CN113818035A - 一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术能源利用效率较低、缺乏系统优化的问题。该系统包括SOEC电堆、风机、电加热器、空气‑燃气换热器、蒸汽发生器、混合器、压缩机、重整器、费托反应器、储气罐。其中，风机、电加热器、空气‑燃气换热器的空气支路依次连接，获得高温空气至SOEC电堆的空气进气口；蒸汽发生器获得的水蒸气、CO2的混合气体经空气‑燃气换热器的燃气支路进入混合器中，与氢气混合后，输出至SOEC电堆的燃料进气口。SOEC电堆输出的燃料极尾气依次经压缩机、重整器进入费托反应器，获得甲烷或烃类燃料气体输送至储气罐存储。实现了系统优化以及能源的充分利用。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统。
背景技术
由于在能量转换过程中，燃料电池几乎不产生污染环境的含氮和硫氧化物，被认为是一种环境友好的能量转换装置作为21世纪新型环保高效的发电技术之一。
现有的燃料电池电解槽系统一般以水蒸气作为燃料气，气体回路经过气液分离后可以实现氢气的循环与利用，但该系统大多不适用于包含二氧化碳的共电解工况。
对于含有二氧化碳的共电解工况，现有的燃料电池共解槽系统都是在原有系统基础上进行改造。现有的含有二氧化碳的共电解工况的燃料电池共解槽系统没有在换热时对热量进行充分的储存与利用，能量损失较为明显。冷启动时消耗电能多，不管是电堆自加热还是外部电热器电加热，消耗的都是燃料电池的能量。作为其他工业制烃系统的旁路系统，缺乏核心的反应器，且没有对电解槽系统的气路、换热等进行设计与优化。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，用以解决现有技术能源利用效率较低、缺乏系统优化的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统包括SOEC电堆（12）、风机（1）、电加热器（3）、空气-燃气换热器（4）、蒸汽发生器（8）、混合器（11）、压缩机（14）、重整器（15）、费托反应器（16）、储气罐（20）；其中，
风机（1）、电加热器（3）、空气-燃气换热器（4）的空气支路依次连接，获得高温空气至SOEC电堆（12）的空气进气口；
蒸汽发生器（8）获得的水蒸气、CO2的混合气体经空气-燃气换热器（4）的燃气支路进入混合器（11）中，与氢气混合后，输出至SOEC电堆（12）的燃料进气口；
SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气依次经压缩机（14）、重整器（15）进入费托反应器（16），获得甲烷或烃类燃料气体输送至储气罐（20）存储。
上述技术方案的有益效果如下：相比现有技术的通过电加热器（3）直接加热混合燃料气体，本方案采用的通过电加热器（3）加热空气，然后由空气与水蒸气、CO2的混合气体换热来加热水蒸气、CO2的混合气体，再通过高温水蒸气、CO2的混合气体和常温氢气混合实现对燃料气的加热，使最终的氢气、水蒸气、CO2的混合气体温度达到电堆设定的进口温度，极大提高了燃料气的安全性。仅采用一个电加热器（3），就可以为整个系统提供热能，减少了部件，降低了成本，简化了热管理的控制难度。电堆出口的合成气经重整后调整比例并用于费托合成，产生甲烷或烃类燃料储存在储气罐（20）中，利用共电解反应得到了常用的化工能源类原料，实现了储能的利用。
基于上述系统的进一步改进，该系统还包括空气换热器（2）；其中，
空气换热器（2）设置于风机（1）、电加热器（3）之间，其支路一输入端与风机（1）的输出端连接，支路二输入端与SOEC电堆（12）的空气极尾气排气口连接，支路一输出端与电加热器（3）的输入端连接；
空气换热器（2），用于将风机（1）输出的空气与SOEC电堆（12）排出的高温空气极尾气进行热交换，获得高温空气传输至电加热器（3）。
上述进一步改进方案的有益效果是：使用空气换热器（2）作为空气极侧的第一级换热器，将风机（1）送入的空气与SOEC电堆（12）排出的高温空气极尾气进行热交换，有效提高了能源利用效率。
进一步，该系统还包括还包括燃气换热器（9）；其中，
