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申请/专利权人：北京科技大学

摘要：本发明公开了一种低浓度瓦斯富集固体氧化物燃料电池发电系统，涉及发电技术领域。本发明与之前的矿井下低浓度瓦斯的高效富集和发电的一体化系统相比，解决了现有的科学技术研究相对较少，难以系统地解决低浓度瓦斯的利用问题，大部分的研究都需要与其他系统相结合才能同时发挥富集和发电两种作用的问题；通过将变压吸附技术的低能耗，无污染，回收率高的优势与变电吸附技术进行高效结合，并采用固体氧化物燃料电池技术，提高能源的转化效率，实现了低浓度瓦斯的高效富集和全面利用，提高了发电效率，延长了吸附剂的使用寿命，实现了二氧化碳的回收利用，具有较高的实用价值和广阔的应用前景。

主权项：1.一种低浓度瓦斯富集固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，包括：低浓度瓦斯富集模块（100）、混气加热模块（200）、甲烷干式重整模块（300）、富氧气体再利用模块（400）和燃料电池发电模块（500）；所述低浓度瓦斯富集模块（100）用于通过四个相互连接的吸附塔对瓦斯气体中的甲烷进行富集，基于常压真空变压吸附技术耦合变电吸附技术进行吸附，并进行变电加热和吸附塔冷却，同时在吸附塔内设置反吹装置，以进一步提高甲烷的吸附率；所述混气加热模块（200）用于进行甲烷和二氧化碳的预处理，输入端与低浓度瓦斯富集模块（100）的解吸气输出端相连接，输出端与甲烷干式重整模块（300）相连接；所述甲烷干式重整模块（300）用于在干式重整塔（11）中对所述混气加热模块（200）预处理后输出的混合气体进行干式重整，将混合气体中的甲烷和二氧化碳转化成一氧化碳与氢气，并输入至燃料电池发电模块（500）中的固体氧化物燃料电池（12）阳极进气口作为反应原料；所述富氧气体再利用模块（400）用于对所述低浓度瓦斯富集模块（100）处理后产生的排放气进行收集，再传输到燃料电池发电模块（500）中作为反应原料进行再利用；所述燃料电池发电模块（500）用于通过固体氧化物燃料电池（12）接收甲烷干式重整模块（300）和富氧气体再利用模块（400）的输入气体进行反应发电，还将生成的二氧化碳产物通入所述混气加热模块（200）中进行再利用；所述低浓度瓦斯富集模块（100）包括第一吸附塔（401）、第二吸附塔（402）、第三吸附塔（403）和第四吸附塔（404）；所述第一吸附塔（401）第一端分别连接第一抽真控制阀（301）和第一进气控制阀（302）第一端，第二端接第二可变电阻（1602）第一端，第三端分别接第一均压控制阀（309）和第一节流子（501）第一端；所述第二吸附塔（402）第一端分别连接第二抽真控制阀（303）和第二进气控制阀（304）第一端，第二端接第一可变电阻（1601）第一端，第三端分别接第二均压控制阀（3011）和第二节流子（502）第一端；所述第三吸附塔（403）第一端分别连接第三抽真控制阀（305）和第三进气控制阀（306）第一端，第二端接第二可变电阻（1602）第一端，第三端分别接第三均压控制阀（3013）和第三节流子（503）第一端；所述第四吸附塔（404）第一端分别连接第四抽真控制阀（307）和第四进气控制阀（308）第一端，第二端接第一可变电阻（1601）第一端，第三端分别接第四均压控制阀（3015）和第四节流子（504）第一端；所述第一进气控制阀（302）、第二进气控制阀（304）、第三进气控制阀（306）和第四进气控制阀（308）第二端均通过送气缓冲罐（201）输入原料气，所述送气缓冲罐（201）的输入端由压缩机（1）对原料气进行加压，所述第一抽真控制阀（301）、第二抽真控制阀（303）、第三抽真控制阀（305）和第四抽真控制阀（307