[發明專利]用于發電和生產H2氣的包括固體氧化物燃料電池(SOFC)的方法和發電裝置

有效

• 申請號: 201780055795.8
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN109831927B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: B·安德雷森;A·拉赫姆;J·梅耶;N·迪古里奧;O·優勒博格
• 申請（專利權）人: ZEG動力股份公司
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M8/0668;H01M8/04014;H01M8/0432;H01M8/04701;H01M8/124
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 王長青

用于發電和生產H₂氣的包括固體氧化物燃料電池(SOFC)(30)的方法和發電裝置。所述發電裝置進料選自天然氣、生物氣和合成氣的燃料氣(111)。所述燃料氣在進料至SOFC(30)之前在重整器(21)中用含CaO的CO₂吸收劑重整，從而產生作為SOFC(30)原料的不含碳的H₂氣(115、116)，同時轉化CaO為CaCO₃。CaCO₃在CaO再生器(22)中在至少850℃的溫度下應用來自SOFC(30)的熱加熱再生器(22)而在吸熱反應中再生為CaO。換熱介質(123)在SOFC(30)中收集熱，并在加熱設備(41)中進一步升溫，之后在CaO再生器(22)中進行換熱。

技術領域

本發明涉及權利要求1前序部分的在包括固體氧化物燃料電池 (SOFC)的發電裝置中生產H₂氣和發電的方法。按照另一個方面，本發明涉及權利要求11前序部分的用于生產H₂氣和發電的包括固體氧化物燃料電池(SOFC)的發電裝置。

背景技術

由吸收強化的蒸汽甲烷重整(SE-SMR)(參見反應a)或吸收強化的水煤氣變換(SE-WGS)(參見反應b)生產氫氣是已知的方法，參見WO 2011/078681 Al。

a)由天然氣，SE-SMR：

CaO+CH₄+2H₂O＝CaCO₃+4H₂(T＝500-650℃)

b)由合成氣(具有不同量H₂+CO的氣體)，SE-WGS；

CaO+CO+H₂+H₂O＝CaCO₃+2H₂(T＝500-650℃)

在該過程中，能量有效的CaO吸收劑再生(CaCO₃＝CaO+CO₂(T為約 900℃))非常重要。

本領域以前的許多專家(例如：Lackner等2001，WO 01/42132 Al 和WO 2011/078681 Al)已經建議用SOFC的熱和廢熱在Ca-回路過程中再生吸收劑，其中由SOFC系統至Ca-回路再生器的傳熱對于再生過程來說足夠了，條件是應用煙囪溫度大于900℃的SOFC，可以通過應用陶瓷內部連接來實現這一溫度(Lasos ipojana等2009)。

設計SOFC煙囪的一個關鍵參數是材料如陶瓷、稀土材料和/或金屬的壽命和成本。目前供應商主要集中在650-800℃或800-850℃的低溫下的SOFC煙囪。

上面提到的較低的SOFC煙囪溫度在實施方面限制了SOFC運行溫度為約830℃(Megel等2013)，和限制了SOFC廢空氣(當用H₂氣作燃料時包含氮氣和氧)的熱量至相同溫度水平。因此，SOFC廢空氣的溫度不夠高，不足以用于上面提至的CaO吸收劑的再生，除非CaO再生系統在小于1Atm的低壓下操作。因此，如果SOFC系統在800-850℃的溫度水平下運行，則需要成本和能量有效的方法來提高SOFC廢空氣的溫度達到CaO吸收劑再生過程所必須的溫度水平(900℃或更高)。

另外，取決于進料至重整器所應用的燃料類型，能夠改變提供至再生器的高溫熱量也是很重要的。所應用的燃料類型可以為：天然氣/ 甲烷、合成氣(由化石或生物來源的任意含碳固體制備)、來自有機廢物的生物氣(含約65％的CH₄和35％的CO₂)或填埋氣(含約50％的CH₄和 50％的CO₂)。