燃气换热器（9）设置于蒸汽发生器（8）、空气-燃气换热器（4）之间，其支路一输入端与蒸汽发生器（8）的输出端连接，支路一输出端与空气-燃气换热器（4）的燃气支路的输入端连接，支路二输入端与SOEC电堆（12）的燃料极尾气排气口连接，支路二输出端与压缩机（14）连接；
燃气换热器（9），用于作为第一级换热器，将蒸汽发生器（8）输出的水蒸气、CO2的混合气体与SOEC电堆（12）排出的高温燃料极尾气进行热交换，获得额定温升的水蒸气、CO2的混合气体传输至空气-燃气换热器（4）进行第二级换热，以及，获得额定温降的燃料极尾气传输至压缩机（14）进行压缩。
上述进一步改进方案的有益效果是：使用燃气换热器（9）作为燃料极侧的第一级换热器，将蒸汽发生器（8）输出的水蒸气、CO2的混合气体与SOEC电堆（12）排出的高温燃料极尾气进行热交换，有效提高了能源利用效率。
进一步，该系统还包括高温循环泵（13）；其中，
高温循环泵（13）的输入端与SOEC电堆（12）的燃料极尾气排气口连接，输出端与SOEC电堆（12）的燃料进气口连接。
上述进一步改进方案的有益效果是：使用高温循环泵（13）将燃料极尾气引入SOEC电堆（12）的燃料进气口（燃料极入口），使未反应的高温燃料气再次进入SOEC电堆（12）参加反应，提高了燃料的利用率。
进一步，该系统还包括依次连接的水箱（6）、水泵（7）；其中，
水泵（7）的输出端与蒸汽发生器（8）的进水口连接。
上述进一步改进方案的有益效果是：能够精准地控制进入蒸汽发生器（8）的水流量。
进一步，该系统还包括冷凝器（17）、气水分离器（18）、增压泵（19）；其中，
费托反应器（16）的输出端经上述冷凝器（17）与气水分离器（18）的输入端连接；气水分离器（18）的出水端与水箱（6）的进水口连接，其出气端经上述增压泵（19）与储气罐（20）的进气口连接。
上述进一步改进方案的有益效果是：实现了水的循环利用，提高了水的利用率。
进一步，该系统还包括氢气高压储气瓶；其中，
氢气高压储气瓶的输出端与混合器（11）的氢气输入端连接。
上述进一步改进方案的有益效果是：可以提供高压的氢气。
进一步，该系统还包括控制器；
控制器，用于获取并控制进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量，获取并控制进入蒸汽发生器（8）的水流量，获取并控制进入混合器（11）的氢气流量；以及，在识别SOEC电堆（12）输出的气体为氢气与CO气体后，启动高温循环泵（13），将SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气导回SOEC电堆（12）的燃料进气口。
上述进一步改进方案的有益效果是：通过一个控制器实现了整个系统的启动与运行控制，降低了人工成本以及控制难度。
进一步，所述控制器进一步包括：
数据采集单元，用于获取进入SOEC电堆（12）的空气流量和温度，燃料气体中CO2气体、氢气、水蒸气各自的流量和温度，以及识别SOEC电堆（12）入堆和出堆的气体类型及流量，发送至数据处理与控制单元；
数据处理与控制单元，用于在识别SOEC电堆（12）输出的气体为氢气与CO气体后，启动高温循环泵（13），将SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气导回SOEC电堆（12）的燃料进气口；以及，在进入SOEC电堆（12）的空气温度未达到额定温度时，启动电加热器（3）对进入SOEC电堆（12）的空气进行加热，直到达到额定温度，关闭电加热器（3）；以及，控制进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量、进入蒸汽发生器（8）的水流量、进入混合器（11）的氢气流量，使得入堆燃料气体的流量比达到预设范围。
上述进一步改进方案的有益效果是：电堆出口合成气（氢气与CO气体）经重整后调整比例并用于费托合成，产生甲烷或烃类燃料储存在储气罐（20）中，利用共电解反应得到了常用的化工能源类原料，实现了储能的利用。
进一步，所述数据采集单元进一步包括：
CO2流量测量与控制设备（5），设置于蒸汽发生器（8）的CO2进气口，用于获取进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量；
氢气流量测量与控制设备（10），设置于混合器（11）的氢气进气口，用于获取进入混合器（11）的氢气流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入混合器（11）的氢气流量；
