[發明專利]能夠實現二氧化碳捕集的高溫燃料電池耦合發電系統及方法

有效

• 申請號: 201911193634.2
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN112864438B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 姚金松;靳現林;李初福;李大均;劉智恩;雷啟龍
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院;國家能源集團新能源有限責任公司
• 主分類號: H01M8/2495
• 分類號: H01M8/2495;H01M8/04007;H01M8/04082;H01M8/04089
• 代理公司: 北京信諾創成知識產權代理有限公司 11728
• 代理人: 熊保

本發明涉及燃料電池發電領域，公開了一種能夠實現二氧化碳捕集的高溫燃料電池耦合發電系統，該耦合發電系統通過固體氧化物燃料電池與熔融碳酸鹽燃料電池耦合發電，所述發電系統包括精脫硫罐、SOFC陽極加熱器、空氣風機、SOFC陰極加熱器、MCFC陽極加熱器和燃燒器。本發明利用固體氧化物燃料電池陰極氧化物可為含CO₂的物質，使進入固體氧化物燃料電池陽極和熔融碳酸鹽燃料電池陽極的含碳化合物進入燃燒器燃燒后都以CO₂的形式進入到熔融碳酸鹽燃料電池陰極富集，提高熔融碳酸鹽燃料電池可逆電壓的同時也提高CO₂的濃度，便于CO₂捕集。實現化石能源的清潔高效、綠色低碳發展需求。

技術領域

本發明屬于燃料電池發電領域，具體地涉及一種能夠實現二氧化碳捕集的高溫燃料電池耦合發電系統及方法。

背景技術

燃料電池發電技術能夠將化石燃料的化學能通過電化學反應轉化為電能，實現化石能源的清潔高效、綠色低碳發展需求。當前高溫燃料電池按照電解質的種類可分為固體氧化物燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC)。其中SOFC工作效率高，但是系統容量放大較為困難，其一般工作在700℃～800℃；MCFC易于放大系統容量，但是工作效率較低，一般工作在600℃～700℃。

CN108417876A介紹了一種高溫燃料電池耦合發電系統及方法，該系統包括燃料凈化器、氣體混合器、換熱器、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、風機、催化燃燒器和DC/AC轉換器；本發明還公開了該系統的耦合發電方法；通過固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池進行耦合，可在一定程度提高燃料電池中的燃料利用率和系統的發電效率；通過對系統中換熱器的布置實現對熱能的充分利用，提高系統的發電效率和綜合能量利用效率，系統采用二次燃料和二次空氣作為補充以提高系統的燃料適應特性，利用天然氣、煤制氣、低熱值的煤層氣、生物質氣等作為燃料。

該高溫燃料電池耦合發電系統是固體氧化物燃料電池與熔融碳酸鹽燃料電池耦合的發電系統，雖然一定程度上也提高了整個系統的發電效率，但是由于固體氧化物燃料電池陽極的出口氣體再通入到熔融碳酸鹽燃料電池陽極，在相同燃料氣量的情況下，降低了進入熔融碳酸鹽燃料電池陽極有效氣體H₂、CO、CH₄等氣體的分壓，會導致熔融碳酸鹽燃料電池發電效率降低。燃燒器氧化劑采用空氣會導致進入熔融碳酸鹽燃料電池陰極的CO₂濃度降低，同時由于空氣中大量氮氣的存在降低了燃燒尾氣中CO₂的濃度，增加了CO₂捕集的難度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中固體氧化物燃料電池與熔融碳酸鹽燃料電池耦合發電系統中，由于固體氧化物燃料電池陽極出口氣體再通入到熔融碳酸鹽燃料電池陽極時，在燃料相同進氣量的情況下會降低進入熔融碳酸鹽燃料電池陽極側有效氣體H₂、CO、CH₄等氣體的分壓，導致熔融碳酸鹽燃料電池的發電效率降低；并且由于空氣中存在大量N₂，采用空氣作為燃燒器氧化劑會降低燃燒尾氣中CO₂的濃度，導致進入熔融碳酸鹽燃料電池陰極的CO₂濃度降低，增加CO₂捕集的難度的問題，本發明提供一種能夠實現二氧化碳捕集的高溫燃料電池耦合發電系統和方法，該耦合發電系統和方法能夠提高整個系統的發電效率，同時便于進行CO₂捕集，能夠滿足化石能源的清潔高效、綠色低碳發展需求。

為了實現前述目的，本發明一方面提供一種能夠實現二氧化碳捕集的高溫燃料電池耦合發電系統，該耦合發電系統通過固體氧化物燃料電池與熔融碳酸鹽燃料電池耦合發電，所述發電系統包括精脫硫罐、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、燃燒器以及換熱單元。

所述精脫硫罐分別與所述固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池連通，為所述固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池提供陽極燃料。