[发明专利]化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸系统及其方法

权利要求书

1.一种化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸系统，其特征是，它包括：燃料反应器(1)、分离器(2)、蒸汽反应器(3)、分离塔(4)、MCFC燃料电池(5)、甲酸合成反应器(6)，所述的燃料反应器(1)的第一入口(1-1)输入燃料为CH₄，所述的燃料反应器(1)的第二入口(1-3)与分离塔(4)的第一出口(4-2)相连，燃料反应器(1)的第一出口(1-2)与分离器(2)的入口(2-1)相连，分离器(2)的第一出口(2-2)与蒸汽反应器(3)的入口(3-1)相连，分离器(2)的第二出口(2-3)与甲酸合成反应器(6)的第一气体入口(6-1)相连，分离器(2)的第三出口(2-4)与蒸汽反应器(3)的第二入口(3-2)相连，蒸汽反应器(3)的入口(3-1)输入物质为H₂O，蒸汽反应器(3)的出口(3-3)与分离塔(4)的入口(4-1)相连，分离塔(4)的第一出口(4-3)与甲酸合成反应器(6)的第三气体入口(6-3)相连，分离塔(4)的第二出口(4-4)与MCFC燃料电池(5)的第一入口(5-1)相连，燃料电池(5)的第二入口(5-2)输入物质为空气，燃料电池(5)的第三入口(5-3)输入物质为电厂排放的烟气，燃料电池(5)的第一出口(5-4)与蒸汽反应器(3)的入口(3-1)相连，燃料电池(5)的第二出口(5-5)与甲酸合成反应器(6)的第二气体入口(6-2)相连，燃料电池(5)的第三出口(5-6)输出物质为脱碳后的烟气，甲酸合成反应器(6)的出库输出物质(6-4)为甲酸。

2.一种化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸方法，所述方法应用于权利要求1所述的化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸系统，其特征是，它包括以下步骤：

化学链制H₂：CH₄进入燃料反应器(1)与Fe₃O₄发生反应，产物进入分离器(2)进行分离，从分离器(2)出来的H₂O为蒸汽反应提供水蒸气，FeO进入蒸汽反应器(3)与水蒸气反应，CO₂进入甲酸合成反应器(6)为甲酸的合成提供原料，H₂O进入蒸汽反应器(3)与FeO发生反应，产物进入分离塔(4)进行分离，从分离塔(4)出来的Fe₃O₄进入燃料反应器(1)与CH₄进行化学反应，H₂一部分进入甲酸合成反应器(6)为甲酸的合成提供原料，一部分进入MCFC燃料电池(5)提供电化学反应的燃料，在燃料反应器(1)和蒸汽反应器(3)中分别利用太阳能为反应提供热量；

MCFC燃料电池CO₂捕集：来自电厂排放的烟气(5-3)以及补充的空气(5-2)进入MCFC燃料电池(5)的阴极，在MCFC燃料电池(5)的阴极板上CO₂转化为CO3^2-，实现CO₂的捕集，脱碳后的烟气从MCFC燃料电池(5)的阴极出口排出，分离塔(4)出口的H₂进入MCFC燃料电池(5)的阳极，在阳极H₂反应生成H₂O，CO3^2-产生CO₂，富集的CO₂进入甲酸合成反应器(6)为甲酸的合成提供原料，同时根据阴阳两极的电化学反应实现燃料电池的发电；

捕集后CO₂用于制甲酸：从分离器(2)分离出的CO₂和分离塔(4)分离出的一部分H₂进入甲酸合成反应器(6)中，CO₂和H₂通过化合反应合成甲酸，实现捕集后CO₂的工业合成。

3.根据权利要求2所述的一种化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸方法，其特征是，化学链制氢中CH₄和H₂O分别在燃料反应器(1)和蒸汽反应器(3)中发生反应，制取H₂同时捕集CO₂；载氧体为铁的氧化物；太阳能为燃料反应器(1)和蒸汽反应器(3)提供热量。

4.根据权利要求2所述的一种化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸方法，其特征是，MCFC燃料电池(5)阴极入口气体来自电厂排放的烟气以及补充的空气。