利用和回收燃烧废气中二氧化碳的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及从燃烧装置的矿物燃料燃烧废气中回收二氧化碳气体的方法，其中将燃料气体供给熔融碳酸盐燃料电池的阳极室，并将氧化性气体供给燃料电池的阴极室，将出自燃烧装置的燃烧废气作为部分氧化性气体供给阴极室，使燃烧废气中的ＣＯ－［２］在阴极上同氧化性气体中的Ｏ－［２］发生反应，生成碳酸根离子，使此碳酸根离子透过燃料电池的电解质，到达阳极，使碳酸根离子在阳极上同燃料气体中的氢发生反应，生成ＣＯ－［２］和Ｈ－［２］Ｏ，阳极上所产生的含ＣＯ－［２］和Ｈ－［２］Ｏ的阳极废气从阳极室排出，将Ｈ－［２］Ｏ从阳极排出气中分离掉，并回收高浓度ＣＯ－［２］气体。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用和回收矿物燃料（如煤）的燃烧废气中所含二氧化碳的方法和装置，以图在该燃烧废气排入大气以前除去其中所含的二氧化碳气体。使用矿物燃料的燃烧装置排出燃烧废气其中含有大量二氧化碳，特别是用煤、液化天然气（LNG）和石油的热电站所产生的废气或由燃气涡轮发电机组所产生的废气，其量甚大，同时，由热电站产生的废气中的所含二氧化碳也很惊人。按照惯例，热电站产生的大量废气被排入大气，其中所含的二氧化碳不予回收。近来，已提出各种回收二氧化碳的方法。例如，有人提出将该废气排入公海或将其变成有用物质再循环使用。下表说明热电站排出的二氧化碳量对装机容量和所产生能量的关系。表中所用装机容量和所产生能量的数值，是按1985年的实际结果制定的1995年发电站建造规划而确定的。装机容量  产生的能量  二氧化碳排放率（×104KW）（×108KWH）Nm3/KWH×108Nm3比率煤  2300  990  0.42  416  32.1液化天  4300  1660  0.24  398  30.8然气石油  5100  1600  0.30  480  37.1合计  11700  4250  1294  100-->如上表所示，燃煤的热电站排出0.42Nm3/KWH二氧化碳，燃烧液化天然气的热电站排出0.24Nm3/KWH二氧化碳，而燃烧石油的热电站排出0.3Nm3/KWH二氧化碳，由此证明，这些热电站都排出大量二氧化碳。如上所述，由于大量二氧化碳从热电站排入大气，发自地球表面的长波长辐射被所排放的二氧化碳吸收。这阻止了长波长辐射穿透大气层，从而使地球表面和低层大气变热，并导致温室效应和环污染问题。作为防止温室效应的措施，回收热电站排放的二氧化碳是绝对必要的，并且其有效回收方法已有人作了研究。但是，如上所述，由热电站排出的二氧化碳颇为巨大，通常，燃料气体中所含的SOX和NOX浓度仅很小（至多150-200ppm），而二氧化碳的浓度据说为数十万ppm。可以相信，采用现行脱除技术（如废气脱硫法或脱氮法）处理二氧化碳是不可能的，而且至今还未研制出在大量空气稀释条件下回收二氧化碳的经济方法。至于被推荐为二氧化碳处置方法之一的将二氧化碳排入大海的方法，须将以某种方式回收的二氧化碳经液化后排入海中，这又会在回收、液化和将二氧化碳运送到海面时，产生的额外耗费电能的问题。本专利技术的一个目的是，提供一种用来回收矿物燃料燃烧装置所排燃烧废气中含有的二氧化碳，以将释入大气的二氧化碳量减到最小程度的方法和装置。本专利技术的另一个目的是，提供一种利用燃烧废气中所含二氧化碳进行熔融碳酸盐燃料电池的电池反应的方法和装置。