[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

本發明公開了一種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，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；本發明采用復合燃料電池，提高了電池堆的性能和發電效率，實現了二氧化碳的近零排放。

技術領域

本發明涉及高溫燃料電池發電技術領域，特別涉及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。

背景技術

隨著國際對能源的使用和二氧化碳排放的要求，全球低碳能源領域技術得到不斷的發展，具有高效率和二氧化碳捕集的發電技術不斷進入人們的視野。高溫燃料電池發電技術(固體氧化物燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC))特點滿足了較低的碳排放和較高的發電效率要求，而且在分布式發電中得到一定的應用。

目前高溫燃料電池的應用主要以單一高溫燃料電池為主，如固體氧化物燃料電池發電或熔融碳酸鹽燃料電池發電，兩種燃料電池發電技術分別具有不同的特點，固體氧化物燃料電池發電效率高，但可容量放大能力較弱；而熔融碳酸鹽燃料電池容量易于放大，且在陽極尾氣中實現二氧化碳的捕集，降低碳排放。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種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，通過采用串聯固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池，發揮高溫燃料電池在熱集成和二氧化碳捕集能力的優勢，實現二氧化碳的捕集和近零排放的目的。

本發明提供的一種二氧化碳近零排放的復合燃料電池發電系統，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，所述水煤氣反應單元包括高溫水煤氣反應單元(HT WGS)和低溫水煤氣反應單元(LT WGS)，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。