[發(fā)明專利]用于高溫可逆燃料電池的碳循環(huán)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110596800.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113451627B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王甫;歐陽(yáng)亮;劉興江;雷軒邈;王松蕊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué);中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
• 主分類號(hào): H01M8/12
• 分類號(hào): H01M8/12;H01M8/0612;H01M8/04014
• 代理公司: 寧波浙成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33268
• 代理人: 王方華

本發(fā)明公開(kāi)了用于高溫可逆燃料電池的碳循環(huán)裝置，包括：高溫可逆燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、碳化器、煅燒爐、鍋爐、蓄熱器、合成氣儲(chǔ)罐、氧氣儲(chǔ)罐及相關(guān)控制閥等部件。合成氣儲(chǔ)罐出口連接高溫可逆燃料電池陽(yáng)極入口，陽(yáng)極出口連接帶有同軸發(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)出口連接碳化器，蓄熱器儲(chǔ)存來(lái)自碳化器產(chǎn)生的熱量并與煅燒爐連接，鍋爐為煅燒爐提供熱量，煅燒爐熱解氣出口與高溫可逆燃料電池陰極連接，高溫可逆燃料電池氧氣出口與氧氣儲(chǔ)罐入口相連、合成氣出口與合成氣儲(chǔ)罐入口相連。本發(fā)明利用碳化器將二氧化碳及水蒸氣存儲(chǔ)起來(lái)，用于電解模式下提供所需的水蒸氣及二氧化碳。本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了切換模式運(yùn)行時(shí)二氧化碳的循環(huán)利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源發(fā)電技術(shù)及溫室氣體減排領(lǐng)域，具體涉及用于高溫可逆燃料電池的碳循環(huán)裝置。

背景技術(shù)

我國(guó)是化石能源消耗大國(guó)，二氧化碳作為化石能源消耗的主要產(chǎn)物，其大量來(lái)自于我們的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和人類生活。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，二氧化碳的大量排放以石油化工行業(yè)及燃煤發(fā)電廠最為典型。目前我國(guó)對(duì)二氧化碳的處理主要有：化工業(yè)上作為原料生產(chǎn)化工制品；輕工業(yè)上利用二氧化碳生產(chǎn)碳酸飲料、汽水、啤酒等；重工業(yè)上采用二氧化碳捕集技術(shù)，收集二氧化碳并封存起來(lái)。

近年來(lái)，隨著新能源技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的日益成熟，特別是高溫可逆固體氧化物燃料電池(Reversible Solid Oxide Fuel Cells，rSOFC)在清潔能源領(lǐng)域的迅速發(fā)展，這使得如何利用豐富的二氧化碳資源問(wèn)題得以更好地解決。高溫可逆固體氧化物燃料電池既具有高溫固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFC)的發(fā)電特性，又具有高溫固體氧化物電解池(Solid Oxide Electrolysis Cells，SOEC)的電解特性。高溫可逆燃料電池在發(fā)電模式下，由于其對(duì)燃料的靈活選擇性，可以直接利用富含碳、氫的合成氣進(jìn)行發(fā)電，通過(guò)消耗碳、氫合成氣及空氣，在其陽(yáng)極產(chǎn)生高濃度的二氧化碳尾氣；而在其電解模式下，通過(guò)共電解二氧化碳及水蒸汽以制取富碳、氫合成氣，并副產(chǎn)得到純氧。

目前，對(duì)于高溫可逆燃料電池中二氧化碳捕集主要采用的方法是：在其尾氣后安裝二氧化碳捕集單元，二氧化碳捕集單元的工藝一般有化學(xué)吸收法、化學(xué)吸附法、物理吸附法或膜分離法，二氧化碳在經(jīng)過(guò)這些工藝方法后，還要進(jìn)行分離、儲(chǔ)存起來(lái)，這使得高溫可逆燃料電池在二氧化碳捕集方面耗費(fèi)過(guò)多的能耗。當(dāng)高溫可逆燃料電池工作于電解模式下，其所需的二氧化碳來(lái)源主要是工業(yè)上經(jīng)過(guò)提純、處理后的二氧化碳和水蒸氣混合氣或者這些經(jīng)過(guò)二氧化碳捕集單元分離、儲(chǔ)存起來(lái)的二氧化碳提供。

由于氧化鈣對(duì)二氧化碳吸收方面具有吸收效率高、低成本、易獲得等優(yōu)點(diǎn)，且當(dāng)氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)時(shí)會(huì)放出巨大熱量，添加蓄熱器可將該部分能量有效儲(chǔ)存起來(lái)，利用氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)特性，可有效將二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)存于碳酸鈣固體中，當(dāng)需要二氧化碳時(shí)，通過(guò)高溫?zé)峤馓妓徕}，可直接將儲(chǔ)存在碳酸鈣固體中的二氧化碳分解出來(lái)并對(duì)其進(jìn)行利用，這使得高溫可逆燃料電池在二氧化碳回收利用方面變得更為方便、快捷，減少了許多不必要的二氧化碳分離、提純工藝，可有效實(shí)現(xiàn)高溫可逆燃料電池尾氣中二氧化碳的循環(huán)利用，解決高溫燃料電池在二氧化碳排放、處理及能源損耗等方面的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出用于高溫可逆燃料電池的碳循環(huán)裝置，目的是通過(guò)高溫可逆燃料電池的兩種工作模式及鈣基吸收二氧化碳的化學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的循環(huán)利用，有效解決高溫可逆燃料電池二氧化碳排放問(wèn)題。

該裝置包括：高溫可逆燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、碳化器、煅燒爐、鍋爐、蓄熱器、合成氣儲(chǔ)罐、氧氣儲(chǔ)罐及相關(guān)控制閥等部件。