CN209934418U - 一种基于固体氧化物燃料电池的co2捕集*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于回收CO2技术领域，具体涉及一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集***，该***主要包括换热器和膜分离组件，换热器与SOFC排放的含CO2的尾气的出口相连通，膜分离组件包括膜壳、CO2分离器及设置于所述膜壳的尾气入口，所述尾气入口与所述换热器通过缓冲装置连通，CO2分离器包括间隔设置于膜壳内的若干中空疏水性陶瓷膜，在外界压力作用下，尾气中的CO2能通过中空疏水性陶瓷膜进入其内腔中，并从其端部外排，尾气中水蒸气冷凝后回收再利用。该***具有CO2回收效率高、CO2纯度高、工艺流程简单、易操作、能耗低等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于回收CO2技术领域，具体涉及一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集***。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)通过电化学反应直接产电，突破了传统热力循环卡诺定理的限制，具有较高的效率。同时SOFC具有燃料种类多样化、发电效率高、全固态结构、无液态熔融盐腐蚀、成本相对较低、易选址、燃料种类多、结构简单以及能够实现热电联供电或SOFC与蒸汽轮机混合进行二次发电等优点，是未来化石燃料发电技术的理想选择之一。
SOFC独特的内部结构使得化石燃料(如甲烷等)易与空气发生电化学反应，SOFC阳极产生的尾气的主要成分为CO2和水蒸气，因化石燃料和空气发生电化学反应时并不掺混，使排出的CO2浓度高达40％。CO2过量排放是导致全球气候变暖、海平面上升等生态问题的主要原因之一。因此，如何回收利用 SOFC产生的CO2具有重要的研究意义。
中国专利文献，CN107690722A中公开了一种具有CO2捕集组件的高效燃料电池***及其方法，其中，高效燃料电池***包括顶部电池组件、底部燃料电池组件以及分离组件，所述方法采用冷凝器冷却含CO2的排气后得到干燥的阳极排气，包括约90％的CO2和9％的水蒸气，再采用CO2分离器从已分离水的含CO2的排气中再次分离CO2，以输出具有减小CO2含量的已分离气体并且单独地输出适合于储存和外部使用中的一种或多种的CO2。但该方法得到的干燥后的阳极尾气中仍含有大量的水分，需要再次进行分离处理，操作工艺繁琐、回收能耗高、且分离设备较为复杂。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中SOFC排出尾气中回收分离CO2的设备复杂、操作工艺繁琐、回收能耗高、回收的CO2中含有大量的水分等问题，从而提供一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集***。
为此，本实用新型提供了以下技术方案：
本实用新型提供了一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集***，包括，至少一组换热器，所述换热器与固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气的出口相连通，以将固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器内与冷却介质换热；
