一种基于固体氧化物燃料电池的CO制造技术

本实用新型专利技术属于回收CO

Co based on solid oxide fuel cell

【技术实现步骤摘要】
一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集系统
本技术属于回收CO2
，具体涉及一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集系统。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，SOFC)通过电化学反应直接产电，突破了传统热力循环卡诺定理的限制，具有较高的效率。同时SOFC具有燃料种类多样化、发电效率高、全固态结构、无液态熔融盐腐蚀、成本相对较低、易选址、燃料种类多、结构简单以及能够实现热电联供电或SOFC与蒸汽轮机混合进行二次发电等优点，是未来化石燃料发电技术的理想选择之一。SOFC独特的内部结构使得化石燃料(如甲烷等)易与空气发生电化学反应，SOFC阳极产生的尾气的主要成分为CO2和水蒸气，因化石燃料和空气发生电化学反应时并不掺混，使排出的CO2浓度高达40％。CO2过量排放是导致全球气候变暖、海平面上升等生态问题的主要原因之一。因此，如何回收利用SOFC产生的CO2具有重要的研究意义。中国专利文献，CN107690722A中公开了一种具有CO2捕集组件的高效燃料电池系统及其方法，其中，高效燃料电池系统包括顶部电池组件、底部燃料电池组件以及分离组件，所述方法采用冷凝器冷却含CO2的排气后得到干燥的阳极排气，包括约90％的CO2和9％的水蒸气，再采用CO2分离器从已分离水的含CO2的排气中再次分离CO2，以输出具有减小CO2含量的已分离气体并且单独地输出适合于储存和外部使用中的一种或多种的CO2。但该方法得到的干燥后的阳极尾气中仍含有大量的水分，需要再次进行分离处理，操作工艺繁琐、回收能耗高、且分离设备较为复杂。
技术实现思路
因此，本技术要解决的技术问题在于克服现有技术中SOFC排出尾气中回收分离CO2的设备复杂、操作工艺繁琐、回收能耗高、回收的CO2中含有大量的水分等问题，从而提供一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集系统。为此，本技术提供了以下技术方案：本技术提供了一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集系统，包括，至少一组换热器，所述换热器与固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气的出口相连通，以将固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器内与冷却介质换热；膜分离组件，包括膜壳、设置于所述膜壳内的CO2分离器及设置于所述膜壳上的尾气入口，所述尾气入口与所述换热器通过缓冲装置连通，所述CO2分离器包括间隔设置于所述膜壳内的若干中空疏水性陶瓷膜，在外界压力作用下，尾气中的CO2能通过所述中空疏水性陶瓷膜进入其内腔中，并从所述中空疏水性陶瓷膜的端部外排，尾气中除CO2外的其他成分被所述中空疏水性陶瓷膜截留在所述膜壳的内壁与所述中空疏水性陶瓷膜之间。进一步地，所述膜分离组件，还包括，CO2气体出口，设置于所述膜壳的顶端，且与所述中空疏水性陶瓷膜的内腔相互连通；排气阀，设置于所述膜壳的上部，用于排出尾气中除CO2、水蒸气外的其它成分；冷凝水出口，设置于所述膜壳的底端，且与所述膜壳的内腔连通，以回收所述冷凝水；控温装置，与所述中空疏水性陶瓷膜连接，用于控制所述CO2分离器的温度，以将被所述中空疏水性陶瓷膜截留的水蒸气冷凝为冷凝水。进一步地，所述中空疏水性陶瓷膜的一端封闭形成封闭端，相对端开口形成开口端，进入所述中空疏水性陶瓷膜的内腔的CO2从所述开口端外排；所述中空疏水性陶瓷膜的轴向方向与所述膜壳的轴向方向一致。进一步地，所述尾气入口设置于所述膜壳的下部。进一步地，所述冷凝水出口与所述换热器的冷却介质进口连通，以使冷凝水与来自固体氧化物燃料电池排出的含CO2的尾气在所述换热器中换热；所述换热器的冷却介质出口与所述固体氧化物燃料电池的水蒸气进口相连通。进一步地，所述换热器由依次连通设置的第一换热器和第二换热器组成，所述第一换热器与所述固体氧化物燃料电池的含CO2和水蒸气的尾气出口相连通；所述冷凝水出口分别与所述第一换热器和第二换热器连通，以使冷凝水在所述第一换热器和第二换热器中作为冷却介质；所述第一换热器的冷却介质出口与所述固体氧化物燃料电池的水蒸气进口相连通。进一步地，所述的捕集系统，还包括，水箱，设置于所述换热器与所述冷凝水出口之间；CO2回收装置，包括依次连通设置用于压缩收集CO2的压缩机和用于收集CO2的储气罐。本技术还提供了一种利用上述捕集系统的捕集方法，包括将固体氧化物燃料电池中产生的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器中进行降温；然后将降温后的含CO2和水蒸气的尾气送入膜分离组件中进行分离，分别收集冷凝水和CO2。所述固体氧化物燃料电池阳极的原料包括水蒸气、甲烷和/或石油；阴极原料包括空气或富氧空气；所述阳极排放的尾气包括体积分数为40-60％的CO2、体积分数为30-50％的水蒸气和体积分数为0.5-10％的H2与CO的混合物。所述固体氧化物燃料电池阳极排放的含CO2的尾气温度为650-1000℃；所述降温后的含CO2的尾气温度为120-200℃；所述膜分离组件的温度为20-60℃。进一步地，所述捕集方法，还包括将膜分离后所得冷凝水作为所述换热器的冷却介质的步骤，所述冷凝水在所述换热器中换热后形成温度为100-150℃的水蒸气，将所述100-150℃的水蒸气作为固体氧化物燃料电池阳极原料参与反应。所述中空疏水性陶瓷膜的制备方法包括如下步骤：制备无机膜基质：将陶瓷粉体和酸加入到水中，充分搅拌后得到悬浮液，然后依次进行真空抽滤、第一干燥、第一焙烧、抛光，制得无机膜基质；制备中空疏水性陶瓷膜：将含有疏水性有机物的浆液覆于所述无机膜基质上，经第二干燥、第二焙烧后，得到所述中空疏水性陶瓷膜。所述陶瓷粉体、酸和水的质量比为(10-25)：(1-5)：(50-125)；所述陶瓷粉体包括氧化铝粉体、二氧化硅粉体、碳纳米管粉体、二氧化钛粉体和分子筛粉体中的至少一种，所述陶瓷粉体的粒径为0.1μm-10μm；所述含有疏水性有机物的浆液中的疏水性有机物的质量分数为30-70％；所述疏水性有机物包括聚四氟乙烯、聚丙烯和聚偏氯乙烯中的至少一种；所述含有疏水性有机物的浆液的溶剂包括乙醇、异丙醇或醋酸甲酯；所述含有疏水性有机物的浆液还包括1-5wt％粘结剂，所述粘结剂包括聚乙烯醇、水玻璃或淀粉。所述第一干燥温度为80-120℃，第一干燥时间为2-10h；所述第一焙烧温度为800-1200℃，第一焙烧时间为4-12h；所述第二干燥温度为80-120℃，所述第二干燥时间为6-12h；所述第二焙烧温度为200-300℃，所述第二焙烧时间为2-6h。本技术技术方案，具有如下优点：1.本技术提供了一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集系统，包括至少一组换热器和膜分离组件；所述换热器与固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气的出口相连通，以将固体氧化物燃料电池排放的含CO2和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于固体氧化物燃料电池的CO

