[发明专利]一种熔融碳酸盐燃料电池发电系统及方法

说明书

本发明提供了一种熔融碳酸盐燃料电池发电系统及方法，属于低碳无碳排放发电领域，克服现有技术中的发电系统CO₂的排放量高的问题。本发明熔融碳酸盐燃料电池发电系统包括制氢装置、CO₂捕集装置、MCFC发电单元和催化燃烧器；所述制氢装置包括发电装置和电解池，所述电解池上设置有H₂出口和O₂出口，所述MCFC发电单元的阳极入口与所述电解池的H₂出口连接，其阴极入口与所述电解池的O₂出口和所述CO₂捕集装置的出气口连接。本发明实现了低碳排放发电。

技术领域

本发明属于低碳无碳排放发电领域，具体涉及一种耦合制氢与燃煤电厂烟气的熔融碳酸盐燃料电池发电系统及方法。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)是一种工作于650℃左右的高温燃料电池，具有不需要贵金属作催化剂、燃料来源广、噪音低、污染物基本达到近零排放、发电效率高、寿命可达4万小时以上，可实现热电联供等优点，适合于百千瓦级至兆瓦级分布式电站或固定电站，具有良好的发展前景。

熔融碳酸盐燃料电池工作在650℃下，MCFC的结构可以分为阴极、电解质以及阳极三部分，其中电解质为熔融的碳酸盐。在工作时，阴极中通入空气和CO₂，在阴极的电极处发生反应产生碳酸根离子；碳酸根离子穿过电解质，到达阳极电极处；在阳极电极处H₂与碳酸根离子发生电化学反应生成H₂O和CO₂，与此同时，电子从阳极通过外电路到达阴极，并对外做电功。从MCFC的发电原理可以看出，MCFC工作时会在阴极消耗CO₂，阴极产生的碳酸根离子会迁移至阳极与阳极燃料发生电化学反应释放CO₂并产生电能，MCFC中CO₂的迁移与富集对于减少温室气体(主要是CO₂)的排放具有重要的环保意义。

中国发明专利CN112864438A公开了一种能够实现二氧化碳捕集的高温燃料电池耦合发电系统及方法，含碳燃料在固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的阳极参与反应，阳极产物催化燃烧后进入MCFC的阴极反应，在MCFC的阴极出口富集CO₂。专利CN108417876A公开了一种高温燃料电池耦合发电系统及方法，同专利CN112864438A一样也采用固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电耦合的方式发电并富集CO₂。这两种方法均采用含碳燃料，消耗化石能源，带来CO₂的排放问题。

因此，在碳中和的背景下，亟需研究如何降低CO₂的排放，提供一种低碳甚至无碳排放的发电系统。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的发电系统CO₂的排放量高的问题，从而提供一种耦合可再生能源制氢与燃煤电厂烟气的熔融碳酸盐燃料电池发电系统及方法。

从熔融碳酸盐燃料电池的发电原理可知，MCFC具有消纳H₂、O₂和CO₂的功能，而且从CO₂的流动足迹看，CO₂能够从MCFC的阴极通过电化学反应在其阳极得到富集，能够实现CO₂的捕集功能。因此，可以充分利用现有燃煤电厂烟气中的CO₂，以及可再生能源弃风弃光期间电能制氢产生的H₂和O₂，将这些资源与MCFC发电系统集成，产生电能并进行CO₂的富集和捕集，达到CO₂的低碳排放。

为此，本发明提供了以下技术方案。