应用熔融碳酸盐燃料电池的深冷液化天然气发电系统技术方案

应用熔融碳酸盐燃料电池并设有ＣＯ↓［２］分离器的ＬＮＧ深冷发电系统。该ＣＯ↓［２］分离器利用深冷ＬＮＧ使阳极室排出气中的ＣＯ↓［２］液化并分离。当含ＣＯ↓［２］的氧化气体送入阴极室，经转化的ＬＮＧ送入阳极室，在其中进行电池反应而发电，同时ＣＯ↓［２］转化为碳酸盐离子而转移到阳极室，使ＣＯ↓［２］富集，排出后送入ＣＯ↓［２］分离器，由深冷ＬＮＧ使之液化并分离。结果，同时发电和回收ＣＯ↓［２］，排至大气的ＣＯ↓［２］显著减少。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用燃料电池的深冷发电系统，更具体讲是配备有CO2分离器的利用深冷LNG(液化天然气)的发电系统。 本
已知应用燃料电池的发电系统，有些系统是应用熔融碳酸盐燃料电池。常规式熔融碳酸盐燃料电池一般包括一个浸在碳酸盐中的电解质板(块)，一个阴极室(氧电极)，一个阳极室(燃料电极)。该电解质板是由多孔材料制成，由碳酸盐作为电解质。该电解质板是夹在阴极室和阳极室之间。将氧化性气体通入阴极室，燃料气体通入阳极室，由于阴极室与阳极室之间的电位差而发电。在常规式应用熔融碳酸盐燃料电池的发电系统中，前述的燃料电池是通过分离器而一个个叠在一起，成为多层燃料电池单元或叠层燃料电池。在图中示出此种发电系统之一例。如图5，空气A在经由空气入料管108到达燃料电池100的阴极室之前，先用压缩机104压缩，用冷却器105冷却，再用压缩机106压缩，再用空气预热器107加热。空气入料管108中有一部分空气A经由支管109导入一个转化器110。从该阴极室排出的气体CG(亦称为“阴极废气CG”)经由入口管111进入透平112，并经空气预热器107而排出。从阳极室103排出的气体AG(亦称为“阳极废气AG”)中含有H2O和CO2。然后，将废气AG中的水分除掉，分下来的水分再循环至该系统。燃料电池100的阳极废气AG由热交换器113冷却，并于预热器114中与天然气NG换热，并由另一冷却器116冷却。在116中，阳极废气AG冷凝，然后送入气-液分离器117，使水分与气体组分分开。含CO2的气体组分用鼓风机118经管路119，通过热交换器113，进入转化器110的燃烧室。其水分则用泵120加压后送入蒸发器121。水在蒸发器中变成水蒸汽，然后经过管路122再经由过热器115，送到转化器110的入口，与天然气NG混合。在转化器110中产生的燃料气通过管路123进入燃料电池100的阳极室103。从转化器110的燃烧室排出的气体含有CO2，将之通过管路124与管路108中的空气一起送入燃料电池100的阴极室102。在预热器114和冷却器116之间设置蒸发器115，使阳极废气AG从其中流过。101是指电解质板，125是指脱硫器。在上述使用熔融碳酸盐燃料电池的发电系统中，从阳极室103出来的阳极废气AG中的水分是由气-液分离器117所分出，并且该含CO2的气体在转化器110的燃料室中燃烧，然后将之送入阴极室102。因此，未考虑从该气体中分离CO2和回收CO2。所以，这种常规式发电系统的设计中不回收CO2，CO2被排到大气中。本专利技术的目的是提供一种应用碳酸盐燃料电池的LNG深冷发电系统，在其中提供了一个CO2分离器，用以分离阳极废气中所含的CO2，并且将深冷的LNG用于CO2分离。本专利技术的另一目的是提供应用熔融碳酸盐燃料电池的LNG深冷发电系统，其中分离出的CO2是以气态回收的。本专利技术目的还包括提供应用燃料电池的LNG深冷发电系统，其中以气态回收的CO2是送入到该燃料电池的阴极室。按本专利技术的一个方面，在所提供的使用熔融碳酸盐燃料电池的LNG深冷发电系统中，氧化性气体是送入该燃料电池的阴极室，并且转化后气体或LNG是送入该燃料电池的阳极室，其特征在于，提供有一个CO2分离器，并且该CO2分离器是以这样的方式利用深冷的LNG，使得由阳极室排出的气体中CO2被深冷的LNG所液化，并且从该阳极废气中分离出来。当含有CO2的氧化性气体送入熔融碳酸盐燃料电池的阴极室和将燃料气送入阳极室之后，在阴极室和阳极室发生电池反应，从而可以发电。与此同时，送入阴极室的氧化性气体中的CO2就以碳酸盐离子而被传送到阳极室，并且在从阳极室排出之前CO2被富集或浓缩。这种阳极废气是送至CO2分离器。