利用石油燃料聯(lián)合生產(chǎn)氫氣和電的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于生產(chǎn)精制二氧化碳產(chǎn)物、電力和壓縮氫氣產(chǎn)物的SOFC系統(tǒng)。該工藝的步驟為：向SOFC系統(tǒng)中引入烴燃料和蒸汽，運(yùn)行SOFC系統(tǒng)使得預(yù)重整器中蒸汽-碳摩爾比在約3:1至約4:1范圍，重整器燃燒室中的氧是過量的，該工藝中產(chǎn)生的大于90％的二氧化碳形成精制二氧化碳產(chǎn)物。具有SOFC系統(tǒng)的替代燃料供應(yīng)站能用于對電替代燃料車和氫氣替代燃料車加燃料。所述使用方法的步驟為：引入蒸汽和烴燃料，運(yùn)行替代燃料供應(yīng)站，將替代燃料車連接至替代燃料供應(yīng)站，引入一定量的替代燃料并使替代燃料車脫離。
【專利說明】利用石油燃料聯(lián)合生產(chǎn)氫氣和電的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域涉及固體氧化物燃料電池(SOFC)工藝和系統(tǒng)。更具體而言，所述領(lǐng)域涉及利用液態(tài)烴同時(shí)生產(chǎn)電、氫氣和二氧化碳的SOFC工藝和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如石腦油、煤油和柴油等液態(tài)石油餾分是易攜帶、廣泛可得的，并且可在大氣條件下容易儲(chǔ)存。
[0003]全球?qū)τ诜瞧秃头遣裼妥鳛閯?dòng)力的機(jī)動(dòng)車的商業(yè)應(yīng)用越來關(guān)注。今天，材料和設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)在于氫燃料電池車(HFCV)和電動(dòng)車(EV)。一個(gè)經(jīng)常被問到的問題是這些車輛如何以及在何處加燃料？目前，以BTU計(jì)，氫氣的運(yùn)輸非常昂貴。大多數(shù)國家的電力基礎(chǔ)設(shè)施和輸電線路將需要顯著擴(kuò)容和升級，以處理來自運(yùn)動(dòng)用戶的電力需求。
[0004]發(fā)電和化學(xué)加工設(shè)施產(chǎn)生三大主要產(chǎn)物:初級產(chǎn)物(化學(xué)品/電)、蒸汽/熱和二氧化碳。電/化學(xué)品和蒸汽/熱(作為加熱和冷卻發(fā)電工藝的過程的一部分產(chǎn)生)是有用的，并且可轉(zhuǎn)換成其他形式出口、輸送或本地使用。直到最近，二氧化碳(和其他有毒氣體，如一氧化碳)仍作為廢產(chǎn)物被釋放到大氣中。隨著更嚴(yán)格的溫室氣體的監(jiān)測和報(bào)告的要求，以及諸如化學(xué)品生產(chǎn)和提高石油采收率(EOR)等其它用途，生產(chǎn)設(shè)施的目的不僅希望降低產(chǎn)生二氧化碳的量，而且盡可能將其捕獲以供使用。
[0005]純化的二氧化碳能夠注入含烴地層(作為提高石油采收率操作的一部分)從而每噸原油額外提取1.89桶原油。
[0006]這樣的系統(tǒng)是有利的，其不僅生產(chǎn)電和氫氣作為機(jī)動(dòng)車可移動(dòng)動(dòng)力的來源以供本地使用，并且也能夠有效地捕獲二氧化碳以截留或者在下游或井下工藝使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一種使用SOFC系統(tǒng)的方法生產(chǎn)精制二氧化碳產(chǎn)物、電力和壓縮氫氣產(chǎn)物。所述方法包括將烴燃料和蒸汽引入SOFC系統(tǒng)的步驟。所述方法包括下列步驟:運(yùn)行SOFC系統(tǒng)，使得一定量的陽極再循環(huán)廢氣通入預(yù)重整器，使得預(yù)重整器中蒸汽與碳的摩爾比在約3:1至約4:1的范圍；一定量的氧氣通入重整器燃燒室，其中氧氣的量超過重整器燃燒室中存在的所有烴和氫氣完全燃燒所需的化學(xué)計(jì)量；所述SOFC系統(tǒng)產(chǎn)生精制二氧化碳產(chǎn)物、電力和壓縮氫氣產(chǎn)物；并且SOFC系統(tǒng)中產(chǎn)生的大于總量90%的二氧化碳轉(zhuǎn)化為精制二氧化碳產(chǎn)物。