膜分离组件，包括膜壳、设置于所述膜壳内的CO2分离器及设置于所述膜壳上的尾气入口，所述尾气入口与所述换热器通过缓冲装置连通，所述CO2分离器包括间隔设置于所述膜壳内的若干中空疏水性陶瓷膜，在外界压力作用下，尾气中的CO2能通过所述中空疏水性陶瓷膜进入其内腔中，并从所述中空疏水性陶瓷膜的端部外排，尾气中除CO2外的其他成分被所述中空疏水性陶瓷膜截留在所述膜壳的内壁与所述中空疏水性陶瓷膜之间。
进一步地，所述膜分离组件，还包括，
CO2气体出口，设置于所述膜壳的顶端，且与所述中空疏水性陶瓷膜的内腔相互连通；
排气阀，设置于所述膜壳的上部，用于排出尾气中除CO2、水蒸气外的其它成分；
冷凝水出口，设置于所述膜壳的底端，且与所述膜壳的内腔连通，以回收所述冷凝水；
控温装置，与所述中空疏水性陶瓷膜连接，用于控制所述CO2分离器的温度，以将被所述中空疏水性陶瓷膜截留的水蒸气冷凝为冷凝水。
进一步地，所述中空疏水性陶瓷膜的一端封闭形成封闭端，相对端开口形成开口端，进入所述中空疏水性陶瓷膜的内腔的CO2从所述开口端外排；
所述中空疏水性陶瓷膜的轴向方向与所述膜壳的轴向方向一致。
进一步地，所述尾气入口设置于所述膜壳的下部。
进一步地，所述冷凝水出口与所述换热器的冷却介质进口连通，以使冷凝水与来自固体氧化物燃料电池排出的含CO2的尾气在所述换热器中换热；
所述换热器的冷却介质出口与所述固体氧化物燃料电池的水蒸气进口相连通。
进一步地，所述换热器由依次连通设置的第一换热器和第二换热器组成，所述第一换热器与所述固体氧化物燃料电池的含CO2和水蒸气的尾气出口相连通；
所述冷凝水出口分别与所述第一换热器和第二换热器连通，以使冷凝水在所述第一换热器和第二换热器中作为冷却介质；
所述第一换热器的冷却介质出口与所述固体氧化物燃料电池的水蒸气进口相连通。
进一步地，所述的捕集***，还包括，
水箱，设置于所述换热器与所述冷凝水出口之间；
CO2回收装置，包括依次连通设置用于压缩收集CO2的压缩机和用于收集 CO2的储气罐。
本实用新型还提供了一种利用上述捕集***的捕集方法，包括将固体氧化物燃料电池中产生的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器中进行降温；然后将降温后的含CO2和水蒸气的尾气送入膜分离组件中进行分离，分别收集冷凝水和CO2。
所述固体氧化物燃料电池阳极的原料包括水蒸气、甲烷和/或石油；阴极原料包括空气或富氧空气；
所述阳极排放的尾气包括体积分数为40-60％的CO2、体积分数为30-50％的水蒸气和体积分数为0.5-10％的H2与CO的混合物。
所述固体氧化物燃料电池阳极排放的含CO2的尾气温度为650-1000℃；
所述降温后的含CO2的尾气温度为120-200℃；
所述膜分离组件的温度为20-60℃。
进一步地，所述捕集方法，还包括将膜分离后所得冷凝水作为所述换热器的冷却介质的步骤，所述冷凝水在所述换热器中换热后形成温度为100-150℃的水蒸气，将所述100-150℃的水蒸气作为固体氧化物燃料电池阳极原料参与反应。
所述中空疏水性陶瓷膜的制备方法包括如下步骤：
制备无机膜基质：将陶瓷粉体和酸加入到水中，充分搅拌后得到悬浮液，然后依次进行真空抽滤、第一干燥、第一焙烧、抛光，制得无机膜基质；
制备中空疏水性陶瓷膜：将含有疏水性有机物的浆液覆于所述无机膜基质上，经第二干燥、第二焙烧后，得到所述中空疏水性陶瓷膜。
所述陶瓷粉体、酸和水的质量比为(10-25)：(1-5)：(50-125)；
所述陶瓷粉体包括氧化铝粉体、二氧化硅粉体、碳纳米管粉体、二氧化钛粉体和分子筛粉体中的至少一种，所述陶瓷粉体的粒径为0.1μm-10μm；
所述含有疏水性有机物的浆液中的疏水性有机物的质量分数为30-70％；所述疏水性有机物包括聚四氟乙烯、聚丙烯和聚偏氯乙烯中的至少一种；
所述含有疏水性有机物的浆液的溶剂包括乙醇、异丙醇或醋酸甲酯；所述含有疏水性有机物的浆液还包括1-5wt％粘结剂，所述粘结剂包括聚乙烯醇、水玻璃或淀粉。