本专利技术一方面提供回收矿物燃料燃烧废气所含的二氧化碳的方法，该方包括：将氧化性气体供给熔融碳酸盐燃料电池的阴极室，并将-->燃料气体供给同一燃料电池的阳极室。将燃烧废气作为部分氧化性气体供给阴极;使燃烧废气中的二氧化碳与氧化性气体中的氧气在阴极发生反应，以生成碳酸根离子，使该碳酸根离子透过熔融碳酸盐燃料电池的电解质并抵达阳极，使碳酸根离子与燃料气体中的氢在阳极发生反应，生成二氧化碳和水;从阳极室释出阳极废气，该阳极废气中含有阳极上所生成的二氧化碳和水;以及分离阳极废气中的水，以回收高浓度的二氧化碳气体。本专利技术另一方面还提供了利用矿物燃料燃烧装置所排燃烧废气中的二氧化碳气体的方法，该方法包括：将氧化性气体供给熔融碳酸盐燃料电池的阴极室，并将燃料气体供给该电池的阳极室;将燃烧废气作为部分氧化性气体;将燃烧废气中的二氧化碳与氧化性气体中的氧气在阴极发生反应，生成碳酸根离子，使该碳酸根离子透过熔融碳酸盐燃料电池的电解质并抵达阳极，从而使该碳酸根离子与燃料气体中的氢在阳极发生反应生成二氧化碳和水;以及从阳极室释放出的阳极废气，该阳极废气中含有在阳极上生成的二氧化碳和水，并从阴极室将含有稀少二氧化碳的阴极废气排放到大气中。本专利技术还提供了利用和回收矿物燃料燃烧废气中二氧化碳气体的方法，该方法包括：将矿物燃料燃烧废气与空气混合，将该混合气体作为氧化性气体供给熔融碳酸盐燃料电池的阴极室;将燃料气体供给熔融碳酸盐燃料电池的阳极室;使燃烧废气中的二氧化碳与氧化性气体中的氧气在阴极-->上发生反应，生成碳酸根离子，使该碳酸根离子透过熔融碳酸盐燃料电池的电解质，并抵达阳极，使该碳酸根离子与燃料气体中的氢在阳极上发生反应，生成二氧化碳和水;从阳极室释出阳极废气，该阳极废气含有在阳极上生成的二氧化碳和水;以及从阳极废气中分离水，以回收高浓度的二氧化碳气体。本专利技术还提供进行上述方法用的装置。附图简要说明：图1是说明本专利技术一个实施方案的装置示意图;图2是说明本专利技术另一个实施方案的装置示意图;图3是说明本专利技术又一个实施方案的框图;图4是具体说明图3中部分装置的例图;图5是说明本专利技术再一个实施方案的简图;图6举例说明图5中的一部分;图7是本专利技术另一个实施方案的示意图;图8举例说明本专利技术另一个实施方案的示意图;图9表示废气与空气的摩尔比以及二氧化碳回收率的控制范围;图10是说明烃水蒸气转化装置燃烧室出口处氧的速率和图9中控制范围内二氧化碳的减少比率的曲线图。下面将参照附图，进一步说明本专利技术的实施方案。图1中，电解质片（电解质极板）1包含浸透多孔物质，作电解质用的熔融碳酸盐，它固定在阴极（氧电极）C和阳极（燃料电极）A之间，在阴极C上形成阴极室2，用以引入含有二氧化碳、水和氮气的氧化性气体，在阳极A上形成阳极室3，用以引入含有氢气、二氧化碳和水的燃料气体。每个燃料电池单元由电解质片1、阴极C、阳极A、阴极室2和阳-->极室3构成。熔融碳酸盐燃料电池FC由多层电池单元叠合而成。熔融碳酸盐燃料电池系统Ⅰ与使用矿物燃料的燃烧装置Ⅱ联合，也即，燃烧装置Ⅱ的燃烧废气管线5与氧化性气体供给管线4相连，管线4与熔融碳酸盐燃料电池FC中阴极室2的供料侧相连，从而可将矿物燃料燃烧废气G可作为部分氧化气体CG供入阴极室2。烃水蒸气转化装置6的转化室6a，通过燃料气体管线7与阳极室3相连，以将在烃水蒸气转化装置中转化过的燃料气体AG供入阳极室3。另一方面，阳极室3的排气侧通过阳极废气管8与烃水蒸气转化装置6的燃烧室6b相连。甲烷（CH4）和水蒸汽（H2O）通过供料管线15作为燃料供入烃水蒸汽转化装置6的转化室6a，在转化室6a中转化后再供入阳极室3。