[0008]一種用于生產(chǎn)精制二氧化碳產(chǎn)物、適用于電動(dòng)車的電力和適用于氫燃料電池車的壓縮氫氣產(chǎn)物的SOFC系統(tǒng)，其利用蒸汽和烴燃料。SOFC系統(tǒng)包括加氫脫硫系統(tǒng)、具有催化反應(yīng)器管和重整燃燒室的蒸汽重整器、水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)、氫氣純化系統(tǒng)、氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)、預(yù)重整器、固體氧化物燃料電池、氧氣發(fā)生系統(tǒng)以及CO2純化和液化系統(tǒng)。SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括SOFC系統(tǒng)的氧氣發(fā)生系統(tǒng)電連接至固體氧化物燃料電池，并且產(chǎn)生氫氣和氧。[0009]用于對電替代燃料車和氫氣替代燃料車加燃料的替代燃料供應(yīng)站包括SOFC系統(tǒng)。替代燃料供應(yīng)站還包括輸電網(wǎng)路，其電連接至SOFC系統(tǒng)的固體氧化物燃料電池并且能夠有效地將由SOFC系統(tǒng)產(chǎn)生的電流輸送至電替代燃料車。替代燃料供應(yīng)站還包括壓縮氫氣管線，其連接至SOFC系統(tǒng)的氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)，并能夠有效地將壓力為約350巴至約700巴以及氫氣摩爾純度為99.99%的壓縮氫氣輸送至氫氣替代燃料車。
[0010]一種使用替代燃料供應(yīng)站對替代燃料車加燃料的方法，其使用具有如前所述的SOFC的燃料供應(yīng)站。替代燃料車具有替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備。使用替代燃料供應(yīng)站的方法包括將蒸汽和烴燃料引入替代燃料供應(yīng)站以及運(yùn)行替代燃料供應(yīng)站以生產(chǎn)替代燃料的步驟。所述方法包括將替代燃料車連接至替代燃料供應(yīng)站，使得在替代燃料供應(yīng)站的SOFC系統(tǒng)和替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備之間形成管線的步驟。所述方法包括將一定量的替代燃料引入替代燃料車，使得所述量不超過替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備的儲(chǔ)存容量的步驟。所述方法包括將替代燃料車與替代燃料供應(yīng)站分離的步驟。
[0011]固體氧化物燃料電池(SOFC)系統(tǒng)和使用方法生產(chǎn)高度精制的壓縮氫氣產(chǎn)物，其有利于對氫氣純度敏感的系統(tǒng)，包括氫氣驅(qū)動(dòng)車的燃料電池。SOFC系統(tǒng)和工藝也產(chǎn)生“余量”的電力。電力(特別是直流電)有利于對移動(dòng)電池儲(chǔ)存系統(tǒng)進(jìn)行充電并將能量輸出至電網(wǎng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解“余量”是指其量超出在使用期間支持SOFC系統(tǒng)運(yùn)行(包括固體氧化物燃料電池中的電化學(xué)反應(yīng))所需的量。使用SOFC系統(tǒng)的方法生產(chǎn)高度精制的、壓縮的液態(tài)二氧化碳產(chǎn)物，其可用于化學(xué)品制備工藝、提高石油采收率以及其他應(yīng)用。
[0012]SOFC系統(tǒng)使用烴燃料既作為能量源，又作為反應(yīng)物源。SOFC系統(tǒng)在靠近用于HFCV和EV的零售補(bǔ)充燃料位置產(chǎn)生氫氣和電力，從而降低了將這些產(chǎn)物移動(dòng)至燃料供應(yīng)站的運(yùn)輸設(shè)施需求和成本。捕獲二氧化碳和形成高品質(zhì)、壓縮冷卻的CO2產(chǎn)物允許靠近潛在的商業(yè)終端用戶的現(xiàn)貨市場交易，或容易運(yùn)輸至偏遠(yuǎn)地區(qū)以截留或者使用。重要的是也防止了 二氧化碳排放到環(huán)境中。
