氨在sofc电池中的应用及其应用装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氨在SOFC电池中的应用及其应用装置。
【背景技术】
[0002]在石化燃料日益枯竭的现在，人们努力开发新的能源，燃料电池能较高的利用能源，且不污染环境，燃料电池是新型理想的发电技术。
[0003]燃料电池是一种主要通过氧或其他氧化剂和燃料进行电化学反应，燃料电池是将燃料中的化学能转换成电能的电池，在燃料电池中燃料和空气分别送进燃料电池的阳极和阴极，电就会被生产出来。目前，燃料电池发电存在多种不同的技术方案，如碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、把熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)等;不同的技术方案采用不同的燃料，总体归结为两大类别:一类是氢燃料，其是将氢中的化学能转换成电能；另一类是碳氢化合物燃料，将其重整后得到一氧化碳和氢气，把一氧化碳和氢气中的化学能转换成电能；
以氢为原料的燃料电池，PAFC和PEMFC的应用为例，所发生的相关反应为:阳极为H2=2H++2e—，阴极为2H++ y202+2e—=H2O，全体为H2+ 1Z72O2=H2O;在阳极中，供给的燃料气体中的H2分解成H+和e—，H+通过磷酸电解质与空气极侧供给的O2发生反应，e—经由外部的负荷回路，再返回到空气极侧，参与空气极侧的反应，一系列反应促成了电子不间断地给外部负载发电，其中，出和02通过电化学反应生成的H20，H2所含有的化学能转变成了电能；
以碳氢化合物为原料的燃料电池以SOFC应用为例，所涉及的复杂过程为:将碳氢燃料与水蒸汽的混合气体送至重整器，把碳氢燃料转化成H2、C0等混合物，空气中的氧气在阴极被还原成氧离子并穿过固体电解质到达阳极，氧离子与C0、H2在阳极发生电化学反应产生C02、H20以及电子，电子通过外部负载到达阴极并做功发电；
以丙烷为原料的SOFC应用为例，其工作原理是:在700°C?900°C的温度区间，丙烷与水蒸气在催化剂作用下产生H2、C0、C02等;其中H2、C0是燃料电池的原料，CO2属于废气。而且在重整过程中，不可避免的存在一些附属反应如:2C0 = C + CO2^CH4 = C + 2H2 ;上述反应中，出现的固体碳对电池是有危害的，会在阳极催化剂(如镍)表面出现碳沉淀，从而影响电池性能地明显下降；
以质子为工作介质(如PEMFC)的技术方案:外购氢气存在着运输和储藏的应用瓶颈，液态氢为燃料成本高昂；而气态氢则体积庞大，难以大量携带。此外，氢气是易燃易爆物质，其安全使用要求很高；
以氧离子为工作介质(如S0FC)的技术方案:重整过程中，因为碳、氧、水蒸气和重整温度比例关系难以很好匹配，造成催化剂的碳、硫“中毒”现象，使燃料电池性能大幅下降，此夕卜，且该技术方案所采用燃料中的碳均会部分转化为二氧化碳，存在等温室气体排放问题；为了避免上述催化剂“碳中毒”，人们尝试多种办法，但以碳氢为原料驱动燃料电池，始终无法彻底避免这一事实。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的不足，本发明的第一发明目的是提供一种氨在SOFC电池中的应用，本发明的第二发明目的是提供一种氨在SOFC电池中的应用装置，氨中不含碳，以氨为燃料彻底克服SOFC催化剂的“碳中毒”现象，在氨分解制氢过程中，无需水蒸气，从而减少设备及水源的需求，采用燃气加热，能将SOFC应用于可移动装备，废热利用，有效的节约能源。
[0005]为了达到上述第一发明目的，本发明的是这样实现的，其是一种氨气在SOFC电池中的应用，其特征在于应用步骤如下:
步骤一氨气的加热
氨气经第一减压阀减压至0.05MPa后，经第一电磁阀从热交换室上部进入到热交换室中加热，加热后的氨气从热交换室下部进入分解室下部的进气口中；
