CN111014229B - 一种利用燃料电池余热的热解回收装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用燃料电池余热的热解回收装置及工作方法。热解回收装置包括热解炉、设置于所述热解炉内部的燃料电池、用于向所述燃料电池输送氢气的第一送气系统、用于向所述燃料电池输送空气的第二送气系统、用于提供热解炉无氧环境的第三送气系统、用于回收所述热解炉热解气的第一回收系统以及用于回收所述热解炉热解液的第二回收系统。本发明利用燃料电池在工作时产生的余热为热解提供热量。热解后的固体，液体和气体均可回收。本发明有效利用了固体氧化物燃料电池余热提高了能源利用率，并实现废弃印刷电路板充分回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种利用燃料电池余热的热解回收装置及工作方法。
背景技术
经济的发展和技术的进步使电子设备的更新不断加快，但是，与此同时带来的是电子废弃物的增长。废弃印刷线路板是电子垃圾的一种典型组成部分，其产生量的不断增加使得电子垃圾的问题变得日益严重。如何解决废弃印刷线路板收回问题越来越受到人们的重视。
电子垃圾同时具有资源性和危害性。从资源方面来看，其含有丰富的金属、有机物、玻璃纤维等可回收的有用材料，从危害方面来看，其含有一些有害物质，比如镉、汞、铬、聚氯乙烯塑料、溴化阻燃剂等，一旦不能合理处置，既会对环境造成影响，也会对人类健康造成危害。
目前，废弃印刷线路板的处理主要有化学法、机械法、热解法，实践表明，热解法是一种清洁有效的回收方法，具有良好的环保效益，近年来发展迅速，并得到越来越多的应用。
热解是指在缺氧的条件下在容器中加热(一般在300～900℃)，产生可燃性气体、液体混合物和固体残留物，可有效实现金属组分和非金属组分的分离。热解气体产物通过气相色谱检测，发现主要成分为H2、CO、CO2、CH4及有机烃类等。
以及废弃印刷线路板热解及热解气焚烧机理研究一文中，采用机械法处理废弃印刷线路板，机械处理法指根据废弃印刷线路板各组成成分物理性质的差异，使破碎成小颗粒的废弃印刷线路板进行进一步的机械或化学提纯，从而最终得到可回收产物以及残渣。
以及采用化学处理法，是指利用化学稳定性的不同而将废弃线路板组分分离的方法。主要过程包括对细小固体颗粒材料的一系列的酸或腐蚀性溶解过滤，使绝大多数的金属与非金属物质分离，之后通过对液体进行萃取、沉淀、等方式来回收其中的金属成分。
以上方法能够处理处理废弃印刷电路板，但也有一些问题。机械处理法无法直接处理复杂的电子类废品，也不能彻底实现废弃印刷线路板中金属和非金属之间的分离，得到的也是金属富集体，仍然需要后期进一步的加工。化学处理法还受到溶剂化学分离有效性的限制。而且，由于使用腐蚀性过滤溶液，也存在环境问题。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种利用燃料电池余热的热解回收装置及工作方法。本发明利用固体氧化物燃料电池在发电时产生的高温余热热解废弃印刷电路板，降低能耗，提高能量利用效率，并对热解产物进行了回收，充分循环利用废电路板。
技术方案：本发明所述的一种利用燃料电池余热的热解回收装置，包括热解炉、设置于所述热解炉内部的燃料电池、用于向所述燃料电池输送氢气的第一送气系统、用于向所述燃料电池输送空气的第二送气系统、用于提供热解炉无氧环境的第三送气系统、用于回收所述热解炉热解气的第一回收系统以及用于回收所述热解炉热热解原料的第二回收系统。
所述热解炉包括设置于热解炉下方的底座、设置于所述热解炉上方的顶板、设置于所述热解炉顶端的与所述第一回收系统连通的排气系统。
所述热解炉的外壁与内壁之间设置有保温层。
所述燃料电池四周设置有均匀间隔分布的若干导热机构。
所述燃料电池下方设置有多孔板。
所述第一送气系统包括与向燃料电池送入氢气的第一导气管以及将燃料电池的氢气尾气送出的第二导气管；第二送气系统包括与向燃料电池送入空气的第三导气管以及将燃料电池的空气尾气送出的第四导气管，所述第二导气管以及第四导气管与所述排气系统连通。