[0013]為了允許使用不同類型的烴燃料，SOFC系統(tǒng)包括蒸汽重整器和預(yù)重整器。蒸汽重整器能夠由含烴材料的蒸汽驅(qū)動(dòng)的催化轉(zhuǎn)化制備氫氣。預(yù)重整器將新的和回收的蒸汽轉(zhuǎn)化為甲烷，以使固體氧化物燃料電池的內(nèi)部重整容量最大化，這降低了將燃料轉(zhuǎn)化為電的整體效用的需求并且提高了工作效率。
[0014]在SOFC系統(tǒng)中引入預(yù)重整器提供了若干操作優(yōu)點(diǎn)。與甲烷轉(zhuǎn)化為合成氣組分相t匕，非甲烷烴更容易重整為甲烷。將非甲烷烴轉(zhuǎn)化為甲烷穩(wěn)定了固體氧化物燃料電池的原料組成。組成原料穩(wěn)定性進(jìn)而導(dǎo)致固體氧化物燃料電池運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致穩(wěn)定的電和陽極廢氣的產(chǎn)生。使原料組合物中的甲烷最大化促進(jìn)了內(nèi)部重整，這冷卻了燃料電池內(nèi)部。固體氧化物燃料電池在轉(zhuǎn)化期間產(chǎn)生大量的熱。依賴內(nèi)部重整過程來支持固體氧化物燃料電池的內(nèi)部冷卻而不是提供內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，節(jié)約了能量并且同時(shí)在能量使用和大小方面降低了系統(tǒng)成本。
[0015]氧氣發(fā)生系統(tǒng)的引入保證了“氧燃燒室”中產(chǎn)生的廢氣基本上是純的二氧化碳。這可以減少二氧化碳的量以及清潔所述系統(tǒng)所需的惰性物質(zhì)的量。電解單元提供了超過重整器燃燒室原料中存在的碳的化學(xué)計(jì)量的純氧。這保證了燃燒不會(huì)形成除二氧化碳之外的其他物質(zhì)。
[0016]附圖簡要說明[0017]參照下面的優(yōu)選的實(shí)施方案的詳述、所附權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的這些以及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更容易理解。
[0018]圖1是SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的工藝流程圖。
[0019]優(yōu)選實(shí)施方案詳述
[0020]說明書(包括
【發(fā)明內(nèi)容】
、附圖簡要說明、和優(yōu)選實(shí)施方案詳述)以及所附的權(quán)利要求描述的是本發(fā)明的具體特征(包括工藝和方法步驟)。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明包括所有本說明書中所描述的具體特征的組合以及應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明并不限于說明書中所給出的實(shí)施方案的描述或被其限制。只要是在說明書和所述權(quán)利要求的精神內(nèi)，本發(fā)明的主題不受限制。
[0021]本領(lǐng)域技術(shù)人員還理解用于說明具體實(shí)施方案的術(shù)語并不限制本發(fā)明的范圍或?qū)挾取Ｔ诮庾x說明書和所附權(quán)利要求過程中，應(yīng)當(dāng)與各個(gè)術(shù)語上下文一致的最寬的可能方式解讀所有術(shù)語。除非另有定義，否則說明書和所附權(quán)利要求中所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語都與本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所理解的含義相同。
