[發(fā)明專利]甲烷化陽(yáng)極廢氣以提高二氧化碳捕獲有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201780035499.1 | 申請(qǐng)日： | 2017-04-12 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN109314261B | 公開(kāi)（公告）日： | 2023-01-31 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 弗瑞德·C·揚(yáng)克 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 燃料電池能有限公司 |
| 主分類(lèi)號(hào)： | H01M8/0668 | 分類(lèi)號(hào)： | H01M8/0668;H01M8/04044;H01M8/04111;F02C1/00;F01K23/10 |
| 代理公司： | 北京邦信陽(yáng)專利商標(biāo)代理有限公司 11012 | 代理人： | 黃澤雄 |
| 地址： | 美國(guó)康*** | 國(guó)省代碼： | 暫無(wú)信息 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 甲烷 陽(yáng)極 廢氣 提高 二氧化碳 捕獲 | ||
一種發(fā)電系統(tǒng)，包括：煙氣發(fā)生器，其配置成產(chǎn)生包括二氧化碳和氧氣的煙氣；燃料供應(yīng)；燃料電池組件，該燃料電池組件包括陰極部分和陽(yáng)極部分，陰極部分配置成接收由煙氣發(fā)生器產(chǎn)生的煙氣并輸出陰極廢氣，陽(yáng)極部分配置成接收來(lái)自燃料供應(yīng)的燃料并輸出含有氫氣和二氧化碳的陽(yáng)極廢氣；甲烷轉(zhuǎn)化器，其配置成接收陽(yáng)極廢氣，將陽(yáng)極廢氣中的至少一部分氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷，并輸出甲烷化的陽(yáng)極廢氣；冷卻器組件，其配置成將甲烷化的陽(yáng)極廢氣冷卻至預(yù)定溫度以便液化甲烷化的陽(yáng)極廢氣中的二氧化碳；以及氣體分離組件，其配置成接收冷卻的甲烷化的陽(yáng)極廢氣并將液化二氧化碳與殘余燃料氣體分離。
本申請(qǐng)要求于2016年4月29日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/329663的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，特別地，涉及一種燃料電池發(fā)電氣體分離系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)
燃料電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將存儲(chǔ)在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的設(shè)備。通常，燃料電池包含由電解質(zhì)隔開(kāi)的陽(yáng)極和陰極，該電解質(zhì)用于傳導(dǎo)帶電離子。熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)憑借使反應(yīng)物燃料氣體通過(guò)陽(yáng)極，同時(shí)氧化氣體(例如二氧化碳和氧氣)通過(guò)陰極而操作。燃燒類(lèi)發(fā)電廠通過(guò)燃燒易燃烴類(lèi)基燃料(包括煤、天然氣、生物氣和合成氣)來(lái)產(chǎn)生能量。
作為燃燒過(guò)程的結(jié)果，燃燒類(lèi)發(fā)電廠產(chǎn)生煙氣，其通常由大氣排放物處理。然而，這種排放對(duì)環(huán)境有害，因?yàn)樗鼈兒卸趸?CO2)，有助于全球氣候變化。越來(lái)越多的國(guó)家和國(guó)際法規(guī)對(duì)這些發(fā)電系統(tǒng)可能釋放到環(huán)境中的二氧化碳量進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。
因此，已經(jīng)使用許多方法來(lái)控制或限制來(lái)自燃燒類(lèi)發(fā)電廠的二氧化碳排放。然而，由于應(yīng)用二氧化碳捕獲系統(tǒng)稀釋含CO2煙氣導(dǎo)致的能量(電能和/或熱量)的顯著損失，從燃燒后煙氣中分離二氧化碳是非常昂貴的。包括二氧化碳的煙氣可以提供給電化學(xué)燃料電池，該電化學(xué)燃料電池可以包括陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)以用于濃縮陽(yáng)極廢氣中的二氧化碳。包括來(lái)自煙氣的二氧化碳的陽(yáng)極廢氣可以連通到壓縮機(jī)、冷凝器和/或冷卻器以使二氧化碳與包括在陽(yáng)極廢氣中的其它氣體液化和分離。然而，包括在陽(yáng)極廢氣中的氫氣和其它不可冷凝氣體將阻礙二氧化碳的捕獲并且經(jīng)由制冷增加壓縮和/或冷凝的成本(例如通過(guò)增加用于壓縮和/或冷凝的能量)或減少捕獲的二氧化碳量。
發(fā)明內(nèi)容
本文描述的實(shí)施方式一般涉及通過(guò)使用燃料電池系統(tǒng)捕獲二氧化碳的系統(tǒng)和方法，并且特別地涉及可以與化石燃料設(shè)備、設(shè)施或裝置(例如發(fā)電廠、鍋爐或任何其它燃燒器，如水泥廠中的窯和鋼鐵工業(yè)中的煉焦?fàn)t)集成的燃料電池發(fā)電氣體分離系統(tǒng)，其配置成有效地分離煙氣中包括的各種氣體，特別是二氧化碳。將包括在燃料電池陽(yáng)極廢氣中的氫氣甲烷化以增加陽(yáng)極廢氣中二氧化碳的相對(duì)濃度并減少經(jīng)水分離的陽(yáng)極廢氣的體積。
在一些實(shí)施方式中，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)配置成與化石燃料設(shè)備集成以便利用由化石燃料設(shè)備產(chǎn)生的煙氣。煙氣包括由化石燃料設(shè)備輸出的二氧化碳和氧氣。發(fā)電系統(tǒng)包括陽(yáng)極部分和陰極部分。含有二氧化碳的煙氣與燃料電池的陰極部分連通。陽(yáng)極部分產(chǎn)生陽(yáng)極廢氣，其包括二氧化碳、水、氫氣、一氧化碳和其它氣體。陽(yáng)極廢氣與氣體分離組件連通。該氣體分離組件包括甲烷轉(zhuǎn)化器，該甲烷轉(zhuǎn)化器配置成將包括在陽(yáng)極廢氣中的至少一部分氫轉(zhuǎn)化為甲烷以產(chǎn)生甲烷化的陽(yáng)極廢氣。相對(duì)于非甲烷化的廢氣，甲烷化的陽(yáng)極廢氣具有較高的二氧化碳與不可冷凝氣體的比率。
在一些實(shí)施方式中，氣體分離組件可包括冷卻器組件，用于將陽(yáng)極廢氣冷卻到預(yù)定溫度以便液化甲烷化陽(yáng)極廢氣中的二氧化碳。在一些實(shí)施方式中，由燃料電池產(chǎn)生的廢熱用于驅(qū)動(dòng)冷卻器組件。在一些實(shí)施方式中，供應(yīng)到燃料電池的陰極部分的入口煙氣專門(mén)含有由化石燃料裝置、設(shè)施或設(shè)備輸出的全部或部分煙氣。在某些實(shí)施方式中，冷卻器組件可包括一個(gè)或多個(gè)冷卻器或分離罐。在一些實(shí)施方式中，氣體分離組件從燃料電池的陰極部分回收來(lái)自陰極廢氣輸出的廢熱，并利用至少一部分回收的廢熱來(lái)驅(qū)動(dòng)冷卻器組件。
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