SOFC燃料电池尾气循环利用装置的制作方法

本发明涉及一种sofc燃料电池尾气循环利用装置。

背景技术：

目前在sofc燃料电池中，在一定条件下将燃料装置中的碳氢化合物重整产生氢气、一氧化碳及水蒸气混合气体，该混合气体输入电堆中的阳极，电堆中的阴极的氧气与上述混合气体反应，把燃料中的化学能转换成电能，电堆输出尾气为二氧化碳和水蒸气；但在实际应用中，sofc燃料电池的转换率低于50%，重整室不能充分重整混气室排入的气体，氢气及一氧化碳不能充分转换成二氧化碳和水蒸气，且现有的燃料装置中含有少量的硫化氢，电堆工作时产生的尾气中主要成分是：未重整的燃料装置气体、氢气、一氧化碳、二氧化碳及含硫气体；其中二氧化碳及含硫气体是无用废气且有毒，上述气体排出后会污染环境，使用不安全；剩余的未重整的燃料装置气体、氢气、一氧化碳为可再利用燃料，该可利用燃料不能充分利用导致资源浪费，且一氧化碳也是有毒气体。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种sofc燃料电池尾气循环利用装置，使尾气中剩下的氢气、一氧化碳及未重整的燃料气体重新进入电堆中并使其转换成电能及二氧化碳，以此循环往复直至燃料装置中的燃料气体全部转换成电能及二氧化碳；吸收罐中的除硫除碳剂将二氧化碳吸收后存储在吸收罐内并成为化肥原料，实现资源的完全利用，零排放，零废料。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种sofc燃料电池尾气循环利用装置，其特征在于包括：

温感器、吸收罐及除硫除碳剂；在所述吸收罐的中下部分别设有第一进气口、第二进气口及第三进气口，在吸收罐的上部设有出气口，所述除硫除碳剂装于吸收罐内且覆盖第一进气口、第二进气口及第三进气口，吸收罐内位于除硫除碳剂的液位上方是洁净燃料气室，所述洁净燃料气室用于存放含有二氧化碳和硫杂质溶液及清洁燃料气体，所述出气口位于洁净燃料气室的上部；所述温感器设在吸收罐上从而检测吸收罐内的温度，吸收罐的温度需保持在30℃～60℃；

燃料装置、定压阀及第一电磁阀；所述燃料装置、定压阀及第一电磁阀依次串联连通，所述第一电磁阀的输出端与吸收罐的第一进气口连通从而使燃料装置的燃气进入除硫除碳剂中；

第二电磁阀、空气泵及电堆；所述电堆包括壳体、燃料分配器、一根以上的电极管及尾气汇集器；所述燃料分配器、一根以上的电极管及尾气汇集器均设在壳体内，燃料分配器通过电极管与尾气汇集器连通；所述吸收罐的出气口通过第二电磁阀与燃料分配器的进气口连通；所述空气泵的出风口与壳体的进气口连通，壳体的出气口与外界连通；

散热管及保温管；所述尾气汇集器的出气口分别与散热管的进气口及保温管的进气口连通；所述散热管的出气口与吸收罐的第二进气口连通从而使散热管中的气体进入除硫除碳剂中；所述保温管的出气口与吸收罐的第三进气口连通从而使保温管中的气体进入除硫除碳剂中；以及

第三电磁阀；所述第三电磁阀设在保温管上，当吸收罐温度是小于30℃时打开第三电磁阀，当吸收罐温度大于或等于60℃时关闭第三电磁阀。

在本技术方案中，所述除硫除碳剂包括去离子水、n-甲基二乙醇胺（mdea）及活性剂；所述活性剂包括一乙醇胺(mea)及哌嗪(pip)，所述一乙醇胺的浓度为0.15～0.25mol/l，所述哌嗪的的浓度为0.1～0.2mol/l；所述n-甲基二乙醇胺的浓度为2～3mol/l；每1mol所述燃气需配置n-甲基二乙醇胺的量为0.05～0.06nmol,去离子水量为0.025nl～0.03nl，一乙醇胺的量为0.004～0.0075nmol，哌嗪的量为0.001～0.002nmol/l。

在本技术方案中，所述保温管上的保温材料是陶瓷纤维保温层。

在本技术方案中，所述散热管呈螺旋状。

在本技术方案中，所述尾气汇集器的出气口通过尾气泵分别与散热管的进气口及保温管的进气口连通。

在本技术方案中，在所述洁净燃料室上设有排气压帽从而保持吸收罐内的气压在0.3～0.4mp之间。

在本技术方案中，所述洁净燃料室的容积占吸收罐容积的3/4。

本发明与现有技术相比的优点为：使该尾气剩下氢气、一氧化碳及未重整的燃料气体重新进入电堆中并转换成电能及二氧化碳，以此循环往复直至燃料装置中的燃料气体全部转换成电能及二氧化碳；吸收罐中的除硫除碳剂将二氧化碳吸收后存储在吸收罐内并成为化肥原料，实现资源的完全利用，零排放，零废料。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是电堆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对与这些实施方式的说明用与帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

在本发明描述中,术语“上”、“下”、“中下”及“中上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1及图2所示，其是一种sofc燃料电池尾气循环利用装置，包括：

