1.同時制備氨合成氣和液體燃料合成氣的系統(tǒng),包括:
電解池(1);
組成電解池(1)的電解質(zhì)(2)、陰極(7)、陽極(8)和集流層(11);
分別裝填于陰極(7)和陽極(8)側(cè)的催化劑模塊I(9)和催化劑模塊II(10);
作為電解池陰極(7)氨合成氣原料氣的水蒸氣和空氣的混合氣,以及作為電解池陽極(8)液體燃料合成氣原料氣的天然氣;
用于向電解池陰極(7)側(cè)導入氨合成氣原料氣的氣體導入裝置I(3),以及向電解池陽極(8)側(cè)導入液體燃料合成氣原料氣的氣體導入裝置II(5);
其中,催化劑模塊I(9)為水分解催化劑,位于電解池陰極(7)內(nèi)部或堆積于陰極(7)上,與氣體導入裝置I(3)同側(cè)設置;催化劑模塊II(10)為天然氣氧化或部分氧化催化劑,位于電解池陽極(8)內(nèi)部或堆積于陽極(8)上,與氣體導入裝置II(5)同側(cè)設置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的電解質(zhì)(2)為致密的氧離子型電解質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的陰極(7)的材料選自金屬材料、金屬陶瓷材料、離子-電子混合導體材料或其與氧離子導體材料所組成的復合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的陽極(8)的材料金屬材料、金屬陶瓷材料、離子-電子混合導體材料或其與氧離子導體材料所組成的復合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的集流層材料選自金屬材料、金屬陶瓷材料或陶瓷材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的氣體導入裝置I(3)包括:
至少1個用于儲存氨合成氣原料氣的原料氣容器;
用于連接原料氣容器和電解池的原料氣管道;
用于控制原料氣流量的流量控制設備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的氣體導入裝置II(5)包括:
至少1個用于儲存液體燃料合成氣原料氣的原料氣容器;
用于連接原料氣容器和電解池的原料氣管道;
用于控制原料氣流量的流量控制設備。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的系統(tǒng)還包括:
與氣體導入裝置I(3)同側(cè)設置的用于收集氨合成氣的產(chǎn)品采集裝置I(4),以及
與氣體導入裝置II(5)同側(cè)設置的用于收集液體燃料合成氣的產(chǎn)品采集裝置II(6)。
9.同時制備氨合成氣和液體燃料合成氣的方法,使用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),包括如下步驟:
①電解池(1)兩側(cè)分別裝填催化劑模塊I(9)和催化劑模塊II(10)并壓有集流層(11),連接供電設備;密封電解質(zhì)層(2);所述催化劑模塊I(9)為水分解催化劑,催化劑模塊II(10)為天然氣氧化或部分氧化催化劑;
②由氣體導入裝置I(3)向電解池陰極(7)通入氨合成氣原料氣,同時,由氣體導入裝置II(5)向電解池陽極(8)側(cè)通入液體燃料合成氣原料氣;所述氨合成氣原料氣是水蒸氣和空氣的混合氣;所述液體燃料合成氣原料氣是天然氣;
③在陰極(7),氨合成氣原料氣中的水蒸氣在催化劑模塊I(9)及陰極(7)和陽極(8)之間施加的電解電壓的作用下高溫分解生成氧與氫氣,其中氧與原料氣中空氣所提供的氧氣經(jīng)電解質(zhì)(2)到達陽極(8)與液體燃料合成氣原料氣發(fā)生氧化或部分氧化反應,生成液體燃料合成氣;未能通過電解質(zhì)(2)的氫氣與原料氣中空氣所提供的氮氣則混合成為氨合成氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于還包括通過控制通入電解池中氨合成氣原料氣和液體燃料合成氣原料氣的流速以及電解電壓來調(diào)控生成氨 合成氣的氫氮比和生成速率以及液體燃料合成氣的生成速率的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于所述的步驟③中,在陰極(7)和陽極(8)之間施加的電解電壓為0.1~5.0V。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于所述的步驟③中,高溫是400℃~1000℃。