[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

说明书

一种化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸系统及其方法，所述系统包括：燃料反应器、分离器、蒸汽反应器、分离塔、MCFC燃料电池和甲酸合成反应器相连接，所述方法包括：化学链制氢、MCFC燃料电池碳捕集和捕集后CO₂的工业合成，首先利用化学链燃烧技术制取氢气技术为MCFC燃料电池提供燃料，解决了甲烷热解造成的阳极积碳的问题；并且利用太阳能为化学链燃烧提供能量，提高了燃料电池的发电功率；其次，利用MCFC燃料电池本身反应机理对电厂排放的烟气实现碳捕集，解决了电厂因碳捕集而导致的热效率降低的问题；最后将捕集后的CO₂用于制作甲酸，实现能源的充分利用，提高系统的效率和经济性，减少CO₂排放。

技术领域

本发明涉及化学链制氢技术、燃料电池碳捕集以及捕集后CO₂的工业合成，具体地说，是一种化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸系统及其方法。

背景技术

现有的二氧化碳捕集的方式主要有燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集三种类型。燃烧后捕集技术主要是从现有的燃煤电厂排放的烟气中回收CO₂，其中利用化学溶剂吸收CO₂是目前燃煤电厂中最普遍应用的燃烧后CO₂捕集方法，但是化学溶剂吸收法最大的问题是CO₂在解析过程需要从汽轮机中压缸抽汽，能耗过大，CO₂捕集成本高。

MCFC是甲烷燃料电池，在进入燃料电池之前甲烷需要与水蒸汽发生重整反应生成H₂和CO，随后H₂和CO进入燃料电池的阳极参与电化学反应，但由于MCFC的工作温度在600～700℃，在此温度下甲烷会发生裂解反应，生成单质碳，附着在燃料电池的阳极板上，使燃料电池的活性降低甚至报废。

基于以上问题，本发明结合了化学链制氢技术与MCFC燃料电池的碳捕集功能，并且将捕集的CO₂用于合成工业原料甲酸，目前尚未有与本发明相同的化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸系统及其方法的文献报道和实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种化学链制氢耦合燃料电池碳捕集制取甲酸系统及其方法。以化学链燃烧技术制取氢气作为燃料电池发电的燃料，利用MCFC燃料电池的反应机理对电厂排放的烟气中的二氧化碳进行捕集，既能够解决燃料电池阳极积碳的问题，又能够实现二氧化碳捕集的过程，同时在化学链制氢过程添加太阳能作为辅助能源，降低燃料电池的热耗，增加系统能量利用效率。

实现本发明目的之一采用的技术方案是：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。

实现本发明的目的之二采用的技术方案是，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：