水流量测量与控制设备，设置于蒸汽发生器（8）的进水口，用于获取进入混合器（11）的水流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入混合器（11）的水流量；
空气流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆（12）的空气进气口，用于获取进入SOEC电堆（12）的空气流量和温度；
CO2气体流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆（12）的燃料进气口，用于获取进入SOEC电堆（12）的CO2气体流量和温度；
水蒸气流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆（12）的燃料进气口，用于获取进入SOEC电堆（12）的水蒸气流量和温度；
氢气流量温度一体传感器，分别设置于SOEC电堆（12）的燃料进气口和燃料极尾气出气口，用于分别获取入堆和出堆的氢气流量和温度；
CO气体流量传感器，设置于SOEC电堆（12）的燃料极尾气出气口，用于获取出堆的CO气体流量。
上述进一步改进方案的有益效果是：可以充分并精准地实现系统运行控制以及热管理控制。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了实施例1制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统的组成示意图；
图2示出了实施例2制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统的组成示意图。
附图标记：
1- 风机；2- 空气换热器；3- 电加热器；4- 空气- 燃气换热器；5- CO2流量测量与控制设备；6- 水箱；7- 水泵；8- 蒸汽发生器；9- 燃气换热器；10- 氢气流量测量与控制设备；11- 混合器；12- SOEC电堆；13- 高温循环泵；14- 压缩机；15- 重整器；16- 费托反应器；17- 冷凝器；18- 气水分离器；19- 增压泵；20- 储气罐；Air- 空气；。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
本发明的一个实施例，公开了一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，如图1所示，包括SOEC电堆12、风机1、电加热器3、空气-燃气换热器4、蒸汽发生器8、混合器11、压缩机14、重整器15、费托反应器16、储气罐20。
其中，风机1、电加热器3、空气-燃气换热器4的空气支路依次连接，获得高温空气至SOEC电堆12的空气进气口。蒸汽发生器8获得的水蒸气、CO2的混合气体经空气-燃气换热器4的燃气支路进入混合器11中，与氢气混合后，输出至SOEC电堆12的燃料进气口。SOEC电堆12输出的燃料极尾气依次经压缩机14、重整器15进入费托反应器16，获得甲烷或烃类燃料气体输送至储气罐20存储。
风机1，用于将空气压缩后送入电加热器3。
电加热器3，用于加热空气。
空气-燃气换热器4，用于将电加热器3加热后的高温空气与水蒸气、CO2的混合气体进行热交换，将经过热交换后的空气传输至SOEC电堆12的空气入口，并将经过热交换后的水蒸气、CO2的混合气体传输至混合器11。
蒸汽发生器8，用于将液态水汽化，并与CO2混合，成水蒸气、CO2的混合气体。
混合器11，用于将经过热交换后的水蒸气、CO2的高温混合气体与常温氢气混合，将获得的氢气、水蒸气、CO2的混合气体传输至SOEC电堆12的燃料进气口。
压缩机14，用于将电解反应产生的燃料极尾气压缩至工艺压力。
重整器15，用于通过逆向水煤气变化反应和重整反应，使燃料极尾气具有费托合成所需的氢气-CO摩尔比。
费托反应器16，用于通过合适的催化剂使合适氢气-CO摩尔比比例的燃料极尾气反应，产生甲烷或烃燃料。
储气罐20，用于储存上述反应生成的甲烷或烃类燃料。
实施时，风机1、电加热器3、空气-燃气换热器4的空气支路依次连接，形成入堆空气的供给支路。蒸汽发生器8、空气-燃气换热器4的燃气支路和混合器11依次连接，形成入堆燃料气体（燃料极侧）的供给支路。压缩机14、重整器15、费托反应器16、储气罐20依次链接，形成制甲烷或烃燃料的支路。