所述第一干燥温度为80-120℃，第一干燥时间为2-10h；所述第一焙烧温度为800-1200℃，第一焙烧时间为4-12h；
所述第二干燥温度为80-120℃，所述第二干燥时间为6-12h；所述第二焙烧温度为200-300℃，所述第二焙烧时间为2-6h。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
1.本实用新型提供了一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集***，包括至少一组换热器和膜分离组件；所述换热器与固体氧化物燃料电池排放的含 CO2和水蒸气的尾气的出口相连通，以将固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器内与冷却介质换热；所述膜分离组件包括膜壳、设置于所述膜壳内的CO2分离器及设置于所述膜壳上的尾气入口，所述尾气入口与所述换热器通过缓冲装置连通，所述CO2分离器包括间隔设置于所述膜壳内的若干中空疏水性陶瓷膜，在外界压力作用下，尾气中的CO2能通过所述中空疏水性陶瓷膜进入其内腔中，并从所述中空疏水性陶瓷膜的端部外排，尾气中除CO2外的其他成分被所述中空疏水性陶瓷膜截留在所述膜壳的内壁与所述中空疏水性陶瓷膜之间，该膜分离组件具有CO2分离效率高、水蒸气回收率高等优点。本实用新型提供的捕集***的捕集效果好，采用包含中空疏水性陶瓷膜的膜分离组件可以选择性地过滤非极性分子CO2，从而使CO2与水蒸气等其他气体杂质进行选择性分离，与直接冷凝和溶剂吸收等方法相比，该***得到的CO2浓度高、含水量较少、无需再次进行脱水处理，且操作过程简单；且SOFC 排出的CO2和水蒸气中的热量可以传递至换热器的冷却介质中，再将换热器中的冷却介质进行循环使用，降低了处理废气的能耗，且将排出的水蒸气进行冷凝回收，实现了水蒸气的循环使用，节约资源；本***具有设备简单、能耗低、易操作、工艺流程简单、可实现资源的循环利用等优点。
2.本实用新型还提供了CO2捕集方法，该捕集方法采用本实用新型提供的捕集***，包括将固体氧化物燃料电池中产生的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器中进行降温；然后将降温后的含CO2和水蒸气的尾气送入膜分离组件中进行分离，分别收集冷凝水和CO2。该方法包括对SOFC排出的CO2和水蒸气进行降温循环处理，然后对CO2和水蒸气进行分离和降温处理，水蒸气经降温冷凝形成液态水后循环使用，对CO2进行回收处理，该方法操作简单、捕集效果好、回收的CO2浓度高，通过对SOFC排出的CO2和水蒸气进行降温循环处理，将热量传递至换热器的冷却介质中，再将换热器中的冷却介质循环使用，降低了处理废气的能耗、节约了资源，且对CO2和水蒸气进行分离和降温处理，使经降温冷凝形成液态水后的水蒸气循环使用，实现了循环使用，节约资源。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例1中固体氧化物燃料电池的捕集装置的结构流程图；
图2是本实用新型实施例1中固体氧化物燃料电池的捕集装置中膜分离组件的结构示意图；
附图标记：1-冷凝水出口；2-尾气入口；3-膜壳；4-CO2气体出口；5-尾部封装；6-中空疏水性陶瓷膜；7-排气阀。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本实用新型，并不局限于所述最佳实施方式，不对本实用新型的内容和保护范围构成限制，任何人在本实用新型的启示下或是将本实用新型与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供了一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集***，见图1和图2，具体包括，
