C的陽極排氣的剩余部分與陰極排氣供給至重整器用催化燃燒器及醪塔的再沸器用催化燃燒器，利用陰極排氣的氧氣使陽極排氣中的可燃成分(H2、CO等)燃燒，在重整器用催化燃燒器及再沸器用催化燃燒器中能夠產(chǎn)生熱，從而能夠?qū)⒃摕嵊行в糜谥卣骷磅菜乃滓旱募訜帷?br>【附圖說明】
[0035]圖1是表示本發(fā)明的實施方式的流程圖。
[0036]圖2是表不陽極排氣回流對于效率的效果的圖表。
[0037]圖3是表示醪塔的塔頂蒸汽濃度與消耗能量之間關(guān)系的圖表。
【具體實施方式】
[0038]接下來，基于圖示的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行具體說明。
[0039]在圖1中，本發(fā)明的生物乙醇制造裝置與S0FC的組合系統(tǒng)是由醪塔、重整器及S0FC組合構(gòu)成，所述醪塔對生物乙醇制造裝置的發(fā)酵槽中生成的發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾，并從塔頂蒸餾出含水乙醇蒸汽；所述重整器從含水乙醇蒸汽生成重整氣體；所述S0FC將重整氣體作為燃料工作。
[0040]在該系統(tǒng)中，通過栗(1)將乙醇濃度為5被％的發(fā)酵液經(jīng)由熱回收器(2)供給至醪塔的頂部。醪塔例如具有40個蒸餾塔板，并在100?154°C的范圍內(nèi)對發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾，因此從醪塔底部抽取塔底液，其一部分被催化燃燒器/再沸器加熱后回到醪塔底部，而塔底液的剩余部分經(jīng)熱回收器(2)作為乙醇濃度不足0.lwt%的排水排出。
[0041]另一方面，將從醪塔塔頂蒸餾出在溫度為90?130°C、壓力為大氣壓?430kPaG條件下乙醇濃度為35?60wt%的含水乙醇蒸汽。該含水乙醇蒸汽經(jīng)熱回收器(3)送至重整器中，此處乙醇經(jīng)汽化/重整生成含氫重整氣體。該重整氣體被送至在大約700°C條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的SOFC單元的陽極以供發(fā)電。空氣通過鼓風(fēng)機(jī)(4)經(jīng)熱回收器(5)送入SOFC單元的陰極，將空氣中的氧氣用于發(fā)電。
[0042]在從醪塔塔頂?shù)街卣鞯暮掖颊羝€路(6)上所設(shè)置的排出器(7)使陽極排氣中的一部分以大約1.5的回流比(回流氣體流量/(陽極排氣-回流氣體)流量)進(jìn)行回流。通過該回流，用S0FC的陽極排氣中的水分將含水乙醇蒸汽的乙醇濃度調(diào)整至25?35界1:%的范圍。
[0043]如上所述通過使陽極排氣的一部分在從醪塔到重整器的含水乙醇蒸汽線路上以規(guī)定的回流比進(jìn)行回流，能夠提高陽極供給氣體中燃料成分(h2、CO等)的濃度，由此能夠?qū)⑷剂铣煞值睦寐侍嵘械?0%左右，從而能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電效率的提尚。
[0044]另外，如上所述由于使陽極排氣的一部分在從醪塔到重整器的含水乙醇蒸汽線路上以規(guī)定的回流比進(jìn)行回流，從而能夠在溫度為90?130°C、壓力為大氣壓?430kPaG的條件下，使從醪塔蒸餾出的含水乙醇蒸汽的乙醇濃度為25?35wt% (在回流比設(shè)為1?2的情況下)。這樣一來，能夠?qū)Ⅴ菜脑俜衅魉牡哪芰恳种浦了枰淖钚∠薅取?br>[0045]S0FC的陽極排氣的剩余部分將與陰極排氣合流，在使該合流氣體的至少一部分通過重整器用催化燃燒器、重整器及熱回收器(3)而迂回后，與合流氣體的非迂回部分匯合。在重整器用催化燃燒器中，用來自陰極排氣的氧氣使來自陽極排氣的可燃成分(H2、CO等)燃燒，生成的熱用于重整器的加熱。合流氣體接下來被送至醪塔的再沸器用催化燃燒器，在此也用來自陰極排氣的氧氣使來自陽極排氣的可燃成分(H2、C0等)燃燒，生成的熱用于醪塔的塔底液的加熱。
