[发明专利]一种用混合传导膜捕获燃煤电厂CO2的系统及方法

权利要求书

1.一种用混合传导膜捕获燃煤电厂CO₂的系统，其特征在于，所述用混合传导膜捕获燃煤电厂烟气中CO₂的系统包括：燃煤电厂锅炉、水蒸气甲烷重整器、混合传导膜、混合器、换热器、余热锅炉、冷凝器、多级压缩机、汽轮机及发电机；燃煤电厂锅炉(1)与第一换热器(19)和混合器(3)串联；混合器(3)与第一混合传导膜(6)、第一换热器(19)、第二混合传导膜(7)、第三换热器(21)、第三混合传导膜(8)、第四换热器(22)、第四混合传导膜(9)、第五换热器(23)、第五混合传导膜(10)、第六换热器(24)、第二余热锅炉(5)和第三汽轮机(15)依次串联，第三汽轮机(15)驱动第三发电机(18)发电；水蒸气甲烷重整器(2)的燃烧室排气口与混合器(3)相连，水蒸气甲烷重整器(2)与第一混合传导膜(6)、第二混合传导膜(7)、第三混合传导膜(8)、第四混合传导膜(9)和第五混合传导膜(10)的下部入口并联；第二换热器(20)分别与第一混合传导膜(6)下部出口、混合器(3)、空气入口和第一余热锅炉(4)连接；第二混合传导膜(7)、第三混合传导膜(8)、第四混合传导膜(9)及第五混合传导膜(10)下部出口一起与第一余热锅炉(4)连接；第一余热锅炉(4)再分别连接冷凝器(11)和第一汽轮机(13)；第一汽轮机(13)驱动第一发电机(16)发电；冷凝器(11)与多级压缩机(12)连接，并输出CO₂；第三换热器(21)、第四换热器(22)、第五换热器(23)和第六换热器(24)的输出并联后与第二汽轮机(14)连接，第二汽轮机(14)驱动第二发电机(17)发电；第三换热器(21)、第四换热器(22)、第五换热器(23)和第六换热器(24)的输入分别与进水管连接。

2.根据权利要求1所述用混合传导膜捕获燃煤电厂CO₂的系统，其特征在于，所述水蒸气甲烷重整器(2)分别设置有燃料、水、空气与合成气入口。

3.根据权利要求1所述用混合传导膜捕获燃煤电厂CO₂的系统，其特征在于，所述水蒸气甲烷重整器(2)分为燃烧室和重整室；燃烧室中燃料CH₄与空气发生燃烧反应，生成CO₂和水蒸气；重整室中燃料CH₄与水蒸气发生重整反应，生成合成气(CO+3H₂)。

4.根据权利要求1所述用混合传导膜捕获燃煤电厂CO₂的系统，其特征在于，所述第二混合传导膜(7)、第三混合传导膜(8)、第四混合传导膜(9)和第五混合传导膜(10)中进料侧与渗透侧与第一混合传导膜(6)中相同。

5.根据权利要求1所述用混合传导膜捕获燃煤电厂CO₂的系统，其特征在于，所述第一余热锅炉(4)出口蒸汽进入第一汽轮机(13)做功，并驱动第一发电机(16)发电。

6.根据权利要求1所述用混合传导膜捕获燃煤电厂CO₂的系统，其特征在于，所述第二余热锅炉(5)出口蒸汽进入第三汽轮机(15)做功，并驱动第三发电机(18)发电。

7.根据权利要求1所述用混合传导膜捕获燃煤电厂CO₂的系统，其特征在于，所述从进水管的给水分别与经第三换热器(21)、第四换热器(22)、第五换热器(23)和第六换热器(24)加热成蒸汽后，进入第二汽轮机(14)做功，并驱动第二发电机(17)发电。

8.根据权利要求1所述用混合传导膜捕获燃煤电厂CO₂的系统，其特征在于，所述混合传导膜MECC能传导碳酸根离子与电子。

9.一种用混合传导膜MECC捕获燃煤电厂烟气中CO₂的方法，其特征在于，包括：

1)燃煤电厂锅炉(1)尾部烟气经冷凝器(11)后，与经多级压缩机(12)后的空气进入水蒸气甲烷重整器(2)的燃烧室，在从水蒸气甲烷重整器(2)的燃料、水、空气与合成气入口进入水蒸气甲烷重整器(2)的燃烧室中的燃料CH₄与空气发生燃烧反应，生成CO₂和水蒸气；重整室中燃料CH₄与水蒸气发生重整反应，生成合成气(CO+3H₂)在混合器(3)混合后，进入第一混合传导膜(6)的进料侧；

2)第一混合传导膜(6)进料侧的二氧化碳与氧气在进料侧传导膜表面发生电化学反应生成碳酸根离子；未反应的气体经冷凝器(11)后进入第二混合传导膜(7)；

3)第一混合传导膜(6渗透侧的碳酸根离子在渗透侧传导膜表面发生电化学反应生成二氧化碳与氧气，其中氧气与来自水蒸气甲烷重整器(2)的合成气CO与H₂发生反应生成二氧化碳与水；所述第二混合传导膜(7)、第三混合传导膜(8)、第四混合传导膜(9)和第五混合传导膜(10)中进料侧与渗透侧传导膜表面发生电化学反应与第一混合传导膜(6)中相同；

4)步骤(2)与步骤(3)中各混合传导膜渗透侧富集的二氧化碳经第一余热锅炉(4)与冷凝器(11)后，进入多级压缩机(12)压缩，最后捕集回收。