至少一组换热器，所述换热器与固体氧化物燃料电池排放的CO2和水蒸气的尾气的出口相连通，以将固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器内与冷却介质换热；所述换热器的冷却介质出口与所述固体氧化物燃料电池的水蒸气进口相连通；
膜分离组件，包括膜壳3、设置于所述膜壳内的CO2分离器及设置于所述膜壳上的尾气入口2，所述尾气入口与所述换热器通过缓冲装置连通，所述CO2分离器包括间隔设置于所述膜壳内的若干中空疏水性陶瓷膜6，在外界压力作用下，尾气中的CO2能通过所述中空疏水性陶瓷膜进入其内腔中，并从所述中空疏水性陶瓷膜的端部外排，尾气中除CO2外的其他成分被所述中空疏水性陶瓷膜截留在所述膜壳的内壁与所述中空疏水性陶瓷膜之间；所述膜分离组件还包括，CO2气体出口4、排气阀7、冷凝水出口1和控温装置，所述CO2气体出口设置于所述膜壳的顶端，且与所述中空疏水性陶瓷膜的内腔相互连通；所述排气阀，设置于所述膜壳的上部，用于排出尾气中除CO2、水蒸气外的其它成分；所述冷凝水出口，设置于所述膜壳的底端，且与所述膜壳的内腔连通，以回收所述冷凝水，所述冷凝水出口与所述换热器的冷却介质进口连通，以使冷凝水与来自固体氧化物燃料电池中的含CO2和水蒸气的气体在所述换热器中换热；所述控温装置，与所述中空疏水性陶瓷膜连接，用于控制所述CO2分离器的温度，以将被所述中空疏水性陶瓷膜截留的水蒸气冷凝为冷凝水，具体地，在本实施例中，控温装置为制冷机；
水箱，设置于所述换热器与所述冷凝水出口之间；
CO2回收装置，包括依次连通设置用于压缩收集CO2的压缩机和用于收集 CO2的储气罐。
在本实施例中，所述中空疏水性陶瓷膜的平均孔径为5-20nm；所述中空疏水性陶瓷膜的一端封闭形成封闭端，相对端开口形成开口端，进入所述中空疏水性陶瓷膜的内腔的CO2从所述开口端外排；具体地，所述中空疏水性陶瓷膜的端部通过尾部封头5进行封装；所述中空疏水性陶瓷膜的轴向方向与所述膜壳的轴向方向一致；所述尾气入口设置于所述膜壳的下部；
所述换热器由依次连通设置的第一换热器和第二换热器组成，第一换热器与固体氧化物燃料电池的CO2和水蒸气出口相连通，第一换热器的冷却介质出口与所述固体氧化物燃料电池的水蒸气进口相连通，第二换热器与膜分离组件的尾气入口通过缓冲装置连通，具体地，缓冲装置为缓冲罐；所述冷凝水出口 1分别与所述第一换热器和第二换热器连通；具体地，所述换热器为板式换热器，作为可变形的实施方式，所述换热器为管式换热器。
实施例2
本实施例提供了一种CO2的捕集方法，采用实施例1所述的捕集***，具体为：
SOFC燃料电池的阴极通入空气，甲烷和水蒸气原料进入SOFC燃料电池阳极，发生重整氧化反应，从阳极排出温度为800℃的CO2和水蒸气，进入换热器1，进行换热，换热后CO2和水蒸气的温度为350℃，换热器1中水箱的水从20℃升温至120℃作为原料进入SOFC燃料电池阳极循环使用；CO2和水蒸气继续进入换热器2，进行换热，换热后的CO2和水蒸气的温度为150℃，换热器2中水箱的水由20℃升温至65℃用作所述装置的外供热水循环使用；
CO2和水蒸气进入膜分离组件，控制膜分离组件温度为50℃，水蒸气冷凝成液态水，冷凝分离的水进入水箱提供水源，其他组分CO2则穿过膜层，通过回收装置对CO2进行回收存储；
其中，所述中空疏水性陶瓷膜的制备方法具体为：
无机膜基质：将50g氧化铝粉末(粒径0.3μm)和5g柠檬酸加入到250g 去离子水中，充分搅拌得到稳定的氧化铝悬浮液，然后真空抽滤得到无机膜基质，在100℃干燥6h后，在马弗炉1000℃下焙烧6h，再通过试样抛磨机抛光后得到片状无机膜基质；