[0022]除非文中另有說明，否則在說明書和所附權(quán)利要求中所用的單數(shù)形式“一個(gè)(a) ”、“一者(an)”和“所述(the)”包括復(fù)數(shù)指代。術(shù)語“包含”及其變化形式應(yīng)當(dāng)解釋為以非窮舉的方式表示元件、組件或步驟。所指代的元件、組件或步驟可能與未明確指代的元件、組件或步驟并存、使用或組合。動(dòng)詞“連接”及其變化形式意思是使任何類型的所需結(jié)合(包括電學(xué)的、機(jī)械的或流體的)完整，從而由兩個(gè)或更多個(gè)事先非連接的物體形成單一物體。如果第一裝置與第二裝置連接，該連接可以直接發(fā)生或通過常規(guī)連接器來發(fā)生?！翱蛇x地”及其各種形式意思是，其后描述的事件或狀況可能也可能不會(huì)發(fā)生。該描述包括事件或狀況發(fā)生的情況以及未發(fā)生的情況。“能夠有效地”及其各種形式是指適合于其合理的功能和預(yù)期應(yīng)用。
[0023]空間術(shù)語描述一個(gè)物體或一組物體相對于另一個(gè)物體或一組物體的相對位置?？臻g關(guān)系涉及沿著縱軸和橫軸方向。方向和關(guān)系詞語包括“上游”和“下游”以及其他類似術(shù)語，并且除非另有說明，這些術(shù)語是為了便于說明而非限制。
[0024]當(dāng)在說明書和所附權(quán)利要求中提到數(shù)值的范圍時(shí)，應(yīng)該理解為該區(qū)間涵蓋上限與下限之間的每一個(gè)中間值，以及上限和下限。本發(fā)明涵蓋并限定進(jìn)行任何具體排除的區(qū)間的更小范圍。
[0025]在說明書和所附權(quán)利要求中涉及包括兩個(gè)或更多個(gè)限定步驟的方法時(shí)，除非上下文排除了該可能性，否則所限定的步驟可以任意順序?qū)嵤┗蛘咄瑫r(shí)實(shí)施。
[0026]所有壓力值應(yīng)理解為儀表壓力。
[0027]圖1
[0028]圖1示出了 SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的工藝流程圖。SOFC系統(tǒng)能夠有效地由烴進(jìn)料產(chǎn)生電力、適于EOR的液化二氧化碳產(chǎn)物和適用于HFCV的氫氣。為了便于描述，圖1為簡圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解這樣的系統(tǒng)是具有使其能夠有效地用于預(yù)期目的的輔助設(shè)備和子系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0029]SOFC系統(tǒng)100使用系統(tǒng)外來源的氣化的液態(tài)烴來提供用于制備精制氫氣的烴類。烴進(jìn)料管線2將氣化的液態(tài)烴弓I入SOFC系統(tǒng)100中，用于轉(zhuǎn)化為適用于HFCV的氫氣和EOR品質(zhì)的二氧化碳。烴進(jìn)料管線2連接至SOFC系統(tǒng)100外部的液態(tài)烴進(jìn)料儲(chǔ)存設(shè)施。[0030]烴進(jìn)料管線2連接至加氫處理器4的工藝入口，并且將一部分氣化的液態(tài)烴引入加氫處理器4中。加氫處理器4能夠有效地使用氫氣在加氫處理催化劑存在下將有機(jī)硫化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧瘹浜屯闊N，從而產(chǎn)生經(jīng)加氫處理的氣體。氫氣循環(huán)進(jìn)料管線6將加氫處理器連接至H2壓縮機(jī)8，并且將一部分壓縮氫氣引入加氫處理器4從而為加氫處理提供氫氣。經(jīng)加氫處理的氣體由加氫處理器4通入吸附劑床10。吸附劑床10使用金屬氧化物吸附劑從經(jīng)加氫處理的氣體中吸附硫化氫，并且形成脫硫的烴氣體作為產(chǎn)物。