所述第二回收系统包括设置于所述热解炉下方的热解液收集器、将所述热解液收集器中的热解液送入第二回收系统的导流管。
本发明所述的利用燃料电池余热的热解回收装置的工作方法，包括以下步骤：
(a)打开第三送气系统，氮气进入到热解炉中，营造氮气的氛围；
(b)当燃料电池及周围环境的温度达到燃料电池工作温度时，燃料电池开始工作，第一送气系统向燃料电池输送氢气，第二送气系统向燃料电池输送空气，残余的氢气和空气送入排气系统排出，与进入排气系统的热解气共同送入第一回收系统；
(c)在燃料电池下方设有多孔板，热解原料在热解时产生的热解液通过多孔板进入下方的热解液收集器，送入第二回收系统。
有益效果：(1)本发明有效利用了固体氧化物燃料电池余热提高了能源利用率，并实现热解原料如废弃印刷电路板充分回收利用；(2)本发明热解时的能量来源为固体氧化物燃料电池发电时的余热，很大程度上减少电能的消耗，提高固体氧化物燃料电池发电时的能量效率；(3)本发明对热解后固体，液体(热解液)和气体(热解气)设计了回收设备，可以回收作为化工原料或燃料，充分循环利用热解原料。
附图说明
图1为本发明热解回收装置整体结构示意图；
图2为本发明的热解炉散热机构结构示意图；
图3为本发明热解炉整体示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，本发明所述的一种利用燃料电池余热的热解回收装置，包括热解炉1、设置于热解炉1内部的燃料电池2、用于向燃料电池2输送氢气的第一送气系统3、用于向燃料电池2输送空气的第二送气系统4、用于提供热解炉1无氧环境的第三送气系统5、用于回收热解炉1热解气的第一回收系统6以及用于回收热解炉1热解液的第二回收系统7。
热解炉1包括一个热解腔，热解炉1底端设置有底座101、设置于热解炉1顶端的顶板102、设置于热解炉1顶板102上方的与第一回收系统6连通的排气系统103，热解炉1的外壁104与内壁106之间设置有保温层105。
热解炉1与第三送气系统5连通，第三送气系统5用于向热解炉1提供无氧环境，可以为在印刷电路板热解时，不与热解产物反应的气体如惰性气体、氮气等，本实施例中，第三送气系统5为输送氮气的系统，为氮气储存罐，在热解前，打开氮气储存罐的阀门，氮气通过第五导气管501进入到热解炉1中，使氮气充满热解炉1，以排除热解炉中的空气，确保热解过程的无氧环境，营造氮气的氛围。
如图2所示，在热解炉1的热解腔中心放置燃料电池2(固体氧化物燃料电池电堆)，利用燃料电池2的余热为热解过程提供热量。燃料电池2包括阳极201、阴极202、电解质层203，燃料电池2四周设置有均匀间隔分布的若干导热机构204，本实施例中，导热机构204为导热翅片，周向均匀分布于燃料电池四周，促进热量的传输，提高热解炉中的温度均匀性。在燃料电池2下方设置有多孔板205，多孔板205为设置有多个通孔的平板结构，多孔板水平固定于热解腔中，多孔板205支撑燃料电池2，且废弃印刷电路板在热解时产生的热解液通过多孔板205进入下方的热解液收集器701中，热解时产生的固体产物(金属铜、焦炭和玻璃纤维等)从多孔板205上方回收。
本实施例中，第一送气系统3为氢气储存罐，还包括与向燃料电池2送入氢气的第一导气管301以及将燃料电池2的氢气尾气送出的第二导气管302。
第二送气系统4为空气压缩机，还包括与向燃料电池2送入空气的第三导气管401以及将燃料电池2的空气尾气送出的第四导气管402，如图3所示，第二导气管302以及第四导气管402与排气系统103连通，进入排气系统103的气体，与热解原料(本实施例中为印刷电路板)在热解后产生的热解气从排气系统103排出，进入第一回收系统6。
以第一送气系统为例，为了便于控制气体流量以及控制系统的启闭，在第一导气管301上设置有第一阀门303，用于控制气体流量和气体通路启闭，送气系统以及回收系统上的阀门设置在此不再赘述。