中空疏水性陶瓷膜：聚偏氟乙烯(PVDF)在60℃的真空干燥箱中干燥8h，然后将30gPVDF溶解于70g乙醇中，加入1wt％的聚乙烯醇后在60℃下搅拌 12h，然后静置过夜得到浆液，用150μm的刮刀将其液涂覆于所述无机膜基质上，在100℃的烘箱中干燥8h后，在280℃马弗炉中焙烧4h，得到所述中空疏水性陶瓷膜。
CO2捕集性能测试：模拟固体氧化物燃料电池阳极尾气，尾气组成参数为：CO2的体积分数为45％，水蒸气的体积分数为50％，其他气体(CO和H2)体积分数为5％，排出温度为800℃；将模拟尾气通入换热器中，回收CO2。经 GC气相色谱分析，回收的CO2的含量为99.23％，回收的CO2中的水蒸气的含量为0.34％。
实施例3
本实施例提供了一种CO2的捕集方法，采用实施例1所述的捕集***，具体为：
SOFC燃料电池的阴极通入富氧空气，甲烷和水蒸气进入SOFC燃料电池阳极，发生重整氧化反应，从阳极排出温度为650℃的CO2和水蒸气，进入换热器1，进行换热，换热后CO2和水蒸气的温度为200℃，换热器1中水箱的水由20℃升温至100℃作为原料进入SOFC燃料电池阳极循环使用；CO2和水蒸气继续进入换热器2，进行换热，换热后的CO2和水蒸气的温度为120℃，换热器2中水箱的水由20℃升温至60℃用作所述装置的外供热水循环使用；
CO2和水蒸气进入膜分离组件，控制膜分离组件温度为30℃，水蒸气冷凝成液态水，冷凝分离的水进入水箱提供水源，其他组分CO2则穿过膜层，通过回收装置对CO2进行回收存储；
其中，所述中空疏水性陶瓷膜的制备方法具体为：
无机膜基质：将50g氧化铝粉末(粒径0.3μm)和5g柠檬酸加入到250g 去离子水中，充分搅拌得到稳定的氧化铝悬浮液，然后真空抽滤得到无机膜基质，在100℃干燥6h后，在马弗炉1000℃下焙烧6h，再通过试样抛磨机抛光后得到片状无机膜基质；
中空疏水性陶瓷膜：聚偏氟乙烯(PVDF)在60℃的真空干燥箱中干燥8h，然后将50gPVDF溶解于50g异丙醇中，加入5wt％的淀粉后在60℃下搅拌12h，然后静置过夜得到浆液，用150μm的刮刀将其涂覆于无机膜基质上，在100℃的烘箱中干燥8h后，在280℃马弗炉中焙烧4h，得到所述中空疏水性陶瓷膜。
CO2捕集性能测试：模拟固体氧化物燃料电池阳极尾气，尾气组成参数为：CO2的体积分数为41％，水蒸气的体积分数为52％，其他气体(CO和H2)体积分数为7％，排出温度为650℃；将模拟尾气通入换热器中，采用本实施例捕集装置和方法中，回收CO2。经GC气相色谱分析，回收的CO2的含量为98.82％，回收的的CO2中的水蒸气的含量为0.48％。
实施例4
本实施例提供了一种CO2的捕集方法，采用实施例1所述的捕集***，具体为：
SOFC燃料电池的阴极通入空气，石油和水蒸气进入SOFC燃料电池阳极，发生重整氧化反应，从阳极排出温度为1000℃的CO2和水蒸气，进入换热器1，进行换热，换热后CO2和水蒸气的温度为400℃，换热器1中水箱的水由20℃升温至150℃作为原料进入SOFC燃料电池阳极循环使用；CO2和水蒸气继续进入换热器2，进行换热，换热后的CO2和水蒸气的温度为200℃，换热器2 中水箱的水由20℃升温至80℃用作所述装置的外供热水循环使用；
CO2和水蒸气进入膜分离组件，控制膜分离组件温度为30℃，水蒸气冷凝成液态水，冷凝分离的水进入水箱提供水源，其他组分CO2则穿过膜层，通过回收装置对CO2进行回收存储；
其中，所述中空疏水性陶瓷膜的制备方法具体为：
无机膜基质：将25g二氧化硅粉末(粒径5μm)和5g柠檬酸加入到50g 去离子水中，充分搅拌得到稳定的二氧化硅悬浮液，然后真空抽滤得到无机膜基质，在80℃干燥10h后，在马弗炉1200℃下焙烧4h，再通过试样抛磨机抛光后得到片状无机膜基质；