[0031]盡管為了藝術(shù)的便利性在圖1中以彼此堆疊示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解蒸汽重整器12實(shí)際上具有通過燃燒室16的含有重整催化劑的催化反應(yīng)器管14。重整進(jìn)料管線18將吸附劑床10連接至催化反應(yīng)器管14，并將脫硫的烴氣體引入蒸汽重整器14中。在重整催化劑的存在下，蒸汽重整器14能夠有效地利用蒸汽將脫硫烴氣體中的烷烴轉(zhuǎn)化為重整合成氣。重整合成氣主要由氫氣、氧化碳和水構(gòu)成。痕量的甲烷和惰性物質(zhì)也可存在。過熱蒸汽管線20連接至催化反應(yīng)器管14，并將來自S0FC100外部的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的過熱蒸汽引入催化反應(yīng)器管14中。蒸汽重整器14接收由燃燒室16轉(zhuǎn)移的熱，這是催化反應(yīng)器管14中發(fā)生的重整過程的主要的熱動(dòng)力。
[0032]重整產(chǎn)物管線22將蒸汽重整器12的催化反應(yīng)器管14連接至水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)24的工藝入口，并將重整合成氣引入水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)24。水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)24能夠有效地將重整合成氣中的一氧化碳和水轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣，形成經(jīng)轉(zhuǎn)換的合成氣。冷凝水管線26通過液體出口連接至水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)24，并將冷凝水通入SOFC系統(tǒng)100外部的水處理設(shè)施。
[0033]水-反應(yīng)器產(chǎn)物管線28將水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)24連接至氫氣變壓吸附器(PSA) 30，并將經(jīng)轉(zhuǎn)換的合成氣引入氫氣PSA30。氫氣PSA30能夠有效地從經(jīng)轉(zhuǎn)換的合成氣中提取氫氣，形成低壓廢氣和精制氫氣。PSA廢氣管線32連接至固體氧化物燃料電池34，并引導(dǎo)低壓廢氣(包含甲烷、氧化碳、惰性物質(zhì)和一些氫氣)進(jìn)入固體氧化物燃料電池34。
[0034]產(chǎn)物氫氣管線36將氫氣PSA30連接至氫氣壓縮機(jī)8，并將精制氫氣引入氫氣壓縮機(jī)8中。電解氫氣管線38將電解單元40連接至氫氣壓縮機(jī)8，并將電解氫氣弓I入氫氣壓縮機(jī)8中。氫氣壓縮機(jī)8將精制氫氣和電解氫氣加壓成為適合運(yùn)輸和HFCV使用的壓縮氫氣產(chǎn)物。壓縮氫氣產(chǎn)物管線42將不用于再循環(huán)進(jìn)入加氫處理器4的壓縮氫氣引入SOFC系統(tǒng)100外部的壓縮氫氣產(chǎn)物儲(chǔ)存設(shè)施。
[0035]SOFC系統(tǒng)100使用來自該系統(tǒng)外部來源的氣化的液態(tài)烴，從而為精制氫氣、適于EOR的二氧化碳和電的制備提供烴類。烴進(jìn)料管線44連接預(yù)重整器46，并由SOFC系統(tǒng)100的外部來源引入氣化的液態(tài)烴。蒸汽再循環(huán)管線48也連接預(yù)重整器46的加工側(cè)，并且引入來自固體氧化物燃料電池34的一部分陽極廢氣(包含蒸汽)作為進(jìn)料。在預(yù)重整器催化劑的存在下，預(yù)重整器46利用蒸汽將氣化的烴進(jìn)料和陽極廢氣轉(zhuǎn)化為預(yù)重整的工藝氣體。所述預(yù)重整的工藝氣體包含二氧化碳和甲烷，以及一些一氧化碳、氫氣和水。
[0036]預(yù)重整器產(chǎn)物管線50將吸附劑床連接至所述預(yù)重整器46，并將預(yù)重整的工藝氣體引入吸附劑床52中。吸附劑床52吸附預(yù)重整的工藝氣體中存在的硫化氫(在預(yù)重整器46中形成)。吸附劑床52在從所述預(yù)重整的工藝氣體中除去硫化氫后形成脫硫工藝氣體。
[0037]吸附劑床產(chǎn)物管線54連接至吸附劑床52的出口。吸附劑床產(chǎn)物管線54和PSA廢氣管線32下游連接以形成陽極進(jìn)料管線56。來自吸附劑床52的脫硫工藝氣體和來自氫氣PSA30的PSA廢氣混合并形成含有甲烷、氧化碳、氫氣和水的陽極進(jìn)料氣。