第一回收系统6为第一回收罐，排气系统103通过第六导气管601将排气系统103的热解气经压缩机压缩后收集在第一回收罐中，且第一回收系统6同样设置有控制气体流量和回收体系启闭的阀门。热解后的气体产物多为质量较小的轻质组分，主要包括CO2、CO、H2O、CH4、C2H4和少量的溴化物及苯类等挥发性成分，可以回收利用。
第二回收系统7主体结构为第二回收罐，用于储存热解液，还包括设置于热解炉1下方的热解液收集器701、将热解液收集器701中的液体送入第二回收系统7的导流管702。废弃印刷电路板在热解的作用下会产生热解液和金属等固体产物，热解液(主要为苯酚、甲基苯酚和异丙基苯酚)通过多孔板205进入下方的热解液收集器701中。
本实施例1利用燃料电池余热的热解回收装置的工作方法为：
(a)打开第三送气系统，氮气进入到热解炉中，营造氮气的氛围；
(b)当燃料电池2及周围环境的温度达到燃料电池2工作温度时，燃料电池2开始工作，第一送气系统3向燃料电池2输送氢气，第二送气系统4向燃料电池2输送空气，残余的氢气和空气送入排气系统103排出，与进入排气系统的热解气共同送入第一回收系统；
(c)在燃料电池2下方设有多孔板205，废弃印刷电路板在热解时产生的热解液通过多孔板205进入下方的热解液收集器701，送入第二回收系统7。
本发明利用固体燃料电池高温的特点，将废弃印刷电路板放置在燃料电池周围，可以起到保温和加热的作用，装置还对热解产物进行了回收，从而提高了整个系统的能量利用效率。
Claims (4)
1.一种利用燃料电池余热的热解回收装置，其特征在于，包括热解炉(1)、设置于所述热解炉(1)内部的燃料电池(2)、用于向所述燃料电池(2)输送氢气的第一送气系统(3)、用于向所述燃料电池(2)输送空气的第二送气系统(4)、用于提供热解炉(1)无氧环境的第三送气系统(5)、用于回收所述热解炉(1)热解气的第一回收系统(6)以及用于回收所述热解炉(1)热解液的第二回收系统(7)；
所述热解炉 (1)包括设置于热解炉下方的底座(101)、设置于所述热解炉(1)上方的顶板(102)、设置于 所述热解炉(1)顶端的与所述第一回收系统(6)连通的排气系统(103)；
所述燃料电池(2)下方设置有多孔板(205)，所述燃料电池(2)四周设置有均匀间隔分布的若干导热机构(204)；所述导热机构（204）为导热翅片；
所述第二回收系统(7)包括设置于所述热解炉(1)下方的热解液收集器(701)、将所述热解液收集器 (701)中的热解液送入第二回收系统(7)的导流管(702)。
2.根据权利要求1所述的利用燃料电池余热的热解回收装置，其特征在于，所述热解炉(1)的外壁(104)与内壁(106)之间设置有保温层(105)。
3.根据权利要求1所述的利用燃料电池余热的热解回收装置，其特征在于，所述第一送气系统(3)包括向燃料电池(2)送入氢气的第一导气管(301)以及将燃料电池(2)的氢气尾气送出的第二导气管(302)；第二送气系统(4)包括向燃料电池(2)送入空气的第三导气管(401)以及将燃料电池(2)的空气尾气送出的第四导气管(402)，所述第二导气管(302) 以及第四导气管(402)与所述排气系统(103)连通。
4.一种如权利要求1所述的热解回收装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)打开第三送气系统，氮气进入到热解炉中，营造氮气的氛围； (b)当燃料电池及周围环境的温度达到燃料电池工作温度时，燃料电池开始工作，第一送气系统向燃料电池输送氢气，第二送气系统向燃料电池输送空气，残余的氢气和空气送入排气系统排出，与进入排气系统的热解气共同送入第一回收系统； (c)在燃料电池下方设有多孔板，热解原料在热解时产生的热解液通过多孔板进入下方的热解液收集器，送入第二回收系统。
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