在阳极室3中反应产生的二氧化碳和水，以及未反应的氢气作为阳极废气排入阳极废气管线8。数字9表示气-液分离器，它通过管线10与烃水蒸气转化装置6相连，从而将烃水蒸汽转化装置6中转化室6b所释放阳极废气（二氧化碳，水）中含的水分离掉。该气液分离器9还通过管线12与冷凝器11相连，该冷凝器经气液分离器9分离掉水后的二氧化碳冷凝，从而使二氧化碳得以冷凝并同氮气分离，而且将二氧化碳以液体状态加以回收。数字13表示将空气或纯氧供到阳极废气管线8中的管线，数字14表示与阴极室2的排气侧相连的阴极废气管线。除了二氧化碳和氧气作为氧化性气体CG被引入延伸到阴极室2的氧化性气体供料管线4以外，还通过燃烧废气管5将已待排入大气的矿物燃料燃烧废气G供给阴极室2，从而将燃烧废气G中所含的二氧化碳用作部分氧化性气体。使供入燃料电池FC阴极室2中的燃烧废气G中本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用矿物燃料燃烧装置、熔融碳酸盐燃料电池及烃水蒸汽转化装置，从矿物燃料燃烧废气中回收二氧化碳的方法，所述燃料电池具有阳极、阳极室、阴极、阴极室及电解质，所述烃水蒸汽转化装置具有转化室及燃烧室，该方法包括：　　将阳极气体供入燃料电池的阳极室，并将氧化性气体供入阴极室；　　将燃烧时产生的气体（称为“燃烧废气”）作部分氧化性气体供入阴极室；　　使燃烧废气中的ＣＯ↓［２］在阴极上，同氧化性气体中的Ｏ↓［２］发生反应，产生碳酸根离子；　　使碳酸根离子通过燃料电池的电解质，并到达阳极；使碳酸根离子在阳极上，同燃料气体中的氢发生反应，产生ＣＯ↓［２］和Ｈ↓［２］Ｏ；　　从阳极室排出阳极上产生的气体（称为：阳极废气”），该气体含有ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｏ、未反应的Ｈ↓［２］，以及ＣＯ；　　将阳极废气作为可燃性气体供入烃水蒸汽转化装置的燃烧室，在该转化装置的燃烧室中燃烧；以及　　从烃水蒸汽转化装置燃烧室所排出的阳极废气中分离出Ｈ↓［２］Ｏ，并回收高浓度的ＣＯ↓［２］气体。

【技术特征摘要】
JP 1990-5-30 140397/90;JP 1990-1-31 21369/90;JP 191、使用矿物燃料燃烧装置、熔融碳酸盐燃料电池及烃水蒸汽转化装置，从矿物燃料燃烧废气中回收二氧化碳的方法，所述燃料电池具有阳极、阳极室、阴极、阴极室及电解质，所述烃水蒸汽转化装置具有转化室及燃烧室，该方法包括：将阳极气体供入燃料电池的阳极室，并将氧化性气体供入阴极室；将燃烧时产生的气体(称为“燃烧废气”)作部分氧化性气体供入阴极室；使燃烧废气中的CO2在阴极上，同氧化性气体中的O2发生反应，产生碳酸根离子；使碳酸根离子通过燃料电池的电解质，并到达阳极；使碳酸根离子在阳极上，同燃料气体中的氢发生反应，产生CO2和H2O；从阳极室排出阳极上产生的气体(称为“阳极废气”)，该气体含有CO2、H2O、未反应的H2，以及CO；将阳极废气作为可燃性气体供入烃水蒸汽转化装置的燃烧室，在该转化装置的燃烧室中燃烧；以及从烃水蒸汽转化装置燃烧室所排出的阳极废气中分离出H2O，并回收高浓度的CO2气体。2、权利要求1所述的方法，其中供给熔融碳酸盐燃料电池阳极室的燃料气体含有H2、CO和H2O。3、权利要求1所述的方法，其中供给熔融碳酸盐燃料电池阴极室的氧化性气体含有CO2、O2和N2。4、权利要求2所述的方法，其中燃料气体在烃水蒸汽转化装置的转化室中，用水蒸汽还原天然气而产生。