）第二端均输出解吸气，通过真空泵（6）暂存至第一排气缓冲罐（202）中；所述第一可变电阻（1601）和第二可变电阻（1602）第二端均连接变压器（15）第一端，变压器（15）第二端接开关（14）以控制输入工作电流；所述第一节流子（501）、第二节流子（502）、第三节流子（503）和第四节流子（504）第二端依次接第一排气控制阀（3010）、第二排气控制阀（3012）、第三排气控制阀（3014）和第四排气控制阀（3016），以排放未吸附气体；所述第一吸附塔（401）、第二吸附塔（402）、第三吸附塔（403）和第四吸附塔（404）侧面还分别设置有第一冷凝器（1801）、第二冷凝器（1802）、第三冷凝器（1803）和第四冷凝器（1804），所述第一冷凝器（1801）、第二冷凝器（1802）、第三冷凝器（1803）和第四冷凝器（1804）的第一端均接低温恒温箱（17）用于输入冷凝水，第二端均用于输出冷凝水；所述低浓度瓦斯富集模块（100）中，所述第三吸附塔（403）与第一吸附塔（401）的循环工作流程相同；所述第二吸附塔（402）与第一吸附塔（401）的循环工作流程相反，所述第四吸附塔（404）与第二吸附塔（402）的循环工作流程相同；其中，所述第一吸附塔（401）的循环工作流程具体如下：S1：原料气经压缩机（1）加压，经送气缓冲罐（201）和第一进气控制阀（302）进入第一吸附塔（401），完成充气步骤，同时开关（14）闭合，电流经过开关（14），经变压器（15）、第二可变电阻（1602）调节至适宜参数后通入第一吸附塔（401）中，完成通电升温；S2：充压升温结束后原料气继续进入第一吸附塔（401），此时第一排气控制阀（3010）打开，气体流经第一节流子（501），气体在流动过程中甲烷与部分氮气被吸附，未被吸附的气体通过第一排气控制阀（3010）、单向阀（7）进入第一排气缓冲罐（202）而后为电池阴极提供反应物；S3：当甲烷从第一吸附塔（401）中穿透后，关闭第一排气控制阀（3010），打开第一均压控制阀（309）和第二均压控制阀（3011）对第一吸附塔（401）进行均压，此时第一吸附塔（401）内压力降低，第二吸附塔（402）内压力升高；S4：完成均压后关闭第一均压控制阀（309）、第二均压控制阀（3011）和第一进气控制阀（302），打开第一抽真控制阀（301）对第一吸附塔（401）进行降压抽真空，同时将低温恒温箱（17）中的冷凝水通入第一冷凝器（1801）中对第一吸附塔（401）进行冷却，第一抽真控制阀（301）抽出的解吸气依次经过真空泵（6）暂存至第一排气缓冲罐（202）中以供发电使用；S5：抽真空结束后，关闭第一抽真控制阀（301），打开第一均压控制阀（309）和第二均压控制阀（3011）对第一吸附塔（401）进行均压；S6：重复步骤S1~S5；所述燃料电池发电模块（500）的固体氧化物燃料电池（12）反应产生的电流通入所述低浓度瓦斯富集模块（100）中，供四个相互连接的吸附塔变电吸附升温使用；所述发电系统中的发电流程如下：将所述低浓度瓦斯富集模块（100）富集后的解吸气通入混气瓶（10）中，与同时通入的二氧化碳充分混合均匀后，打开进料控制阀（3017），混合气体进入第二换热器（902）中，将混合气体温度提升至800℃以上达到干式重整反应温度条件后通入干式重整塔（11）中进行干式重整，转化完成后通入固体氧化物燃料电池（12）的阳极进气口处，第二排气缓冲罐（203）中的未吸附气体经流量调节阀（8）通入第一换热器（901）中，将温度提升至750℃~800℃后通入固体氧化物燃料电池（12）的阴极进气口中。

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百度查询： 北京科技大学 一种低浓度瓦斯富集固体氧化物燃料电池发电系统