相比现有技术的通过电加热器3直接加热混合燃料气体，本实施例采用的通过电加热器3加热空气，然后由空气与水蒸气、CO2的混合气体换热来加热水蒸气、CO2的混合气体，再通过高温水蒸气、CO2的混合气体和常温氢气混合实现对燃料气的加热，使最终的氢气、水蒸气、CO2的混合气体温度达到电堆设定的进口温度，极大提高了燃料气的安全性。仅采用一个电加热器3，就可以为整个系统提供热能，减少了部件，降低了成本，简化了热管理的控制难度。电堆出口的合成气经重整后调整比例并用于费托合成，产生甲烷或烃类燃料储存在储气罐20中，利用共电解反应得到了常用的化工能源类原料，实现了储能的利用。
实施例2
在实施例1的基础上进行改进，该燃料电池共解槽系统还包括空气换热器2，如图2所示。其中，空气换热器2设置于风机1、电加热器3之间，其支路一输入端与风机1的输出端连接，支路二输入端与SOEC电堆12的空气极尾气排气口连接，支路一输出端与电加热器3的输入端连接。
空气换热器2，用于将风机1输出的空气与SOEC电堆12排出的高温空气极尾气进行热交换，获得高温空气传输至电加热器3。
优选地，气水分离器18输出的气体进一步进入重整器15提高气体的利用率。
优选地，该燃料电池共解槽系统还包括燃气换热器9。其中，燃气换热器9设置于蒸汽发生器8、空气-燃气换热器4之间，其支路一输入端与蒸汽发生器8的输出端连接，支路一输出端与空气-燃气换热器4的燃气支路的输入端连接，支路二输入端与SOEC电堆12的燃料极尾气排气口连接，支路二输出端与压缩机14连接。
燃气换热器9，用于作为第一级换热器，将蒸汽发生器8输出的水蒸气、CO2的混合气体与SOEC电堆12排出的高温燃料极尾气进行热交换，获得额定温升的水蒸气、CO2的混合气体传输至空气-燃气换热器4进行第二级换热，以及，获得额定温降的燃料极尾气传输至压缩机14进行压缩。
优选地，该燃料电池共解槽系统还包括高温循环泵13。其中，高温循环泵13的输入端与SOEC电堆12的燃料极尾气排气口连接，输出端与SOEC电堆12的燃料进气口连接。
高温循环泵13，用于将燃料极尾气引入SOEC电堆12的燃料进气口，使未反应的高温燃料气再次进入SOEC电堆12参加反应，提高燃料气利用率。
优选地，该燃料电池共解槽系统还包括依次连接的水箱6、水泵7。其中，水泵7的输出端与蒸汽发生器8的进水口连接。
水箱6，用于储存水，以及提供水。
水泵7，用于从所述水箱6按照设定的需求量给蒸汽发生器8提供液态水。
优选地，该燃料电池共解槽系统还包括冷凝器17、气水分离器18、增压泵19。其中，费托反应器16的输出端经上述冷凝器17与气水分离器18的输入端连接；气水分离器18的出水端与水箱6的进水口连接，其出气端经上述增压泵19与储气罐20的进气口连接。
冷凝器17，用于将费托反应产物中的水蒸气冷凝。
气水分离器18，用于将经过水蒸气冷凝后的水与气体分离，将分离后的水循环至水箱6供使用。
增压泵19，用于将分离得到的氢气与CO气体的混合气体压缩储存至储气罐20中。
优选地，该燃料电池共解槽系统还包括氢气高压储气瓶。其中，氢气高压储气瓶的输出端与混合器11的氢气输入端连接。
氢气高压储气瓶，用于提供高压的氢气气体至混合器11。
优选地，该燃料电池共解槽系统还包括控制器。
控制器，用于获取并控制进入蒸汽发生器8的CO2气体流量，获取并控制进入蒸汽发生器8的水流量，获取并控制进入混合器11的氢气流量；以及，在识别SOEC电堆12输出的气体为氢气与CO气体后，启动高温循环泵13，将SOEC电堆12输出的燃料极尾气导回SOEC电堆12的燃料进气口。
优选地，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
数据采集单元，用于获取进入SOEC电堆12的空气流量和温度，燃料气体中CO2气体、氢气、水蒸气各自的流量和温度，以及识别SOEC电堆12入堆和出堆的气体类型及流量，发送至数据处理与控制单元。
数据处理与控制单元，用于在识别SOEC电堆12输出的气体为氢气与CO气体后，启动高温循环泵13，将SOEC电堆12输出的燃料极尾气导回SOEC电堆12的燃料进气口；以及，在进入SOEC电堆12的空气温度未达到额定温度时，启动电加热器3对进入SOEC电堆12的空气进行加热，直到达到额定温度，关闭电加热器3；以及，控制进入蒸汽发生器8的CO2气体流量、进入蒸汽发生器8的水流量、进入混合器11的氢气流量，使得入堆气体流量比达到预设范围。
