[发明专利]合成气高温燃料电池发电系统及其方法

权利要求书

1.一种合成气燃料电池发电系统，所述系统包括合成气源、换热装置、燃料电池、燃烧装置，其中，所述合成气源用于提供合成气；所述换热装置包括换热变换装置、第一换热装置和第二换热装置；所述换热变换装置经第一换热装置与所述燃料电池的阳极相连接；所述燃料电池的阴极与所述燃烧装置相连接；所述燃烧装置经第二换热装置与所述燃料电池的阴极相连接；

在所述系统中，利用合成气燃料电池发电的方法包括以下步骤：将由合成气源提供的合成气与水蒸气混合后经换热变换装置预热至第一温度，然后进行水煤气变换反应，制得包含氢气和一氧化碳的混合燃料气体；

所述混合燃料气体经第一换热装置加热至第二温度后，进入燃料电池的阳极，与经第二换热装置加热并进入燃料电池的阴极的空气发生反应，进行发电，分别产生阳极尾气和阴极尾气；

所述阴极尾气进入燃烧装置中进行燃烧，产生燃烧尾气；

其中，所述合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比为1.68-6；

所述混合燃料气体中还包含二氧化碳，所述二氧化碳的摩尔含量小于30%。

2.根据权利要求1所述的合成气燃料电池发电系统，其中，所述换热装置还包括第三换热装置，分别与第二换热装置和换热变换装置相连接，用以提供低压蒸汽供给换热变换装置。

3.根据权利要求2所述的合成气燃料电池发电系统，其中，所述换热变换装置内装有变换反应催化剂，用于将合成气中的一氧化碳转换为氢气；

所述系统还包括CO₂分离器，分别与换热变换装置与第一换热装置相连，用于降低阳极进料气中CO₂的含量；

所述第三换热装置为蒸汽发生器。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阳极尾气依次进入第一换热装置和换热变换装置用于加热混合燃料气体和合成气后，进入所述燃烧装置中进行燃烧。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，燃烧产生的燃烧尾气依次进入第二换热装置和第三换热装置用于加热空气和水，以获得高温空气和水蒸气；

和/或，所述水蒸气与所述合成气混合后进入换热变换装置。

6.根据权利要求1或4所述的系统，其中，所述方法还包括所述混合燃料气体经过CO₂分离器，以除去混合燃料气体中的二氧化碳。

7.根据权利要求1或4所述的系统，其中，所述混合燃料气体中，二氧化碳的摩尔含量小于15%。

8.根据权利要求1或4所述的系统，其中，所述第一温度为100-400℃；

和/或，所述第二温度为500-800℃；

和/或，所述阳极尾气的温度为600-900℃；

和/或，所述阴极尾气的温度为600-900℃；

和/或，所述燃料电池的工作温度为500-900℃；

和/或，所述燃料电池的工作压力为0.05-0.5MPa。

9.根据权利要求1或4所述的系统，其中，所述第一温度为200-300℃；

和/或，所述第二温度为600-700℃；

和/或，所述阳极尾气的温度为700-800℃；

和/或，所述阴极尾气的温度为700-800℃；

和/或，所述燃料电池的工作温度为600-800℃；

和/或，所述燃料电池的工作压力为0.1-0.2MPa。

10.根据权利要求1或4所述的系统，其中，水蒸气与CO的摩尔比为0.2-2.5。

11.根据权利要求1或4所述的系统，其中，水蒸气与CO的摩尔比为0.5-1.5。

12.根据权利要求1或4所述的系统，其中，所述燃烧尾气的温度为700-1000℃；

和/或，所述燃烧尾气经第二换热装置后，降温至100-400℃。

13.根据权利要求1或4所述的系统，其中，所述燃烧尾气的温度为800-900℃；

和/或，所述燃烧尾气经第二换热装置后，降温至200-300℃。