[發明專利]使用燃料電池處理氧化亞氮尾氣的方法及裝置

有效

• 申請號: 202110828533.9
• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113578000B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 肖睿;崔東旭;吳石亮;李桃
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01D53/32
• 分類號: B01D53/32;B01D53/56;H01M8/0662;H01M8/2425
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

本發明涉及一種使用燃料電池處理氧化亞氮尾氣的方法及裝置，包括固體氧化物燃料電池，其結構包括殼體、燃料電池管和陰極床料；殼體上設有陰極氣體入口和陰極氣體出口，陰極氣體包括待處理的氧化亞氮；殼體內設置有至少一根燃料電池管，殼體內壁與至少一根燃料電池管的陰極外壁之間形成腔體，陰極床料填充于腔體內；殼體內設有布風板，陰極氣體由陰極氣體入口流入經布風板導流進入腔體內，可促使陰極床料處于流化狀態；燃料電池管兩端分別與布風板、殼體固定連接。通過陰極床料流化增強腔體內反應強度，同時解決因氧化亞氮分解放熱所產生的溫度不均現象，提升氧化亞氮分解率及燃料電池的安全性。

技術領域

本發明涉及氧化亞氮尾氣處理技術領域，尤其是一種使用燃料電池處理氧化亞氮尾氣的方法及裝置。

背景技術

N₂O被列為六大溫室氣體之一，因為它會嚴重消耗臭氧層并引起溫室效應，其中全球變暖潛能值(GWP)是CO₂的310倍。在硝酸和己二酸的生產過程中，產生的廢氣中一氧化二氮的含量可達50％，如果廢氣不進行處理，每生產1噸己二酸將排放約0.25噸一氧化二氮氣體。

N₂O的去除途徑包括高溫熱分解、非選擇性催化還原和直接催化分解。其中，直接催化分解被認為是最有前景的途徑，因為N₂O在催化劑的作用下被分解為氮氣和氧氣，不會產生二次污染物。一氧化二氮的分解催化劑主要有負載型貴金屬催化劑、分子篩催化劑、半導體光催化劑和金屬氧化物催化劑等幾種。其中鈣鈦礦基金屬氧化物催化劑不僅成本低，而且在500-850℃的操作溫度下表現出良好的熱穩定性。

SOFC是一種能將燃料的化學能直接高效轉化為電能的能源裝置。現有技術中，一些可作為一氧化二氮分解催化劑的鈣鈦礦材料也被廣泛用于溫度相近的固體氧化物燃料電池(SOFC)的陰極，如La_δSr_1-δMnO₃、La_δSr_1-δCoO₃、La_δSr_1-δFeO₃、和La_δSr_1-δCo_εFe_1-εO₃。但在SOFC中直接使用一氧化二氮作為氧化劑時，由于氣體與催化劑的接觸面積小，一氧化二氮的轉化率較低。一氧化二氮分解是放熱反應2N₂O＝2N₂+O₂(H²⁹⁸＝-163kJ/mol)，它將影響SOFC陰極表面的溫度場分布。溫度不均會加劇電極與電解質材料間膨脹度的不匹配，進而破壞SOFC機械結構，給整個系統帶來安全性問題。

專利CN105396460B提供了一種氮氧化合物綜合凈化系統，在高溫條件下，利用焦炭和活性炭的混合物，將處理氣中的NO_x脫除完全，同時部分脫除N₂O；然后在中低溫條件下利用N₂O高效分解催化劑將氣體中剩余的N₂O催化分解為N₂和O₂。該系統為兩步脫除工藝，N₂O的處理過程中規中矩，但是仍然需要額外增加設備處理尾氣，處理后的尾氣也沒有得到任何利用，存在一定的能量及效率損失。

專利CN111330437A提供了一種己二酸生產中多種污染物協同凈化的方法及系統，首先使用干燥器降低尾氣中水汽含量，然后進入換熱器進行預熱并加入一定量的空氣和氨氣，隨后在固定床反應器中進行催化反應。此系統實現了NO_X和N₂O的聯合處理，系統較傳統工藝也大幅簡化，但是氧化亞氮雖然是一種污染物，但是直接分解產生的氮氧比例為2∶1，還可以進行二次利用，提升物質和能量的雙重利用效率。