5、权利要求4所述的方法，其中将阳极废气与空气混合，并导入烃水蒸汽转化装置的燃烧室，并将阳极废气中所含的未反应可燃性气体在该燃烧室中燃烧，用作转化反应的热源。6、权利要求1所述的方法，将燃烧废气直接从矿物燃料燃烧装置供给阴极室。7、权利要求5所述的方法，其中经冷却烃水蒸汽转化装置燃烧室排出的阳极废气而分离掉水，将除去H2O后产生的高浓度CO2气体冷却，以回收CO2。8、权利要求1所述的方法，其中将供给阴极室的氧化性气体中所含大部分CO2除去，并从阴极室释出。9、使用矿物燃料燃烧装置、熔融碳酸盐燃料电池及烃水蒸汽转化装置，从矿物燃料燃烧废气中回收二氧化碳气体的方法，所述燃料电池具有阳极、阳极室、阴极、阴极室及电解质，所述烃水蒸气转化装置具有转化室和燃烧室，该方法包括：将燃料气体供给燃料电池的阳极室，并将氧化性气体供给阴极室;将燃烧后立生的气体（称为“燃烧废气”）作部分氧化性气体供给阴极室;使燃烧废气中的CO2在阴极上同氧化性气体中的O2反应，产生碳酸根离子;使碳酸根离子通过燃料电池中的电解质，并到达阳极;使碳酸根离子在阳极上同燃料气体中的氢反应，产生CO2和H2O;从阳极室排出阳极上所产生的气体（称为“阳极废气”），该气体含有CO2和H2;以及从阳极废气中分离出H2O，并回收高浓度的CO2气体。10、权利要求9所述的方法，其中供给熔融碳酸盐燃料电池阳极室的燃料气体中含有H2、CO及和H2O。11、权利要求9所述的方法，其中供给熔融碳酸盐燃料电池阴极室的氧化性气体含有CO2、O2和N2。12、权利要求9所述的方法，其中燃料气体通过在烃水蒸汽转化装置燃烧室中，用水蒸汽还原天然气而产生。13、权利要求12所述的方法，其中将可燃性气体供入烃水蒸汽转化装置的燃烧室中，并在其中燃烧，以保持转化室中的转化反应温度。14、权利要求9所述的方法，其中将燃烧废气直接从矿物燃料燃烧装置供给阴极室。15、权利要求9所述的方法，其中将供给阴极室的氧化性气体中所含大部分CO2除去，并从阴极室释出。16、权利要求9所述的方法，其中将阳极废气冷却，分离掉H2O，并将已除去H2O的高浓度CO2气体进一步冷却，以回收CO2。17、使用矿物燃料燃烧装置，熔融碳酸盐燃料电池、烃水蒸汽转化装置及催化燃烧器，从矿物燃料燃烧废气中回收二氧化碳气体的方法，所述燃料电池具有阳极、阳极室、阴极、阴极室及电解质，所述烃水蒸汽转化装置具有转化室及燃烧室，该方法包括：将燃料气体供给燃料电池的阳极室，并将氧化性气体供给阴极室;将燃烧后产生的气体（称为“燃烧废气”）作部分氧化性气体供入阴极室;使燃烧废气中的CO2在阴极上同氧化性气体中的O2反应，产生碳酸根离子;使碳酸根离子通过燃料电池的电解质，到达阳极;使碳酸根离子在阳极上同燃料气体中的氢反应，产生CO2和H2O;将阳极上产生的气体（称为“阳极废气”）从阳极室排出，该气体含有CO2及H2O;以及将已从中除去CO2的阴极废气从阴极室排放到大气中。18、权利要求17所述的方法，其中供给熔融碳酸盐燃料电池阳极室的燃料气体含有H2、CO和H2O。19、权利要求17所述的方法，其中供给溶融碳酸盐燃料电池阴极室的氧化性气体含有CO2、O2和N2。20、权利要求17所述的方法，其中将热电装置中排出的燃烧废气直接引入阴极室，并使该燃烧废气与空气混合，致使燃烧废气中的CO2，在被排入大气前，先予稀释。21、权利要求17所述的方法，其中将部分来自阳极室的阳极废气循环到阳极室中，而将另一部分阳极废气引入催化燃烧器中，致使阳极废气中所含的未反应可燃气体同供入催化燃烧器中的空气一起燃烧，并将燃烧后的气体导入阴极室。