优选地，所述数据采集单元进一步包括CO2流量测量与控制设备5、氢气流量测量与控制设备10、水流量测量与控制设备、空气流量温度一体传感器、CO2气体流量温度一体传感器、水蒸气流量温度一体传感器、氢气流量温度一体传感器、CO气体流量传感器。
CO2流量测量与控制设备5，设置于蒸汽发生器8的CO2进气口，用于获取进入蒸汽发生器8的CO2气体流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入蒸汽发生器8的CO2气体流量。
氢气流量测量与控制设备10，设置于混合器11的氢气进气口，用于获取进入混合器11的氢气流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入混合器11的氢气流量。
水流量测量与控制设备，设置于蒸汽发生器8的进水口，用于获取进入混合器11的水流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入混合器11的水流量。
空气流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆12的空气进气口，用于获取进入SOEC电堆12的空气流量和温度。
CO2气体流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆12的燃料进气口，用于获取进入SOEC电堆12的CO2气体流量和温度。
水蒸气流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆12的燃料进气口，用于获取进入SOEC电堆12的水蒸气流量和温度。
氢气流量温度一体传感器，分别设置于SOEC电堆12的燃料进气口和燃料极尾气出气口，用于分别获取入堆和出堆的氢气流量和温度。
CO气体流量传感器，设置于SOEC电堆12的燃料极尾气出气口，用于获取出堆的CO气体流量。
气水分离器18输出的水经水泵7进入蒸汽发生器8内与CO2混合后，经空气-燃气换热器4的另一支路进入混合器11与氢气混合，输出氢气、水蒸气、二氧化碳的混合气至SOEC电堆12的燃料进气口。
实施时，SOEC电堆12的空气极侧：空气由风机1压缩后，通过空气换热器2和SOEC电堆12排出的高温空气极尾气进行换热后进入电加热器3，将空气温度加热至设定温度后，经空气-燃气换热器4与燃料极侧的燃料气进行换热后达到电堆进口温度，然后进入SOEC电堆12。
SOEC电堆12的燃料极侧：水泵7从水箱6按照设定的需求量给蒸汽发生器8提供液态水，液态水经蒸汽发生器8气化后，形成的水蒸气与通入的二氧化碳一同进入燃气换热器9，在燃气换热器9中与燃料极尾气换热，然后再进入空气-燃气换热器4，通过与经电加热器3加热后的高温空气换热，进一步提高燃料气体温度，换热后的高温燃料气体在混合器11中与常温氢气混合后进入SOEC电堆12。
通过调节电加热器3功率，使得氢气和水蒸气、CO2的混合气体达到设定温度后进入SOEC电堆12。燃料极尾气经过燃气换热器9换热经费托反应后进入冷凝器17，通过冷凝器17将气态水冷凝为液态水，再通过气水分离器18将液态水和甲烷或烃燃料分离，分离得到的液态水回流至水箱6循环使用，甲烷或烃燃料进入储气罐20储存。有效提高了一氧化碳的转化率。
在额定工作阶段，整个系统进入额定状态，开始产生氢气与一氧化碳后，打开高温循环泵13，将燃料极尾气导回SOEC电堆12，使其中未反应的高温水蒸气、氢气与CO2气体二次进入SOEC电堆12参加反应，提高燃料气利用率，从而减小了冷凝器17和蒸汽发生器8的功率，提高了整个系统效率。
与实施例1相比，本实施例提供的系统实现了SOEC电堆12的空气极气体两级换热、燃料极气体两级换热，充分提高了能源利用效率。并且，采用高温循环泵13将燃料极生成的氢气、CO和未反应的水蒸气、二氧化碳部分循环回电堆入口，为电堆燃料极提供燃料气的同时，将未反应的高温水蒸气与CO2二次进入电堆参加反应，提高燃料气利用率，从而减小冷凝器17和蒸汽发生器8功率，提高整个系统效率。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，包括SOEC电堆（12）、风机（1）、电加热器（3）、空气-燃气换热器（4）、蒸汽发生器（8）、混合器（11）、压缩机（14）、重整器（15）、费托反应器（16）、储气罐（20）；其中，