在CO2分离器中，阳极废气中的CO2被深冷的LNG所液化并分离出来。结果，发电与CO2回收同时进行，而排放至大气中的CO2大大减少。此外，由于CO2在回收之前先经过浓缩，所以CO2的分离与常规式系统相比所需功率较小。再者，在CO2分离时有效地利用了深冷LNG的超低温过程，整个系统的能量效率得到改进。按常规方式，超低温的LNG只是排放到大气中。此外，由于液化和分离的CO2是以其原样回收，可使用于CO2液化的LNG量增多，并且气化的天然气量可以增多。在该系统使用大量天然气的场合，这是一种有利的情况。按本专利技术的另一方案，是提供一种应用燃料电池的LNG深冷发电系统，其中氧化性气体是送入燃料电池的阴极室，经转化后的LNG送入燃料电池的阳极室，从而可以发电，其特征在于，从阳极室排出的气体中所含的CO2通过用深冷温度的LNG使CO2液化而从其中分出。该发电系统提供有一个CO2分离器，由它来进行应用LNG的CO2分离。所述CO2分离器有一个气体回收部分，它使已液化的CO2气化并将之回收。因此，CO2是以气态回收的。按本专利技术的又一个方案，是提供一种应用燃料电池的LNG深冷发电系统，其中氧化性气体是送入该燃料电池的阴极室，经转化的LNG送入燃料电池的阳极室，其特征在于，提供一个CO2分离器，它利用超低温的LNG将从阳极室排出的气体中所含的CO2液化，该CO2分离器具有一个气体回收部分，它使已液化的CO2气化并将之收集，通过一条管路(在优选方案中称之为“第二气体管路”)将气化的CO2输送到燃料电池的阴极室，而从CO2分离器排出的气体中不再含有CO2，并且由另一管路(在优选方案中称之为“第三气体管路”)输送至燃料电池的阳极室。由于是将已气化的CO2送入阴极室，并且把不含CO2的气体作为燃料气而送入阳极室，从而发电效率得到改进。附图说明图1是按本专利技术一个优选方案的应用燃料电池的LNG深冷发电系统示意流程图。图2是按本专利技术的另一个发电系统的示意流程图。图3是本专利技术的又一个实施方案。图4是本专利技术的再一个实施方案。图5是常规式发电系统的示意流程图。本专利技术的优选实施方案图1至4是本专利技术的各个优选方案，图中的相似设备的编号相同。图1是按本专利技术的LNG深冷发电系统Ⅰ的基本布局。其中一般包括多个燃料电池1，但为方便而在图中只示出一套。在深冷发电系统Ⅰ中，将从天然气热电厂5排出的含CO2气体B与新鲜空气A一道送入熔融碳酸盐燃料电池1的阴极室3，而天然气(准备去转化的原料气)经过转化之后送入燃料电池1的阳极室4。深冷发电系统Ⅰ设置有CO2分离器Ⅱ，它用深冷的LNG将CO2液化，从而将CO2从该气体中分出。CO2分离器Ⅱ同时回收液化的CO2。LNG深冷发电系统Ⅰ包括熔融碳酸盐燃料电池1，其中包括夹在阴极室3和阳极室4之间的电解质板2。电解质板2用碳酸盐浸过，此种燃料电池1定义为熔融碳酸盐型的燃料电池。经过过滤器6的新鲜空气A由压缩机7来压缩。压缩空气A空气入料管路8中流至阴极室3。从阴极室3排出的气体(称为“阴极废气”)一部分通过阴极室出口管9输送至透平10，然后排放到大气中。另一部分阴极废气经由支管路11送至转化器12的燃烧室12b。从转化器12的燃烧室12b排出的气体由鼓风机13加压，然后经管路14送至阴极室3。另方面，天然气NG由预热器15加热，经由天然气入料管路16送入转化器12的转化室12a。在转化室12a中，天然气经转化成为燃料气FG并通过燃料气入料管路17送阳极室4。从阳极室4排出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用熔融碳酸盐燃料电池的发电系统，其中包括：燃料电池，其中具有一个转化器、一个阴极室、一个阳极室、一个浸熔融碳酸盐的电解质，ＬＮＧ（液化天然气）由所述转化器进行转化，经转化的ＬＮＧ送入所述阳极室，将氧化性气体送入所述阴极室，所述转化器具有一个转化室，该转化室具有一个输入口；以及一套ＣＯ↓［２］分离装置，该装置利用深冷的ＬＮＧ将所述阳极室排出气中所含的ＣＯ↓［２］液化，从而将ＣＯ↓［２］与所述气体分离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中泽健三，上松宏告，羽鸟聪，
申请(专利权)人：石川岛播磨重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]