[0046]在圖3中，表示了醪塔塔頂蒸汽濃度與消耗能量之間的關(guān)系。該圖表表示對在塔頂壓力為50kPaG的條件下將乙醇濃度為5wt%的發(fā)酵液進(jìn)行脫水濃縮時需要的再沸器熱量，估算在塔頂蒸汽濃度變化時所需要的熱量如何變化的結(jié)果。在重整器中，為了充分且耐久地發(fā)揮重整催化劑的性能而將乙醇經(jīng)汽化/重整生成氫氣，需要將含水乙醇蒸汽的乙醇濃度調(diào)整至25?35wt%的范圍，但在醪塔中，在將含水乙醇濃縮到乙醇濃度為35?60wt%的范圍的條件下所消耗能量最少。在將含水乙醇濃縮至超過60wt%的范圍的條件下，所消耗的能量增大。再沸器的熱量使用流程模擬器(ASPEN)進(jìn)行計算。在90°C左右的條件下對乙醇濃度為5wt%的發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾，蒸餾塔的塔板數(shù)設(shè)為40。蒸餾塔的塔頂蒸汽濃度在低濃度域中進(jìn)行稱為簡單蒸餾的操作，濃度越高水的蒸發(fā)潛熱就越少，從而再沸器熱量逐漸減少。若為某種程度的濃度(估算大約為55wt%)，則通過簡單蒸餾無法進(jìn)行濃縮，仍需要進(jìn)行回流操作，因此再沸器的熱量增加。另一方面，在更高的濃縮域內(nèi)，所消耗的能量會增加。
[0047]工業(yè)實用性
[0048]本發(fā)明可以有效適用于將生物乙醇制造裝置與S0FC組合的系統(tǒng)中，實現(xiàn)使S0FC的發(fā)電效率進(jìn)一步提高，并進(jìn)一步削減發(fā)酵液的蒸餾所需的能量。
[0049]附圖標(biāo)記說明
[0050](1):栗
[0051](2)、(3)、(5):熱回收器
[0052](4):鼓風(fēng)機(jī)
[0053](6):含水乙醇蒸汽線路
[0054](7):排出器
【主權(quán)項】
1.一種生物乙醇制造裝置與固體氧化物燃料電池的組合系統(tǒng)的節(jié)能方法，其特征在于，在由對生物乙醇制造裝置的發(fā)酵槽中生成的發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾并從塔頂蒸餾出含水乙醇蒸汽的醪塔、從含水乙醇蒸汽中生成重整氣體的重整器及將重整氣體作為燃料工作的固體氧化物燃料電池組合而成的系統(tǒng)中， 為了用固體氧化物燃料電池的陽極排氣中的水分將含水乙醇蒸汽的乙醇濃度調(diào)整至25?35wt%的范圍，在從醪塔到重整器的含水乙醇蒸汽線路上使陽極排氣中的一部分以1?2的回流比(回流氣體流量/(陽極排氣-回流氣體)流量)進(jìn)行回流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物乙醇制造裝置與固體氧化物燃料電池的組合系統(tǒng)的節(jié)能方法，其特征在于，使從醪塔蒸餾出的含水乙醇蒸汽的乙醇濃度為35?60wt%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物乙醇制造裝置與固體氧化物燃料電池的組合系統(tǒng)的節(jié)能方法，其特征在于，使從醪塔蒸餾出的含水乙醇蒸汽的乙醇濃度為55?60wt%。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的生物乙醇制造裝置與固體氧化物燃料電池的組合系統(tǒng)的節(jié)能方法，其特征在于，將固體氧化物燃料電池的陽極排氣剩余部分與陰極排氣供給至重整器用催化燃燒器及醪塔的再沸器用催化燃燒器，利用陰極排氣的氧氣使陽極排氣中的可燃成分燃燒，將重整器用催化燃燒器中所產(chǎn)生的熱用于重整器的加熱，將再沸器用催化燃燒器中所產(chǎn)生的熱用于醪塔的塔底液的加熱。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在將生物乙醇制造裝置與SOFC組合的系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步提高SOFC的發(fā)電效率，并進(jìn)一步削減發(fā)酵液能量的方法。在從醪塔到重整器的含水乙醇蒸汽線路上使陽極排氣中的一部分以1～2的回流比(回流氣體流量/(陽極排氣-回流氣體)流量)進(jìn)行回流。通過該回流，用固體氧化物燃料電池的陽極排氣中的水分將含水乙醇蒸汽的乙醇濃度調(diào)整至25～35wt％的范圍。
【IPC分類】C12M1/00, C01B3/32, C12P7/06, H01M8/04, H01M8/1231, H01M8/04089, H01M8/0606, H01M8/06, H01M8/12
【公開號】CN105283992
【申請?zhí)枴緾N201480033282
【發(fā)明人】高木義信, 川見真人, 淺利祥廣, 酒井良典, 橋本大祐
【申請人】日立造船株式會社
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年6月13日
【公告號】EP3012894A1, US20160149243, WO2014203806A1