所述热交换室由耐高温不锈钢材料制成，呈圆柱桶状，在热交换室内设有高温废气排气筒及环形耐高温不锈钢盘管，环形耐高温不锈钢盘管套设在高温废气排气筒外，高温废气排气筒的排气口与外界相通，热交换室、高温废气排气筒及环形耐高温不锈钢盘管互不相通;环形耐高温不锈钢盘管的入气口与分解室上部的出气口连通，高温废气排气筒及环形耐高温不锈钢盘管向热交换室提供热源；
液化石油气燃料与空气混合后经第二减压阀减压至0.05MPa后，通过第二电磁阀及分气燃烧嘴进入混气腔中并燃烧，所述分解室位于混气腔中，所述混气腔的排气口与高温废气排气筒的入气口连通，混气腔向分解室提供热源；
步骤二氨气的分解
在所述分解室内分别设有感温器及呈螺旋状的螺旋气道结构，分解室与螺旋气道结构配合形成螺旋气道，螺旋气道结构由多孔陶瓷制成，在螺旋气道结构表面烧结有镍触媒，氨气从分解室的进气口经分气盘均匀分散后进入到螺旋气道的入口中，氨气在螺旋气道中向上流动，分解室的工作温度为750°C — 850°C，在镍触媒的作用下，经螺旋气道出口出来的气体为25%的氮和75%的氢的混合气体，该混合气体从经分解室的出气口进入环形耐高温不锈钢盘管的入气口，再经环形耐高温不锈钢盘管的出气口流入到干燥纯化器中，在干燥纯化器中安装有吸附水汽及残余氨气的分子筛，混合气体经干燥纯化器变成纯净的氮氢混合气体，纯净的氮氢混合气体输送至燃料电池电堆，依据负载功率需求，调节氨气供给量;在环形耐高温不锈钢盘管与干燥纯化器连通的管上设有第三电磁阀，在环形耐高温不锈钢盘管的出气口与分解室的入气口设有旁路连接管，在旁路连接管上设有第四电磁阀；
当分解室内的气压大于0.15MPa时，安全气阀打开，使分解室内的气压保持I个标准大气压；
当分解室的工作温度为730°C — 750°C时，增加第二电磁阀的进气量，将分解室的工作温度提升到750°C — 850°C;
当分解室的工作温度低于700°C时，第三电磁阀关闭，第四电磁阀打开，调节第一电磁阀降低氨气进气量;此时，环形耐高温不锈钢盘管的出气口与分解室的进气口连通，使没有分解的氨气又再次进入到分解室中，调节第二电磁阀使其开度最大，让工作温度尽快的提升到 750°C—850°C。
[0006]在所述干燥纯化器包括两台干燥纯化桶，在两台干燥纯化桶内均设有吸附水汽及残余氨气的分子筛，在两台干燥纯化桶的进气口及出气口均设有电磁阀，两台干燥纯化桶的进气口及出气口并联。
[0007]为了达到上述第二发明目的，本发明的是这样实现的，其是一种氨气在SOFC电池中的应用装置，其特征在于包括第一减压阀、第一电磁调节阀高温废气排气筒、热交换室、环形耐高温不锈钢盘管、温度感应器、安全气阀、混气腔、分解室、螺旋气道结构、带点火器的分气燃烧嘴、第二电磁调节阀、第二减压阀、第三电磁调节阀、第四电磁调节阀及干燥纯化器;其中
所述第一减压阀及第一电磁调节阀设在热交换室上部的入气口与氨气连接的管上；
所述高温废气排气筒及环形耐高温不锈钢盘管均位于热交换室内，所述环形耐高温不锈钢盘管套设在高温废气排气筒外，高温废气排气筒、热交换室及环形耐高温不锈钢盘管互不相通，高温废气排气筒的排气口与外界连通；
所述温度感应器设在分解室内的上方，分解室设在混气腔内并互不连通，所述混气腔上部的出气口与高温废气排气筒的入气口连通，分解室下部的入气口与热交换室下部的出气口连通，分解室上部的出气口与环形耐高温不锈钢盘管的进气口连通;所述分气燃烧嘴位于混气腔内并处于混气腔的燃气入气口处;所述安全气阀设在混气腔的上部；
所述螺旋气道结构设在分解室内从而在分解室内形成螺旋气道，螺旋气道结构由多孔陶瓷制成，在螺旋气道结构表面烧结有镍触媒；
所述第二电磁阀及第二减压阀设在混气腔的燃气入气口与燃气的连接管上；
所述环形耐高温不锈钢盘管的出气口与干燥纯化装置的入气口连通，干燥纯化装置的出气口与电堆系统的入气口连通，在干燥纯化装置内设有吸附水汽及残余氨气的分子筛；所述第三电磁阀设在环形耐高温不锈钢盘管与干燥纯化装置连接的管上。
[0008]在所述环形耐高温不锈钢盘管的出气口与分解室的入气口之间设有旁路