温感器4、吸收罐6及除硫除碳剂5；在所述吸收罐6的中下部分别设有第一进气口61、第二进气口62及第三进气口63，在吸收罐6的上部设有出气口64，所述除硫除碳剂5装于吸收罐6内且覆盖第一进气口61、第二进气口62及第三进气口63，吸收罐6内位于除硫除碳剂5的液位上方是洁净燃料气室66，所述洁净燃料气室66用于存放含有二氧化碳和硫杂质溶液及清洁燃料气体，所述出气口64位于洁净燃料气室66的上部；所述温感器4设在吸收罐6上从而检测吸收罐6内的温度，吸收罐6的温度需保持在30℃～60℃；

燃料装置1、定压阀2及第一电磁阀3；所述燃料装置1、定压阀2及第一电磁阀3依次串联连通，所述第一电磁阀3的输出端与吸收罐6的第一进气口61连通从而使燃料装置1的燃气进入除硫除碳剂5中；

第二电磁阀7、空气泵8及电堆10；所述电堆10包括壳体102、燃料分配器101、一根以上的电极管103及尾气汇集器104；所述燃料分配器101、一根以上的电极管103及尾气汇集器104均设在壳体102内，燃料分配器101通过电极管103与尾气汇集器104连通即每根电极管103的两端分别与燃料分配器101及尾气汇集器104连通；所述吸收罐6的出气口64通过第二电磁阀7与燃料分配器101的进气口连通；所述空气泵8的出风口与壳体102的进气口连通，壳体102的出气口与外界连通；

散热管11及保温管12；所述尾气汇集器10的出气口分别与散热管11的进气口及保温管12的进气口连通；所述散热管11的出气口与吸收罐6的第二进气口62连通从而使散热管11中的气体进入除硫除碳剂5中；所述保温管12的出气口与吸收罐6的第三进气口63连通从而使保温管12中的气体进入除硫除碳剂5中；以及

第三电磁阀9；所述第三电磁阀9设在保温管12上，当吸收罐6温度是小于30℃时打开第三电磁阀9，当吸收罐6温度大于或等于60℃时关闭第三电磁阀9。

工作时，燃料装置1中的碳氢化合物燃料经定压阀2后第一电磁阀3进入吸收罐6中，碳氢化合物燃料经过除硫除碳剂5吸收后进入洁净燃料室66中，洁净燃料室66的碳氢化合物燃料通过第二电磁阀7进入燃料分配器101中；每个电极管103均有阴极、电解质及阳极构成，电极管103的阴极燃料为氧气及空气；电极管103的阳极燃料为碳氢化合物；空气进入壳体102中，电极管103的阴极表面与壳体102中的空气接触产生电化学反应产生氧离子，氧离子穿过电极管103的电解质到电极管103的阳极；碳氢化合物通过燃料分配器101进入电极管103的阳极表面产生化学反应，氢气及一氧化碳放电与经过电解质的氧离子结合形成水和二氧化碳，电极管103的阳极与外界空气隔离；电堆发电后，尾气分配器104的出气口排出的气体含有未反应的碳氢化合物燃料、氢气、一氧化碳、二氧化碳及含硫气体等混合气体，该混合气体从电堆排出后分两路，一路为经散热管11进入吸收罐6中，另一路经保温管12进入吸收罐6中，两路气体中的二氧化碳及含硫气体经过除硫除碳剂5后被吸收后均存放在洁净燃料气室66中，含有二氧化碳和硫杂质溶液可作为化肥使用；两路气体在吸收罐6内经过除硫除碳剂5吸收后只剩下未反应的碳氢化合物燃料、氢气及一氧化碳，剩下的气体重新进入燃料分配器101中，重复上述燃料供应循环，直至燃料耗尽；当吸收罐6温度是小于60℃时打开第三电磁阀15，保温管12内的气体进入吸收罐6内从而提高吸收罐6内的温度，当吸收罐6温度大于或等于60℃时关闭第三电磁阀9，保温管12内的气体停止进入吸收罐6中从而使吸收罐6内的温度降低。

在本实施例中，所述除硫除碳剂5包括去离子水、n-甲基二乙醇胺mdea及活性剂；所述活性剂包括一乙醇胺(mea)及哌嗪(pip)，所述一乙醇胺的浓度为0.15～0.25mol/l，所述哌嗪的的浓度为0.1～0.2mol/l；所述n-甲基二乙醇胺的浓度为2～3mol/l；每1mol所述燃气需配置n-甲基二乙醇胺的量为0.05～0.06nmol,去离子水量为0.025nl～0.03nl，一乙醇胺的量为0.004～0.0075nmol，哌嗪的量为0.001～0.002nmol/l。工作时，n-甲基二乙醇胺对碳氢化合物燃料的溶解度低于碳氢化合物燃料在纯水中的溶解度，n-甲基二乙醇胺在脱除硫碳过程中，碳氢化合物燃料的损失很低；n-甲基二乙醇胺能吸收含硫气体及二氧化碳从而形成肥料，n-甲基二乙醇胺对含硫气体的吸收能瞬间完成，但n-甲基二乙醇胺对二氧化碳的负载量大，吸收二氧化碳相对较慢，在n-甲基二乙醇胺中加入一乙醇胺及哌嗪的活性剂从而加快二氧化碳的吸收速度。

在本实施例中，所述保温管12上的保温材料是陶瓷纤维保温层。

在本实施例中，所述散热管11呈螺旋状。

在本实施例中，所述尾气汇集器104的出气口通过尾气泵13分别与散热管11的进气口及保温管12的进气口连通。

在本实施例中，在所述洁净燃料室66上设有排气压帽65从而保持吸收罐6内的气压在0.3～0.4mp之间。

在本实施例中，所述洁净燃料室66的容积占吸收罐6容积的3/4。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限与所描述的实施方式。对与本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。