣體使用情況的控制，增加裝置的使用安全，提高反應(yīng)物使用效率。進(jìn)一步地，布風(fēng)板為整塊或拼裝結(jié)構(gòu)，能夠配合不同尺寸的預(yù)熱室和預(yù)混室使用；拼裝組成時(shí)，選用焊接或螺栓方式將布風(fēng)板板塊之間固定，便于實(shí)際使用的多種情況，增強(qiáng)設(shè)備的使用性。本專利技術(shù)公開的SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置的使用方法，利用SOFC尾氣中的氫氣和余熱來提高生物質(zhì)氣化制氫的產(chǎn)氫率，降低生物質(zhì)氣化制氫的能耗，具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，反應(yīng)后的氣化汽經(jīng)過冷卻提純，使產(chǎn)氫效率提高。進(jìn)一步地，通過使用合適種類、合適粒徑的生物質(zhì)材料，合理利用生物質(zhì)資源，提高其熱解氣化效率。進(jìn)一步地，通過控制SOFC尾氣質(zhì)量流量和生物質(zhì)質(zhì)量流量比為1:1，提高SOFC尾氣的利用效率；通過控制送風(fēng)機(jī)送入的空氣和蒸汽管送入的蒸汽質(zhì)量流量之比為3:7或2:8，控制蒸汽和空氣的總質(zhì)量流量與生物質(zhì)質(zhì)量流量之比為0.6～0.8，能夠有效獲得較高的氫氣產(chǎn)率。進(jìn)一步地，通過設(shè)置旋風(fēng)分離器的工作參數(shù)，能夠提高產(chǎn)物氫氣和未完全氣化的物料的分離效果，進(jìn)而有效提高物料使用率。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中：1-SOFC系統(tǒng)；2-尾氣排放管；3-預(yù)混室；4-預(yù)熱室；5-加料口；6-送料管；7-流化室；8-蒸汽管；9-布?xì)馐遥?0-布風(fēng)板II；11-逆止閥；12-回料管；13-旋風(fēng)分離器；14-出口通道；15-分離箱I；16-分氣管I；17-分離箱II；18-分氣管II；19-供水總管；20-供水分管；21-排氣總管；22-排氣分管；23-布風(fēng)板I；24-送風(fēng)機(jī)；25-風(fēng)管；26-擋板；27-冷卻水套I；28-冷卻水套II；29-浮子流量計(jì)；30-蒸本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置，其特征在于，包括SOFC系統(tǒng)(1)，預(yù)熱室(4)，預(yù)混室(3)，流化室(7)，布?xì)馐?9)，出口通道(14)和分離箱I(15)；/nSOFC系統(tǒng)(1)通過尾氣排放管(2)與預(yù)混室(3)連接，預(yù)混室(3)頂部通過布風(fēng)板I(23)與預(yù)熱室(4)連通，預(yù)熱室(4)的上方設(shè)有加料口(5)；預(yù)熱室(4)通過送料管(6)與流化室(7)連通，流化室(7)底部通過布風(fēng)板II(10)與布?xì)馐?9)連通，布?xì)馐?9)的下方設(shè)有蒸汽管(8)；流化室(7)上方連接出口通道(14)入口，出口通道(14)內(nèi)部設(shè)有擋板(26)，擋板(26)頂部與出口通道(14)內(nèi)壁頂部留有空隙，擋板(26)前方的管體底部設(shè)有旋風(fēng)分離器(13)；出口通道(14)出口與分離箱I(15)連接，分離箱I(15)外部設(shè)有冷卻水套I(27)，分離箱I(15)上部設(shè)有分氣管I(16)；冷卻水套I(27)上設(shè)有供水總管(19)和排水總管(21)。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置，其特征在于，包括SOFC系統(tǒng)(1)，預(yù)熱室(4)，預(yù)混室(3)，流化室(7)，布?xì)馐?9)，出口通道(14)和分離箱I(15)；
SOFC系統(tǒng)(1)通過尾氣排放管(2)與預(yù)混室(3)連接，預(yù)混室(3)頂部通過布風(fēng)板I(23)與預(yù)熱室(4)連通，預(yù)熱室(4)的上方設(shè)有加料口(5)；預(yù)熱室(4)通過送料管(6)與流化室(7)連通，流化室(7)底部通過布風(fēng)板II(10)與布?xì)馐?9)連通，布?xì)馐?9)的下方設(shè)有蒸汽管(8)；流化室(7)上方連接出口通道(14)入口，出口通道(14)內(nèi)部設(shè)有擋板(26)，擋板(26)頂部與出口通道(14)內(nèi)壁頂部留有空隙，擋板(26)前方的管體底部設(shè)有旋風(fēng)分離器(13)；出口通道(14)出口與分離箱I(15)連接，分離箱I(15)外部設(shè)有冷卻水套I(27)，分離箱I(15)上部設(shè)有分氣管I(16)；冷卻水套I(27)上設(shè)有供水總管(19)和排水總管(21)。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置，其特征在于，分離箱I(15)通過分氣管I(16)與分離箱II(17)相連，分離箱II(17)外部設(shè)有冷卻水套II(28)，分離箱II(17)上部設(shè)有分氣管II(18)；冷卻水套II(28)上設(shè)有供水分管(20)和排水分管(22)，供水分管的另一端接入供水總管(19)，排水分管(22)的另一端接入排水總管(21)。


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置，其特征在于，旋風(fēng)分離器(13)通過回料管(12)接入流化室(7)，回料管(12)通過風(fēng)管(25)與風(fēng)機(jī)(24)連接，回料管(12)上設(shè)有逆止閥(11)；逆止閥(11)采用非機(jī)械式的U型閥。


4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置，其特征在于，蒸汽管(8)上安裝有蒸汽流量計(jì)(30)，尾氣排放管(2)和風(fēng)管(25)上裝有浮子流量計(jì)(29)。


5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOFC尾氣耦合生物質(zhì)氣化制氫的裝置，其特征在于，布風(fēng)板I(23)和布風(fēng)板II(10)為鋼板或鑄鐵板，布...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張俊霞，王澤華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：張俊霞，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61