风机（1）、电加热器（3）、空气-燃气换热器（4）的空气支路依次连接，获得高温空气至SOEC电堆（12）的空气进气口；
蒸汽发生器（8）获得的水蒸气、CO2的混合气体经空气-燃气换热器（4）的燃气支路进入混合器（11）中，与氢气混合后，输出至SOEC电堆（12）的燃料进气口；
SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气依次经压缩机（14）、重整器（15）进入费托反应器（16），获得甲烷或烃类燃料气体输送至储气罐（20）存储。
2.根据权利要求1所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括空气换热器（2）；其中，
空气换热器（2）设置于风机（1）、电加热器（3）之间，其支路一输入端与风机（1）的输出端连接，支路二输入端与SOEC电堆（12）的空气极尾气排气口连接，支路一输出端与电加热器（3）的输入端连接；
空气换热器（2），用于将风机（1）输出的空气与SOEC电堆（12）排出的高温空气极尾气进行热交换，获得高温空气传输至电加热器（3）。
3.根据权利要求1或2所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括燃气换热器（9）；其中，
燃气换热器（9）设置于蒸汽发生器（8）、空气-燃气换热器（4）之间，其支路一输入端与蒸汽发生器（8）的输出端连接，支路一输出端与空气-燃气换热器（4）的燃气支路的输入端连接，支路二输入端与SOEC电堆（12）的燃料极尾气排气口连接，支路二输出端与压缩机（14）连接；
燃气换热器（9），用于作为第一级换热器，将蒸汽发生器（8）输出的水蒸气、CO2的混合气体与SOEC电堆（12）排出的高温燃料极尾气进行热交换，获得额定温升的水蒸气、CO2的混合气体传输至空气-燃气换热器（4）进行第二级换热，以及，获得额定温降的燃料极尾气传输至压缩机（14）进行压缩。
4.根据权利要求3所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括高温循环泵（13）；其中，
高温循环泵（13）的输入端与SOEC电堆（12）的燃料极尾气排气口连接，输出端与SOEC电堆（12）的燃料进气口连接。
5.根据权利要求1、2、4之一所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括依次连接的水箱（6）、水泵（7）；其中，
水泵（7）的输出端与蒸汽发生器（8）的进水口连接。
6.根据权利要求5所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括冷凝器（17）、气水分离器（18）、增压泵（19）；其中，
费托反应器（16）的输出端经上述冷凝器（17）与气水分离器（18）的输入端连接；气水分离器（18）的出水端与水箱（6）的进水口连接，其出气端经上述增压泵（19）与储气罐（20）的进气口连接。
7.根据权利要求6所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括氢气高压储气瓶；其中，
氢气高压储气瓶的输出端与混合器（11）的氢气输入端连接。
8.根据权利要求4所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，还包括控制器；
控制器，用于获取并控制进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量，获取并控制进入蒸汽发生器（8）的水流量，获取并控制进入混合器（11）的氢气流量；以及，在识别SOEC电堆（12）输出的气体为氢气与CO气体后，启动高温循环泵（13），将SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气导回SOEC电堆（12）的燃料进气口。
9.根据权利要求8所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，所述控制器进一步包括：