[0038]陽極進(jìn)料管線56將氫氣PSA30和吸附劑床52連接至固體氧化物燃料電池34的陽極58，并將陽極進(jìn)料氣引入陽極58中。陽極58在內(nèi)部將陽極進(jìn)料氣中所含的甲烷和水重整為氫氣和氧化碳，從而形成陽極廢氣。
[0039]壓縮空氣管線60連接至固體氧化物燃料電池34的陰極62，并將來自SOFC系統(tǒng)100外部的空氣處理系統(tǒng)的壓縮空氣引入陰極62。在陰極中，固體氧化物燃料電池40利用電從陰極62中的壓縮空氣提取氧離子，在陰極62中形成貧氧空氣。陰極空氣缺乏管線64連接至陰極62，并將貧氧空氣通入SOFC系統(tǒng)100外部的空氣處理系統(tǒng)。
[0040]固體氧化物燃料電池34促進(jìn)提取的氧陰離子與陽極58的陽極進(jìn)料氣中存在的氫氣和一氧化碳之間的電化學(xué)反應(yīng)，從而形成水和二氧化碳。所述電化學(xué)反應(yīng)釋放電子，其中一些可用于通過提取陰極62上的其他氧離子來使該電化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。陽極廢氣管線66連接至陽極58，并且將陽極廢氣引導(dǎo)至所述預(yù)重整器46和燃燒室16。陽極廢氣含有水蒸氣和二氧化碳，以及痕量的氫氣、甲烷和一氧化碳。
[0041]輸電網(wǎng)路68連接至固體氧化物燃料電池38，并將由固體氧化物燃料電池34產(chǎn)生的過量的電引導(dǎo)至電網(wǎng)管線70和電解輸電網(wǎng)路72。電網(wǎng)管線70將一部分電引導(dǎo)至SOFC系統(tǒng)100外部的電分配，而電解輸電網(wǎng)路72將電流引導(dǎo)至電解單元40用于氧和氫氣的生成。
[0042]陽極廢氣管線66將固體氧化物燃料電池34的陽極58的工藝出口連接至所述預(yù)重整器46和蒸汽重整器12的燃燒室16的工藝入口。由于蒸汽的水含量和熱，一部分陽極廢氣通過蒸汽循環(huán)管線48再循環(huán)至所述預(yù)重整器46。剩余的陽極廢氣通過重整器進(jìn)料管線74引入蒸汽重整器12的燃燒室16。
[0043]電解輸電網(wǎng)路72將固體氧化物燃料電池34電連接至電解單元40。電解輸電網(wǎng)路72將電引入電解單元40。電解水管線76將來自SOFC系統(tǒng)100外部的水處理的水引入電解單元40中。電解單元40能夠有效地由電分解水制備電解氫氣和電解氧。電解氫氣管線38將所產(chǎn)生的電解氫氣引入氫氣壓縮機(jī)8，并且電解氧管線78將電解氧引入蒸汽重整器12的燃燒室16。
[0044]SOFC系統(tǒng)100使用來自該系統(tǒng)外部來源的氣化的液態(tài)烴，從而為將固體氧化物燃料電池34廢氣燃燒成EOR-品質(zhì)的二氧化碳提供烴類，并且為蒸汽重整器12的催化反應(yīng)器管14中的催化重整提供熱。
[0045]烴進(jìn)料管線82將氣化的液態(tài)烴引入蒸汽重整器12的燃燒室16中。燃燒室16能夠有效地由氣化的液態(tài)烴和陽極廢氣及電解氧的燃燒形成廢氣。該廢氣主要為二氧化碳以及可能的痕量氧和水。
[0046]廢氣管線84將燃燒室16連接至CO2純化系統(tǒng)86的工藝入口。廢氣管線84將廢氣引入CO2純化系統(tǒng)86。CO2純化系統(tǒng)86能夠有效地從廢氣中分離二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化為液態(tài)二氧化碳產(chǎn)物。CO2純化系統(tǒng)86也產(chǎn)生清除氣體和水作為分離工藝的一部分。CO2產(chǎn)物管線88將液態(tài)二氧化碳產(chǎn)物引入SOFC系統(tǒng)100外部的CO2產(chǎn)物儲(chǔ)存。水管線90將冷凝水引入SOFC系統(tǒng)100外部的水處理。氣體清除管線92將來自CO2純化系統(tǒng)的氣體導(dǎo)向SOFC系統(tǒng)100外部。
