[发明专利]用于高温可逆燃料电池的碳循环装置

说明书

本发明公开了用于高温可逆燃料电池的碳循环装置，包括：高温可逆燃料电池、燃气轮机、发电机、碳化器、煅烧炉、锅炉、蓄热器、合成气储罐、氧气储罐及相关控制阀等部件。合成气储罐出口连接高温可逆燃料电池阳极入口，阳极出口连接带有同轴发电机的燃气轮机，燃气轮机出口连接碳化器，蓄热器储存来自碳化器产生的热量并与煅烧炉连接，锅炉为煅烧炉提供热量，煅烧炉热解气出口与高温可逆燃料电池阴极连接，高温可逆燃料电池氧气出口与氧气储罐入口相连、合成气出口与合成气储罐入口相连。本发明利用碳化器将二氧化碳及水蒸气存储起来，用于电解模式下提供所需的水蒸气及二氧化碳。本发明装置实现了切换模式运行时二氧化碳的循环利用。

技术领域

本发明涉及新能源发电技术及温室气体减排领域，具体涉及用于高温可逆燃料电池的碳循环装置。

背景技术

我国是化石能源消耗大国，二氧化碳作为化石能源消耗的主要产物，其大量来自于我们的工农业生产、交通运输和人类生活。在工农业生产中，二氧化碳的大量排放以石油化工行业及燃煤发电厂最为典型。目前我国对二氧化碳的处理主要有：化工业上作为原料生产化工制品；轻工业上利用二氧化碳生产碳酸饮料、汽水、啤酒等；重工业上采用二氧化碳捕集技术，收集二氧化碳并封存起来。

近年来，随着新能源技术在发电领域的日益成熟，特别是高温可逆固体氧化物燃料电池(Reversible Solid Oxide Fuel Cells，rSOFC)在清洁能源领域的迅速发展，这使得如何利用丰富的二氧化碳资源问题得以更好地解决。高温可逆固体氧化物燃料电池既具有高温固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFC)的发电特性，又具有高温固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cells，SOEC)的电解特性。高温可逆燃料电池在发电模式下，由于其对燃料的灵活选择性，可以直接利用富含碳、氢的合成气进行发电，通过消耗碳、氢合成气及空气，在其阳极产生高浓度的二氧化碳尾气；而在其电解模式下，通过共电解二氧化碳及水蒸汽以制取富碳、氢合成气，并副产得到纯氧。

目前，对于高温可逆燃料电池中二氧化碳捕集主要采用的方法是：在其尾气后安装二氧化碳捕集单元，二氧化碳捕集单元的工艺一般有化学吸收法、化学吸附法、物理吸附法或膜分离法，二氧化碳在经过这些工艺方法后，还要进行分离、储存起来，这使得高温可逆燃料电池在二氧化碳捕集方面耗费过多的能耗。当高温可逆燃料电池工作于电解模式下，其所需的二氧化碳来源主要是工业上经过提纯、处理后的二氧化碳和水蒸气混合气或者这些经过二氧化碳捕集单元分离、储存起来的二氧化碳提供。

由于氧化钙对二氧化碳吸收方面具有吸收效率高、低成本、易获得等优点，且当氧化钙与二氧化碳反应时会放出巨大热量，添加蓄热器可将该部分能量有效储存起来，利用氧化钙与二氧化碳反应的化学特性，可有效将二氧化碳气体储存于碳酸钙固体中，当需要二氧化碳时，通过高温热解碳酸钙，可直接将储存在碳酸钙固体中的二氧化碳分解出来并对其进行利用，这使得高温可逆燃料电池在二氧化碳回收利用方面变得更为方便、快捷，减少了许多不必要的二氧化碳分离、提纯工艺，可有效实现高温可逆燃料电池尾气中二氧化碳的循环利用，解决高温燃料电池在二氧化碳排放、处理及能源损耗等方面的问题。

发明内容

本发明提出用于高温可逆燃料电池的碳循环装置，目的是通过高温可逆燃料电池的两种工作模式及钙基吸收二氧化碳的化学特性，实现二氧化碳的循环利用，有效解决高温可逆燃料电池二氧化碳排放问题。

该装置包括：高温可逆燃料电池、燃气轮机、发电机、碳化器、煅烧炉、锅炉、蓄热器、合成气储罐、氧气储罐及相关控制阀等部件。