[發明專利]二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統及其發電方法

在審

• 申請號: 202010576006.9
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111613819A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 盧成壯;張瑞云;李昊;程健;王保民;楊冠軍;黃華
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M8/0662;H01M8/0668;H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04291;H01M8/1007;H01M8/14;H01M8/2483;H01M8/2495
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，包括固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、水煤氣反應單元和二氧化碳壓縮單元，其中所述固體氧化物燃料電池的陰極出氣口與所述熔融碳酸鹽燃料電池陰極進氣口連接，所述熔融碳酸鹽燃料電池的陰極尾氣出口與水煤氣反應單元進氣口連接，所述水煤氣反應單元出氣口與二氧化碳壓縮單元進氣口連接，所述二氧化碳壓縮單元用于壓縮二氧化碳，實現二氧化碳的儲存。

2.根據權利要求1所述的二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，所述固體氧化物燃料電池的陽極進氣口和所述熔融碳酸鹽燃料電池的陽極進氣口分別與重整器單元的出氣口連接，所述重整器單元的進氣口與混合器的出氣口連接，所述混合器用于將天然氣與水蒸氣進行混合預熱，所述重整器用于將混合預熱后的氣體進行重整反應；所述混合器進氣口與脫硫單元的出氣口連接，所述脫硫單元用于對通入的天然氣進行脫硫。

3.根據權利要求1所述的二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，所述固體氧化物燃料電池的陽極尾氣出口和陰極尾氣出口均與催化燃燒單元的進氣口連接，所述催化燃燒單元用于對通入的尾氣進行催化燃燒；所述催化燃燒單元的出氣口與所述熔融碳酸鹽燃料電池的陰極進氣口連接，用于將催化燃燒后的氣體通入熔融碳酸鹽燃料電池的陰極進行反應。

4.根據權利要求1所述的二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，所述熔融碳酸鹽燃料電池的陰極尾氣出口與第一換熱單元的進氣口連接，所述第一換熱單元的進氣口還與空氣壓縮設備連接，所述固體氧化物燃料電池的陰極尾氣出口還與第二換熱單元的進氣口連接，第一換熱單元的出氣口與第二換熱單元的進氣口連接，第二換熱單元的出氣口與固體氧化物燃料電池的陰極進氣口連接，所述換熱單元用于陰極尾氣與空氣換熱。

5.根據權利要求1所述的二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，所述固體氧化物燃料電池的陽極尾氣出口還與混合器進氣口連接，用于為重整反應補充水蒸氣。

6.根據權利要求1所述的二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，所述水煤氣反應單元包括高溫水煤氣反應單元和低溫水煤氣反應單元，所述高溫水煤氣反應單元的進氣口與所述熔融碳酸鹽燃料電池的陽極尾氣出口連接；所述高溫水煤氣反應單元的出氣口與所述低溫水煤氣反應單元的進氣口連接，所述低溫水煤氣反應單元出氣口與二氧化碳壓縮單元進氣口連接。

7.根據權利要求6所述的二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，所述低溫水煤氣反應單元與二氧化碳壓縮單元之間還設置有氫氣變壓吸附系統，所述低溫水煤氣反應單元的出氣口與氫氣變壓吸附單元的進氣口連接，所述氫氣變壓吸附單元的出氣口與二氧化碳壓縮單元的進氣口連接，所述氫氣變壓吸附單元用于分離出未參與反應的氫氣。

8.根據權利要求1所述的一種二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，經重整器重整后的氣體包括氫氣、一氧化碳和甲烷；所述固體氧化物燃料電池的陽極尾氣包括水蒸氣、氫氣和一氧化碳；所述經催化燃燒后通入所述熔融碳酸鹽燃料電池陰極的氣體包括二氧化碳和水蒸氣；所述熔融碳酸鹽燃料電池陽極尾氣包括一氧化碳。

9.根據權利要求1所述的一種二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，其特征在于，所述固體氧化物燃料電池和所述熔融碳酸鹽燃料電池分別與直流變換裝置連接，用于將燃料電池發出直流電轉變為交流電供用戶使用。

10.一種二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統的發電方法，其特征在于，將天然氣通入脫硫單元，脫硫后的天然氣進入混合器中與水蒸氣進行混合預熱，混合預熱后的氣體進入重整器單元進行重整反應，重整后的氣體分別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進行反應；空氣先通入空氣壓縮裝置進行壓縮，壓縮后的空氣依次通過第一換熱單元和第二換熱單元與陰極尾氣進行換熱，換熱后的空氣通入固體氧化物燃料電池的陽極進行反應，固體氧化物燃料電池陽極尾氣經過分離，一部分尾氣通入催化燃燒單元，與通入催化燃燒單元的固體氧化物燃料電池陰極尾氣進行催化燃燒反應，催化燃燒后的混合氣體通入熔融碳酸鹽燃料電池陰極；熔融碳酸鹽燃料電池陰極尾氣通入第一換熱單元，利用陰極尾氣與空氣進行換熱；熔融碳酸鹽燃料電池陽極尾氣出氣口與高溫水煤氣反應單元連接，高溫水煤氣反應單元與低溫水煤氣反應單元連接，發生二級水煤氣反應；低溫水煤氣反應單元與氫氣變壓吸附單元連接，所述氫氣變壓吸附單元用于分離出氫氣；所述氫氣變壓吸附單元與二氧化碳壓縮單元連接，所述二氧化碳壓縮單元用于壓縮二氧化碳，實現二氧化碳的儲存。