本发明专利技术公开了用于高温可逆燃料电池的碳循环装置，包括：高温可逆燃料电池、燃气轮机、发电机、碳化器、煅烧炉、锅炉、蓄热器、合成气储罐、氧气储罐及相关控制阀等部件。合成气储罐出口连接高温可逆燃料电池阳极入口，阳极出口连接带有同轴发电机的燃气轮机，燃气轮机出口连接碳化器，蓄热器储存来自碳化器产生的热量并与煅烧炉连接，锅炉为煅烧炉提供热量，煅烧炉热解气出口与高温可逆燃料电池阴极连接，高温可逆燃料电池氧气出口与氧气储罐入口相连、合成气出口与合成气储罐入口相连。本发明专利技术利用碳化器将二氧化碳及水蒸气存储起来，用于电解模式下提供所需的水蒸气及二氧化碳。本发明专利技术装置实现了切换模式运行时二氧化碳的循环利用。置实现了切换模式运行时二氧化碳的循环利用。置实现了切换模式运行时二氧化碳的循环利用。
【技术实现步骤摘要】
用于高温可逆燃料电池的碳循环装置
[0001]本专利技术涉及新能源发电技术及温室气体减排领域，具体涉及用于高温可逆燃料电池的碳循环装置。
技术介绍
[0002]我国是化石能源消耗大国，二氧化碳作为化石能源消耗的主要产物，其大量来自于我们的工农业生产、交通运输和人类生活。在工农业生产中，二氧化碳的大量排放以石油化工行业及燃煤发电厂最为典型。目前我国对二氧化碳的处理主要有：化工业上作为原料生产化工制品；轻工业上利用二氧化碳生产碳酸饮料、汽水、啤酒等；重工业上采用二氧化碳捕集技术，收集二氧化碳并封存起来。
[0003]近年来，随着新能源技术在发电领域的日益成熟，特别是高温可逆固体氧化物燃料电池(Reversible Solid Oxide Fuel Cells，rSOFC)在清洁能源领域的迅速发展，这使得如何利用丰富的二氧化碳资源问题得以更好地解决。高温可逆固体氧化物燃料电池既具有高温固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFC)的发电特性，又具有高温固体氧化物电解池(SolidOxide Electrolysis Cells，SOEC)的电解特性。高温可逆燃料电池在发电模式下，由于其对燃料的灵活选择性，可以直接利用富含碳、氢的合成气进行发电，通过消耗碳、氢合成气及空气，在其阳极产生高浓度的二氧化碳尾气；而在其电解模式下，通过共电解二氧化碳及水蒸汽以制取富碳、氢合成气，并副产得到纯氧。
[0004]目前，对于高温可逆燃料电池中二氧化碳捕集主要采用的方法是：在其尾气后安装二氧化碳捕集单元，二氧化碳捕集单元的工艺一般有化学吸收法、化学吸附法、物理吸附法或膜分离法，二氧化碳在经过这些工艺方法后，还要进行分离、储存起来，这使得高温可逆燃料电池在二氧化碳捕集方面耗费过多的能耗。当高温可逆燃料电池工作于电解模式下，其所需的二氧化碳来源主要是工业上经过提纯、处理后的二氧化碳和水蒸气混合气或者这些经过二氧化碳捕集单元分离、储存起来的二氧化碳提供。
[0005]由于氧化钙对二氧化碳吸收方面具有吸收效率高、低成本、易获得等优点，且当氧化钙与二氧化碳反应时会放出巨大热量，添加蓄热器可将该部分能量有效储存起来，利用氧化钙与二氧化碳反应的化学特性，可有效将二氧化碳气体储存于碳酸钙固体中，当需要二氧化碳时，通过高温热解碳酸钙，可直接将储存在碳酸钙固体中的二氧化碳分解出来并对其进行利用，这使得高温可逆燃料电池在二氧化碳回收利用方面变得更为方便、快捷，减少了许多不必要的二氧化碳分离、提纯工艺，可有效实现高温可逆燃料电池尾气中二氧化碳的循环利用，解决高温燃料电池在二氧化碳排放、处理及能源损耗等方面的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术提出用于高温可逆燃料电池的碳循环装置，目的是通过高温可逆燃料电池的两种工作模式及钙基吸收二氧化碳的化学特性，实现二氧化碳的循环利用，有效解决高温可逆燃料电池二氧化碳排放问题。
[0007]该装置包括：高温可逆燃料电池、燃气轮机、发电机、碳化器、煅烧炉、锅炉、蓄热器、合成气储罐、氧气储罐及相关控制阀等部件。
[0008]本专利技术根据高温可逆燃料电池工作模式、碳化器及煅烧炉所实现的功能提供了两种不同的用于高温可逆燃料电池的碳循环装置方式。方式一是将碳化器与煅烧炉独立分开，在高温可逆燃料电池发电模式下，从燃气轮机出来的乏气先进入碳化器，而后脱除二氧化碳及水蒸气的乏气经蓄热器、控制阀回到高温可逆燃料电池阳极的燃料入口，碳化器产生的大量热量储存于蓄热器中。在高温可逆燃料电池电解模式下，碳化反应生成的氢氧化钙、碳酸钙经蓄热器、控制阀送入煅烧炉内，煅烧炉通过锅炉提供的热量进行高温煅烧氢氧化钙、碳酸钙，使其分解生成氧化钙、二氧化碳及水蒸汽，氧化钙经控制阀重新送回至碳化器，二氧化碳及水蒸气在高温下无需进行预热处理，直接经控制阀与高温可逆燃料电池阴极相连。