22、使用矿物燃料燃烧装置、熔融碳酸盐燃料电池及烃水蒸汽转化装置，从矿物燃料燃烧废气中回收二氧化碳气体的方法，所述燃料电池具有阳极、阳极室、阴极、阴极室及电解质，所述烃水蒸汽转化装置具有转化室和燃燃室，该方法包括：将天然气之类的气体，用水蒸汽转化成燃料气体，并将该燃料气体供入燃料电池的阳极室中;将燃烧废气同空气一起，作为氧化性气体供入阴极室;使燃烧废气中的CO2在阴极上同氧化性气体中的氧反应，产生碳酸根离子;使碳酸根离子通过燃料电池中的电解质，并到达阳极;使碳酸根离子在阳极上同燃料气体中氢反应，产生CO2和H2O;将来自阳极室的阳极上所产生的气体（称为“阳极废气”）从阳极室供入烃水蒸汽转化装置的燃烧室，该气体含有CO2和H2O;将空气供入烃水蒸汽转化装置的燃烧室，以燃烧阳极废气中所含的未反应可燃气体，从而维持烃水蒸汽转化装置中的转化反应温度;以及将已从中除去CO2的阴极废气，从阴极室排放到大气中。23、权利要求22所述的方法，其中燃烧废气包括从热电装置中排出的气体，该燃烧废气在被引入阴极室之前，先同空气和烃水蒸汽转化装置中排出的气体混合，以使燃烧废气中的CO2，在被排入大气前，先得以稀释。24、由涡轮发电机组排出的燃烧废气中所含二氧化碳气体的回收方法，所述涡轮发电机组具有压气机，该方法包括：将空气供入涡轮发电机组的压气机，以压缩空气;将天然气供入已压缩过的空气中，以燃烧天然气，并将燃烧后的气体供入涡轮发动机，以驱动发电机;用水蒸汽转化天然气之类的气体，将燃料气体还原;将燃料气体供入燃料电池的阳极室;将涡轮发动机中排出的燃烧废气同空气混合，并将该燃烧废气作为氧化性气体，供入阴极室;使燃烧废气中的CO2在阴极上同氧化性气体中的O2反应，产生碳酸根离子;使碳酸根离子通过燃料电池中的电解质，并到达阳极;使碳酸根离子在阳极上，同燃料气体中的H2发生反应，产生CO2和H2O;将阳极上产生的气体（称为“阳极废气”）从阳极室排出，该气体含有CO2和H2O;以及从阴极室将已从中除去CO2的阴极废气排放到大气中。25、权利要求24所述的方法，其中将天然气和水蒸汽供入烃水蒸汽转化装置的转化部分，产生含有H2、CO和H2的燃烧气体，并将该燃烧气体引入阳极室。26、权利要求25所述的方法，其中将来自阳极室的部分阳极废气供入烃水蒸汽转化装置的燃烧室中，用引入该燃烧室中的空气使阳极废气中所含的未反应可燃性气体燃烧，以维持转化部中的转化反应。27、权利要求26所述的方法，其中将从烃水蒸汽转化装置的燃烧室中排出的气体，作为氧化性气体供入阴极室。28、权利要求27所述的方法，其中将阴极废气供入辅助发电机的动力涡轮机中;以驱动辅助发电机，同时将供入辅助发电机中压气机的空气加以压缩，并引入阴极室。29、使用矿物燃料燃烧装置、熔融碳酸盐燃料电池及烃水蒸汽转化装置，从矿物燃料燃烧废气中回收二氧化碳的方法，所述燃料电池具有阳极、阳极室、阴极、阴极室及电解质，所述烃水蒸汽转化装置具有转化室和燃烧室，该方法包括：将空气供入矿物燃料的燃烧废气中，再将其作为氧化性气体供入燃料电池的阴极室中;将燃料气体供入燃料电池的阳极室中;使燃烧废气中的CO2在阴极上，同氧化性气体中的O2发生反应，产生碳酸根离子;使碳酸根离子通过燃料电池的电解质，到达阳极;使碳酸根离子在阳极上，同燃料气体中氢发生反应，产生C...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫内敏雄，平田哲也，池田英人，中健三，上松宏吉，羽，
申请(专利权)人：石川岛播磨重工业株式会社，宫内敏雄，
类型：发明
国别省市：JP[日本]