【技术特征摘要】
1.一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集系统，其特征在于，包括，
至少一组换热器，所述换热器与固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气的出口相连通，以将固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器内与冷却介质换热；
膜分离组件，包括膜壳、设置于所述膜壳内的CO2分离器及设置于所述膜壳上的尾气入口，所述尾气入口与所述换热器通过缓冲装置连通，所述CO2分离器包括间隔设置于所述膜壳内的若干中空疏水性陶瓷膜，在外界压力作用下，尾气中的CO2能通过所述中空疏水性陶瓷膜进入其内腔中，并从所述中空疏水性陶瓷膜的端部外排，尾气中除CO2外的其他成分被所述中空疏水性陶瓷膜截留在所述膜壳的内壁与所述中空疏水性陶瓷膜之间。


2.根据权利要求1所述的捕集系统，其特征在于，所述膜分离组件，还包括，
CO2气体出口，设置于所述膜壳的顶端，且与所述中空疏水性陶瓷膜的内腔相互连通；
排气阀，设置于所述膜壳的上部，用于排出尾气中除CO2、水蒸气外的其它成分；
冷凝水出口，设置于所述膜壳的底端，且与所述膜壳的内腔连通，以回收所述冷凝水；
控...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小夫，汪洋，张南极，田立，耿宣，沈建永，李伟，王桦，
申请(专利权)人：中国华电科工集团有限公司，华电环保系统工程有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11