[发明专利]用于在包括固体氧化物燃料电池的发电设备中的可持续生产能量的方法

说明书

本发明涉及如权利要求1的前序部分所指出的用于可持续生产能量的方法。

背景技术

国际能源署(IEA)已将能量效率定义为减少温室气体(GHG)的最重要步骤之一(参见IEA'sBlueMapScenario2010)。此外，电力行业和许多能量密集型工业行业(例如铁和钢、铝、硅、硅铁、水泥等)中的CCS(碳捕集与封存)的成功开发和应用潜在地代表了电力生产和工业中的直接大规模减少GHG排放的最重要选项。

公布号WO2004/025767(Vik等人)公开了由含烃流发电的设备。根据一个实施方案，将固体氧化物燃料电池(SOFC)用于发电。该工艺包括重整燃料从而生产氢气，然后将其与其它组分分离，以将纯的氢气用作燃料电池的进料。可以在所述工艺中通过石灰(CaO)吸收剂在氢气生产反应器直接捕集在重整期间产生的CO₂。将在该工艺中形成的固体碳酸钙(CaCO₃)转移至吸收剂再生反应器。可以将在该工艺中形成的CO₂(参见反应II)储存或用于其中需要CO₂的工艺中。Vik等人的工艺针对其中不需要过量的热和其中电力和氢气联产的高效率是首要目的的应用。

WO2011/078681A1教导了允许由不管是化石还是生物来源的含碳燃料(固体或气体)的成本和能量有效的可持续回收和生产能量的方法。该方法提供了有效的CO₂捕集，并且允许以电力、氢气和热的形式高度通用地生产能量。在该方面的“通用性”应理解为这些能量形式的量的比例可以通过简单地改变工艺中的参数而在宽的限度内变化。该公布还在其中将CaO用于捕集CO₂的工艺中将固体氧化物燃料电池用于生产能量。在该工艺中将CaO转变为CaCO₃并随后在进一步在下文描述的也被称为钙循环的次级封闭循环工艺中再生。

将石灰(CaO)用于捕集CO₂。然后在约650℃(650℃±150℃)的温度形成碳酸钙(CaCO₃)/石灰石(碳酸化工艺，参见以下反应)。将所述碳酸钙(CaCO₃)转移至另一反应器用于吸收剂再生(煅烧工艺)。在该工艺步骤中，将所述碳酸钙加热至超过800℃(800℃-950℃)的温度，在再生石灰吸收剂(CaO)的同时释放CO₂。然后将吸收剂(CaO)转移至CO₂捕集反应器。

钙循环相比于更接近市场的CO₂捕集方案具有许多优点(参见ChemicalEngineeringResearchandDesign89(2011)，Review:ThecalciumloopingcycleforCO2capturefrompowergeneration,cementmanufactureandhydrogenproduction,Deanetal.)。Ca循环的燃烧后应用可应用于由天然气(CH₄)、气化煤(合成气)的电力生产和用于一定范围的不同高温工业工艺。然而，需要致力于能量优化(采用相同的能量输入生产更多的电力)、能量有效的CO₂捕集(通过Ca循环方法)和利用来自高温工业如铁/钢、铝、硅、硅铁、水泥、制造等的废热的新技术。

发明目的

本发明的目的在于进一步改进根据WO2004/025767和WO2011/078681Al的发明的方法，提供甚至更加成本和能量有效的方法。

发明简述

上述目的通过如权利要求1所限定的本发明得以满足。

本发明的优选实施方案由从属权利要求公开。

如本领域技术人员将要看到那样，本方法保留了上文评论的在先发明的有利特征，但是包括与其它产生高温的烟道气工艺的组合，使得整个工艺甚至更加成本和能量有效。

因此，将其中CaO转化成CaCO₃的碳捕集工艺的放热特性用于进一步升高高温烟道气的温度，使得该烟道气对于随后的能量回收利用而言甚至更有用。

可持续性仍然是整个工艺的关键词和共同特征。

本文中所使用的“另一工艺”应理解为主要独立于在SOFC中的能量生产运行和典型地进行来用于生产机械物品如铁、钢、水泥等的工艺。同样地，所述“另一工艺”将典型地是本身已知但没有在本文上下文中出现的工艺。

发明详述

下文参考所附的附图阐释本发明的不同实施方案，其中：