[0009]方式二是将方式一中的碳化器及煅烧炉合为一体，考虑到高温可逆燃料电池不能同时处于发电跟电解模式下，这意味着在高温燃料电池运行时，系统装置中始终有不必要运行的设备，为节约资源、降低装置复杂性及运行成本，在方式二中引入碳化煅烧一体炉，使其既能实现碳化器的碳化功能，又能实现煅烧炉的煅烧热解功能。在高温可逆燃料电池发电模式下，从燃气轮机出来的乏气经过碳化煅烧一体炉后，直接将二氧化碳、水蒸气储存于氢氧化钙及碳酸钙中，之后乏气经蓄热器、控制阀回到高温可逆燃料电池阳极的燃料入口。在高温可逆燃料电池电解模式下，碳化反应生成的氢氧化钙、碳酸钙经蓄热器重新送回至碳化煅烧一体炉内，进行高温热解生成氧化钙、二氧化碳及水蒸气，二氧化碳及水蒸气在高温下无需进行预热处理，直接经控制阀送至高温可逆燃料电池阴极处。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0011](1)通过引入燃气轮机，高温可逆燃料电池阳极出口尾气膨胀做功后温度降低，使到达碳化器的乏气温度与碳化温度相匹配。
[0012](2)在高温可逆燃料电池发电模式下，二氧化碳储存于碳化器的碳酸钙中，无需经过复杂提纯技术将二氧化碳提取、储存起来，电解模式下，碳酸钙直接在煅烧炉中受热分解生成二氧化碳，减少了二氧化碳捕集、储存过程能源消耗问题。
[0013](3)本专利技术装置中的蓄热器可将碳化器中的产生的热能储存起来，在燃料预热及碳酸钙分解时加以充分利用。
[0014](4)碳化器中生成的碳酸钙、氢氧化钙在煅烧炉中煅烧后，因煅烧炉的温度与高温可逆燃料电池的工作温度接近，在煅烧炉内生成的二氧化碳及水蒸气可直接通入高温可逆燃料电池阴极进行电解，无需预热处理。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实现方式一的装置原理图及结构示意图；
[0016]图2为本专利技术实现方式二的装置原理图及结构示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。
[0018]本专利技术用于高温可逆燃料电池的碳循环装置方式一主要由高温可逆燃料电池1、
燃气轮机2、发电机3、碳化器4、煅烧炉5、锅炉6、蓄热器7、合成气储罐8、氧气储罐9及V1、 V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9控制阀组成。高温可逆燃料电池1阳极尾气出口连接燃气轮机2入口，发电机3与燃气轮机2同轴相连，燃气轮机2乏气出口与碳化器4相连，碳化器4气体出口连接至蓄热器7热端入口，碳化器4底部出口连接至蓄热器7冷端入口，蓄热器7热端出口经控制阀V3连接至阳极入口，蓄热器7冷端出口经控制阀V7连接至煅烧炉5入口，煅烧炉5气体出口经控制阀V5与高温可逆燃料电池1阴极相连，固体出口经控制阀V6连接至碳化器4，高温可逆燃料电池1合成气出口与合成气储罐8入口相连，高温可逆燃料电池1氧气出口经控制阀V4与氧气储罐9入口相连，氧气储罐9出口经控制阀V8与锅炉6相连，锅炉6经控制阀V9连接至煅烧炉5为煅烧提供热量，预处理后的空气经控制阀V2与高温可逆燃料电池1阴极入口相连，合成气储罐8出口经控制阀V1与高温可逆燃料电池1阳极燃料入口相连。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于高温可逆燃料电池的碳循环装置，包括：高温可逆燃料电池、燃气轮机、发电机、碳化器、煅烧炉、锅炉、蓄热器、合成气储罐、氧气储罐及相关控制阀，其特征在于：高温可逆燃料电池(1)阳极尾气出口连接燃气轮机(2)入口，发电机(3)与燃气轮机(2)同轴相连，燃气轮机(2)乏气出口与碳化器(4)相连，碳化器(4)气体出口连接至蓄热器(7)热端入口，碳化器(4)底部出口连接至蓄热器(7)冷端入口，蓄热器(7)热端出口经控制阀(V3)连接至阳极入口，蓄热器(7)冷端出口经控制阀(V7)连接至煅烧炉(5)入口，煅烧炉(5)气体出口经控制阀(V5)与高温可逆燃料电池(1)阴极相连，固体出口经控制阀(V6)连接至碳化器(4)，高温可逆燃料电池(1)合成气出口与合成气储罐(8)入口相连，高温可逆燃料电池(1)氧气出口经控制阀(V4)与氧气储罐(9)入口相连，氧气储罐(9)出口经控制阀(V8)与锅炉(6)相连，锅炉(6)经控制阀(V9)连接至煅烧炉(5)为煅烧提供热量，预处理后的空气经控制阀(V2)与高温可逆燃料电池(1)阴极入口相连，合成气储罐(8)出口经控制阀(V1)与高温可逆燃料电池(1)阳极燃料入口相连。2.根据权利要求1所述的用于高温可逆燃料电池的碳循环装置，其特征在于，所述合成气储罐(8)为氢气和一氧化碳的混合气。3.根据权利要求1所述的用于高温可逆燃料电池的碳循环装置，其特征在于，所述高温可逆燃料电池(1)可在发电和电解两个模式之间切换，在发电模式下，消耗燃料合成气...
【专利技术属性】
技术研发人员：王甫，欧阳亮，刘兴江，雷轩邈，王松蕊，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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