中空疏水性陶瓷膜：聚丙烯(PP)在50℃的真空干燥箱中干燥12h，然后将70g PP溶解于30g乙醇中，加入3wt％的聚乙烯醇后在60℃下搅拌12h，然后静置过夜得到浆液，用150μm的刮刀将其涂覆于所述无机膜基质上，在80℃的烘箱中干燥12h后，在200℃马弗炉中焙烧6h，得到所述中空疏水性陶瓷膜。
CO2捕集性能测试：模拟固体氧化物燃料电池阳极尾气，尾气组成参数为：CO2的体积分数为48％，水蒸气的体积分数为49％，其他气体(CO和H2)体积分数为3％，排出温度为1000℃；将模拟尾气通入换热器中，回收CO2。经 GC气相色谱分析，回收的CO2的含量为98.76％，回收的CO2中的水蒸气的含量为0.54％。
实施例5
本实施例提供了一种CO2的捕集方法，采用实施例1所述的捕集***，具体为：
SOFC燃料电池的阴极通入空气，甲烷和水蒸气进入SOFC燃料电池阳极，发生重整氧化反应，从阳极排出温度为800℃的CO2和水蒸气，进入换热器1，进行换热，换热后CO2和水蒸气的温度为300℃，换热器1中水箱的水由20℃升温至140℃作为原料进入SOFC燃料电池阳极循环使用；CO2和水蒸气继续进入换热器2，进行换热，换热后的CO2和水蒸气的温度为150℃，换热器2 中水箱的水由20℃升温至70℃用作所述装置的外供热水循环使用；
CO2和水蒸气进入膜分离组件，控制膜分离组件温度为60℃，水蒸气冷凝成液态水，冷凝分离的水进入水箱提供水源，其他组分CO2则穿过膜层，通过回收装置对CO2进行回收存储；
其中，所述中空疏水性陶瓷膜的制备方法具体为：
无机膜基质：将18g TiO2粉末(粒径10μm)和3g柠檬酸加入到120g去离子水中，充分搅拌得到稳定的TiO2悬浮液，然后真空抽滤得到无机膜基质，在120℃干燥2h后，在马弗炉800℃下焙烧12h，再通过试样抛磨机抛光后得到片状无机膜基质；
中空疏水性陶瓷膜：聚四氟乙烯(PTEF)在80℃的真空干燥箱中干燥6h，然后将60gPTEF溶解于40g醋酸甲酯中，加入2wt％的淀粉后在60℃下搅拌 12h，然后静置过夜得到浆液，用150μm的刮刀将其涂覆于所述无机膜基质上，在120℃的烘箱中干燥6h后，在300℃马弗炉中焙烧2h，得到所述中空疏水性陶瓷膜。
CO2捕集性能测试：模拟固体氧化物燃料电池阳极尾气，尾气组成参数为： CO2的体积分数为45％，水蒸气的体积分数为50％，其他气体(CO和H2)体积分数为5％；将模拟尾气通入换热器中，回收CO2。经GC气相色谱分析，回收的CO2的含量为98.26％，回收的CO2中的水蒸气的含量为0.84％。
实施例6
本实施例提供了一种CO2的捕集方法，采用实施例1所述的捕集***，具体为：
SOFC燃料电池的阴极通入空气，甲烷和水蒸气进入SOFC燃料电池阳极，发生重整氧化反应，从阳极排出温度为900℃的CO2和水蒸气，进入换热器1，进行换热，换热后CO2和水蒸气的温度为350℃，换热器1中水箱的水由20℃升温至130℃作为原料进入SOFC燃料电池阳极循环使用；CO2和水蒸气继续进入换热器2，进行换热，换热后的CO2和水蒸气的温度为180℃，换热器2 中水箱的水由20℃升温至65℃用作所述设备的外供热水循环使用；CO2和水蒸气继续进入换热器3，进行换热，换热后的CO2和水蒸气的温度为100℃，换热器3中水箱的水由20℃升温至50℃用作所述设备的外供热水循环使用；
CO2和水蒸气进入膜分离组件，控制膜分离组件温度为20℃，水蒸气冷凝成液态水，冷凝分离的水进入水箱提供水源，其他组分CO2则穿过膜层，通过回收装置对CO2进行回收存储；
其中，所述中空疏水性陶瓷膜的制备方法具体为：
无机膜基质：将12g氧化铝粉末(粒径1μm)和2g柠檬酸加入到80g去离子水中，充分搅拌得到稳定的氧化铝悬浮液，然后真空抽滤得到无机膜基质，在110℃干燥8h后，在马弗炉900℃下焙烧10h，再通过试样抛磨机抛光后得到片状无机膜基质；
