[发明专利]一种基于油类燃料的固体氧化物燃料电池发电系统

说明书

本发明属于清洁可再生能源相关技术领域，其公开了一种基于油类燃料的固体氧化物燃料电池发电系统，发电系统包括固体氧化物燃料电池电堆、空气换热器、燃烧室、燃料重整器、水蒸气蒸发器及预混器，空气换热器连接于固体氧化物燃料电池电堆的阴极，燃料重整器连接于固体氧化物燃料电池电堆的阳极，燃烧室连接于固体氧化物燃料电池电堆的尾气出口；燃烧室分别与空气换热器、燃料重整器及预混器相连通；水蒸气蒸发器连接于预混器；固体氧化物燃料电池电堆所产生的尾气进入燃烧室，并在燃烧室内发生催化燃烧以得到热气流，热气流按照预定体积比分别进入空气换热器、燃料重整器及预混器。本发明提高了能量利用效率，同时简化了系统。

技术领域

本发明属于清洁可再生能源相关技术领域，更具体地，涉及一种基于油类燃料的固体氧化物燃料电池发电系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)因不存在燃烧过程，极大地降低了燃料能量损失与大气污染物排放量，故有着传统发电装置所不具备的优势，在便携式发电装置、汽车辅助电源与分布式电站等领域有广泛的应用前景。

SOFC具有较高的能量转化效率，可以实现50％以上的电转化效率，余热品质非常高，可与燃气轮机或者蒸汽机等联用，使得燃料综合利用率达80％以上。在相同电负载下，远高于传统热机发电装置的电效率(小于等于30％)。SOFC的工作温度为650℃至850℃，可以避免CO对金属陶瓷电极(Ni-YSZ)的毒化，降低了SOFC对燃料质量的要求，因此具有较强的燃料适应性，能够以氢气、碳氢气体、柴油、煤油等作为燃料。尽管理论上SOFC可以直接使用碳氢化合物作为燃料进行发电，但是对于最常用的Ni-YSZ阳极，电极上发生的碳沉积与硫毒化将使其催化性能急剧下降，因此一般将碳氢燃料如甲烷(CH₄)、甲醇等在外部重整为CO与H₂，再通入SOFC电堆阳极侧进行发电。然而，气态燃料在储运与使用方面均存在一定局限性，其体积能量密度远远小于油类燃料。

由于油类燃料中含有较多长碳链烷烃类成分，SOFC阳极对气化碳氢燃料中C-C键断裂具有很强的催化活性，若长碳烷烃的裂解与重整反应均发生于阳极功能层，则会导致阳极功能层产生严重的积碳毒化，从而使阳极失去电化学催化活性。长链烃的催化重整较小分子气体碳氢化合物更加复杂，因此一般采用外部重整方式完成，根据重整时通入反应气体的不同，油类燃料主要有以下三种重整方式：1、水蒸气重整(SR)，碳氢化合物与水蒸气发生反应并生成CO和H₂；2、部分氧化重整(POX)，碳氢化合物与氧气发生不完全氧化反应，生成小分子，同时生成水，小分子继续与水蒸气发生反应并生成CO和H₂；3、自热重整(ATR)，同时有氧气和水蒸气参与反应，是SR和POX的一种综合重整方式，同时发生部分氧化反应和水蒸气重整反应，同时，氧化反应会为水蒸气重整反应提供热量，其反应过程如下：

部分氧化重整：

C_nH_m+aO₂→bH₂+cCO+dCO₂+eH₂O(ΔH0) (1)

水蒸气重整：

C_nH_m+aH₂O→bH₂+cCO+dCO₂+eH₂O(ΔH0) (2)

自热重整：

水蒸气重整在三种重整方式中可以获得最大的产氢率，同时可以有效地抑制催化剂积碳，因此受到广泛关注。然而，水蒸气重整时吸热反应，而且对于油类燃料的催化重整一般需要在高水碳比下进行，水蒸气的供给也需要消耗大量的热能，因此水蒸气重整油类燃料设备一般比较复杂。

发明内容