数据采集单元，用于获取进入SOEC电堆（12）的空气流量和温度，燃料气体中CO2气体、氢气、水蒸气各自的流量和温度，以及识别SOEC电堆（12）入堆和出堆的气体类型及流量，发送至数据处理与控制单元；
数据处理与控制单元，用于在识别SOEC电堆（12）输出的气体为氢气与CO气体后，启动高温循环泵（13），将SOEC电堆（12）输出的燃料极尾气导回SOEC电堆（12）的燃料进气口；以及，在进入SOEC电堆（12）的空气温度未达到额定温度时，启动电加热器（3）对进入SOEC电堆（12）的空气进行加热，直到达到额定温度，关闭电加热器（3）；以及，控制进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量、进入蒸汽发生器（8）的水流量、进入混合器（11）的氢气流量，使得入堆燃料气体的流量比达到预设范围。
10.根据权利要求9所述的制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括：
CO2流量测量与控制设备（5），设置于蒸汽发生器（8）的CO2进气口，用于获取进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入蒸汽发生器（8）的CO2气体流量；
氢气流量测量与控制设备（10），设置于混合器（11）的氢气进气口，用于获取进入混合器（11）的氢气流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入混合器（11）的氢气流量；
水流量测量与控制设备，设置于蒸汽发生器（8）的进水口，用于获取进入混合器（11）的水流量，并且，根据数据处理与控制单元的控制指令，控制进入混合器（11）的水流量；
空气流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆（12）的空气进气口，用于获取进入SOEC电堆（12）的空气流量和温度；
CO2气体流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆（12）的燃料进气口，用于获取进入SOEC电堆（12）的CO2气体流量和温度；
水蒸气流量温度一体传感器，设置于SOEC电堆（12）的燃料进气口，用于获取进入SOEC电堆（12）的水蒸气流量和温度；
氢气流量温度一体传感器，分别设置于SOEC电堆（12）的燃料进气口和燃料极尾气出气口，用于分别获取入堆和出堆的氢气流量和温度；
CO气体流量传感器，设置于SOEC电堆（12）的燃料极尾气出气口，用于获取出堆的CO气体流量。
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| CN107567351A (zh) * | 2015-04-08 | 2018-01-09 | 太阳火有限公司 | 用于制备甲烷/气态和/或液态烃的制备方法以及制备装置 |
| FR3075832A1 (fr) * | 2017-12-22 | 2019-06-28 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de fonctionnement en mode de demarrage ou en mode stand-by d'une unite power-to-gas comportant une pluralite de reacteurs d'electrolyse (soec) ou co-electrolyse a haute temperature |
| WO2020203087A1 (ja) * | 2019-04-01 | 2020-10-08 | 株式会社Ihi | 炭化水素燃焼システム |
| CN113278993A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-08-20 | 北京思伟特新能源科技有限公司 | 一种高安全性燃料电池电解槽系统及其工作方法 |
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2021
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