中空疏水性陶瓷膜：聚四氟乙烯(PTEF)在60℃的真空干燥箱中干燥8h，然后将30gPTEF溶解于70g乙醇中，加入1wt％的聚乙烯醇后在60℃下搅拌 12h，然后静置过夜得到浆液，用150μm的刮刀将其涂覆于无机膜基质上，在100℃的烘箱中干燥8h后，在280℃马弗炉中焙烧4h，得到所述中空疏水性陶瓷膜。
CO2捕集性能测试：模拟固体氧化物燃料电池阳极尾气，尾气组成参数为： CO2的体积分数为47％，水蒸气的体积分数为49％，其他气体(CO和H2)体积分数为4％，排出温度为800℃；将模拟尾气通入换热器中，回收CO2。经 GC气相色谱分析，回收的CO2的含量为99.45％，回收的CO2中的水蒸气的含量为0.28％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种基于固体氧化物燃料电池的CO2捕集***，其特征在于，包括，
至少一组换热器，所述换热器与固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气的出口相连通，以将固体氧化物燃料电池排放的含CO2和水蒸气的尾气送入所述换热器内与冷却介质换热；
膜分离组件，包括膜壳、设置于所述膜壳内的CO2分离器及设置于所述膜壳上的尾气入口，所述尾气入口与所述换热器通过缓冲装置连通，所述CO2分离器包括间隔设置于所述膜壳内的若干中空疏水性陶瓷膜，在外界压力作用下，尾气中的CO2能通过所述中空疏水性陶瓷膜进入其内腔中，并从所述中空疏水性陶瓷膜的端部外排，尾气中除CO2外的其他成分被所述中空疏水性陶瓷膜截留在所述膜壳的内壁与所述中空疏水性陶瓷膜之间。
2.根据权利要求1所述的捕集***，其特征在于，所述膜分离组件，还包括，
CO2气体出口，设置于所述膜壳的顶端，且与所述中空疏水性陶瓷膜的内腔相互连通；
排气阀，设置于所述膜壳的上部，用于排出尾气中除CO2、水蒸气外的其它成分；
冷凝水出口，设置于所述膜壳的底端，且与所述膜壳的内腔连通，以回收所述冷凝水；
控温装置，与所述中空疏水性陶瓷膜连接，用于控制所述CO2分离器的温度，以将被所述中空疏水性陶瓷膜截留的水蒸气冷凝为冷凝水。
3.根据权利要求2所述的捕集***，其特征在于，所述冷凝水出口与所述换热器的冷却介质进口连通，以使冷凝水与来自固体氧化物燃料电池排出的含CO2的尾气在所述换热器中换热；
所述换热器的冷却介质出口与所述固体氧化物燃料电池的水蒸气进口相连通。
4.根据权利要求2所述的捕集***，其特征在于，所述换热器由依次连通设置的第一换热器和第二换热器组成，所述第一换热器与所述固体氧化物燃料电池的含CO2和水蒸气的尾气出口相连通；
所述冷凝水出口分别与所述第一换热器和第二换热器连通，以使冷凝水在所述第一换热器和第二换热器中作为冷却介质；
所述第一换热器的冷却介质出口与所述固体氧化物燃料电池的水蒸气进口相连通。
5.根据权利要求1或2所述的捕集***，其特征在于，还包括，
水箱，设置于所述换热器与冷凝水出口之间；
CO2回收装置，包括依次连通设置用于压缩收集CO2的压缩机和用于收集CO2的储气罐。
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| CN111430753A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-07-17 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 固体氧化物燃料电池***、阳极尾气处理***和尾气处理方法 |
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