SOE-SOFC-CCS混合系统的制作方法

本发明涉及一种结合有固体氧化物水电解电池(soe)、固体氧化物燃料电池(sofc)以及碳捕集系统(ccs)的混合系统，更详细地，涉及一种使得固体氧化物水电解电池、包括燃烧废气的燃烧器的固体氧化物燃料电池以及碳捕集系统以有机的关系被驱动，并使通过该驱动产生的副产物和废热再循环，从而使产生氢和电力所需的燃料最少化的soe-sofc-ccs混合系统。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell；sofc)呈层叠有多个由单位电池和分离板组成的电生成单元的结构。单位电池包括电解质、位于所述电解质的一面的空气极、以及位于电解质的另一面的燃料极。

2、当向空气极供应氧气，并向燃料极供应氢气时，在空气极通过氧气的还原反应产生的氧离子经电解质膜移动到燃料极后，与被供应到阴极的氢气反应而生成水。此时，在燃料极产生的电子被传递至空气极而被消耗的过程中，电子流向外部电路，单位电池利用这样的电子流产生电能。

3、固体氧化物水电解电池是利用电能对纯水进行电解以产生氢气的装置，通常在500～850℃之间的可发生高温电解的温度下工作。

4、现有技术文献韩国专利公开第10-2020-0110501号(现有技术1)公开了关于采用富氧装置的固体氧化物燃料电池的技术。然而，在现有技术1中，不对堆栈的废气进行燃烧，因此二氧化碳的捕集效率低，并且由于未提出回收利用燃烧热的方案，因此存在运行效率低的缺点。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明所要解决的技术课题之一在于，提供一种在固体氧化物水电解电池和固体氧化物燃料电池的混合系统中不直接排出固体氧化物水电解电池的废气，而是有效地进行利用的方案。

3、本发明所要解决的技术课题中的另一个在于，提供一种在固体氧化物水电解电池、固体氧化物燃料电池及碳捕集器的混合系统中用于从堆栈的燃料极废气或水电解电池的废气中包括的未反应氢气中有效地捕集二氧化碳的方案。

4、本发明所要解决的技术课题中的另一个在于，提供一种通过使在固体氧化物燃料电池和碳捕集器有机地进行动作的过程中产生的副产物和废热再循环来使消耗的燃料最少化的方案。

5、技术方案

6、作为本发明的技术解决方法之一，提出一种soe-sofc-ccs混合系统，包括：固体氧化物水电解电池(solid oxide electrolyte，soe)；固体氧化物燃料电池(solid oxidefuel cell，sofc)，其包括重整器(reformer)、加热所述重整器产生的燃料的燃料热交换器(fuel hx)、一次地加热外部空气(air)的第一空气热交换器(air hx_a)、二次地加热一次加热后的所述外部空气的第二空气热交换器(air hx_b)、包括接收由所述燃料热交换器加热的燃料的燃料极(anode)和接收由所述第一空气热交换器和第二空气热交换器加热的外部空气(air)的空气极(cathode)的堆栈(stack)、以及燃烧所述固体氧化物水电解电池的废气和所述堆栈的燃料极废气的燃烧器(burner)；以及碳捕集器(carbon capturesystem，ccs)，其从在所述重整器和所述第一空气热交换器中的至少一个中进行热交换的所述燃烧器的废气中捕集二氧化碳。

7、其中，所述燃烧器的废气可以在所述重整器的蒸汽发生器(steam generator)中进行热交换。

8、在另一实施例中，还可以包括第一分配器d1，其使所述堆栈的空气极废气中的至少一部分分支到所述第二空气热交换器，并使分支后的其余部分分支到所述燃料热交换器。

9、其中，还可以包括：温度传感器a，其测量经由所述第一空气热交换器的外部空气的温度；以及控制器，其基于所述温度传感器a的测量值向所述第一分配器d1发送包括向所述第二空气热交换器和所述燃料热交换器的分配比的控制信号。

10、在另一实施例中，还可以包括第二分配器d2，其使经由所述第一空气热交换器的燃烧器废气的至少一部分分支到所述燃烧器，并使分支后的其余部分分支到所述碳捕集器。

11、其中，还可以包括：温度传感器b，其测量所述燃烧器的温度；以及控制器，其基于所述温度传感器b的测量值向所述第二分配器d2发送包括向所述燃烧器和所述碳捕集器的分配比的控制信号。

12、在另一实施例中，还包括第三分配器d3，其使所述固体氧化物水电解电池的废气的至少一部分分支并与外部空气汇流，并使分支后的其余部分分支到所述燃烧器。

13、在另一实施例中，还包括第四分配器d4，其使所述燃烧器的废气的至少一部分分支到所述固体氧化物水电解电池，并使分支后的其余部分分支到所述重整器。

14、发明的效果

15、根据本发明的实施例，在体氧化物水电解电池和固体氧化物燃料电池的混合系统中，不直接排出固体氧化物水电解电池的废气，而是将其利用于燃烧器的燃烧等，从而可以提高动作效率。

16、根据本发明的实施例，在固体氧化物水电解电池、固体氧化物燃料电池及碳捕集器的混合系统中，能够以从堆栈的燃料极废气或水电解电池的废气中包括的未反应燃料预先去除杂质的方式使二氧化碳捕集效率最大化。

17、根据本发明的实施例，通过使在固体氧化物燃料电池和碳捕集器有机地进行动作的过程中产生的副产物和废热再循环，可以使消耗的燃料最少化。

技术特征：

1.一种soe-sofc-ccs混合系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的soe-sofc-ccs混合系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的soe-sofc-ccs混合系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的soe-sofc-ccs混合系统，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的soe-sofc-ccs混合系统，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的soe-sofc-ccs混合系统，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1所述的soe-sofc-ccs混合系统，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的soe-sofc-ccs混合系统，其特征在于，

技术总结
本发明涉及一种结合有固体氧化物水电解电池(SOE)、固体氧化物燃料电池(SOFC)以及碳捕集系统(CCS)的混合系统，更详细地，涉及一种使得固体氧化物水电解电池、包括燃烧废气的燃烧器的固体氧化物燃料电池以及碳捕集系统以有机的关系被驱动，并使通过该驱动产生的副产物和废热再循环，从而使产生氢和电力所需的燃料最少化的SOE‑SOFC‑CCS混合系统。

技术研发人员：张寅甲,李泰远,柳保贤,元铭晙,崔荣俊
受保护的技术使用者：FCI株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19