[0047]烴燃料[0048]SOFC系統(tǒng)能有效地接收各種烴燃料作為能量來源以及作為可用于產(chǎn)生氫氣、氧和電的反應(yīng)物來源。用于SOFC系統(tǒng)中的有用烴燃料的例子包括天然氣及其級分以及其混雜物，包括:氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、液化石油氣(LPG)、液化天然氣(LNG)和天然氣液體(NGL);天然和精煉汽油；伴生氣體凝析液；常壓原油餾分，包括石腦油(特別是重質(zhì)石腦油)、煤油和汽油；柴油；精煉后的純的、混雜的或被污染的石油化學(xué)品，包括混合的BTEX(苯/甲苯/乙苯/ 二甲苯)；以及液態(tài)真空原油餾分。常壓原油餾分(包括石腦油、煤油和柴汽油)是有益的烴燃料，這是由于它們相對易獲得、可攜帶以及密度。這些烴燃料也不需要額外的冷卻或加熱以保持其儲(chǔ)存和流體流動(dòng)性狀態(tài)。
[0049]使用SOFC系統(tǒng)的方法包括將非液態(tài)的烴燃料弓I入SOFC系統(tǒng)中。所述方法包括將烴燃料以氣體、氣化液體、霧化液體或是這三種的任意組合的形式引入。霧化可用于最終沸點(diǎn)(FBP)高于170°C的烴類液體以避免由于過度加熱以得到非液體狀態(tài)導(dǎo)致的焦化。可能需要霧化的烴燃料的例子包括重質(zhì)石腦油、煤油、柴油燃料和燃油。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在約380°C的溫度下引入烴燃料。
[0050]使用方法的一個(gè)實(shí)施方案包括向整個(gè)SOFC系統(tǒng)中引入組成類似的烴燃料。在這樣的實(shí)施方案中，將烴燃料引入加氫脫硫系統(tǒng)(其為氫氣產(chǎn)生過程提供原料)、預(yù)重整器(其為電產(chǎn)生過程提供原料)和重整器燃燒室(其為二氧化碳產(chǎn)生過程提供原料)。圖1所示的SOFC系統(tǒng)的實(shí)施方案由單一烴燃料來源引入烴燃料。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將第一烴燃料引入SOFC系統(tǒng)的一部分，并且將第二烴燃料引入SOFC系統(tǒng)的不同部分，其中所述第一和第二烴燃料具有不同的組成。在運(yùn)行SOFC系統(tǒng)時(shí)，這樣的實(shí)施方案提供了靈活性，從而基于不同的可獲得烴原料、產(chǎn)品目錄、消費(fèi)者需求和原料價(jià)格優(yōu)化氫氣、電和二氧化碳的產(chǎn)生。
[0051]加氫脫硫系統(tǒng)
[0052]液態(tài)烴(特別是原油的常壓餾分)包含有機(jī)硫化合物。有機(jī)硫化合物的例子包括硫化烷烴和硫化環(huán)烷烴、硫醇、二硫化物、多硫化物和噻吩。有機(jī)和無機(jī)硫化合物毒害大部分重整器和電化學(xué)催化劑。SOFC系統(tǒng)包括這樣的加氫脫硫系統(tǒng)，其能夠有效地在加氫催化劑的存在下利用氫氣將有機(jī)硫化合物轉(zhuǎn)化為硫化氫。加氫脫硫系統(tǒng)也能夠有效地從工藝氣體中除去硫化氫使其改善。
[0053]加氫脫硫系統(tǒng)的加氫處理器接收氫氣以將有機(jī)硫化合物轉(zhuǎn)化為硫化氫。該氫氣可以為經(jīng)純化的或是混合的。所述氫氣可以來源于SOFC系統(tǒng)內(nèi)部或外部來源。SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的包括氫氣從SOFC系統(tǒng)的下游再循環(huán)至加氫處理器。SOFC系統(tǒng)內(nèi)部的含氫氣蒸汽包括來自氫氣純化系統(tǒng)的廢氣和產(chǎn)物氣，來自氧氣發(fā)生系統(tǒng)的氫氣和由水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)處理的工藝氣體。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將來自氫氣產(chǎn)物壓縮器的部分壓縮的產(chǎn)物氫氣再循環(huán)至加氫處理器。在加氫處理催化劑(鑰鈷催化劑)的存在下，氫氣與雜有機(jī)化合物反應(yīng)。
[0054]SOFC系統(tǒng)包括能夠有效地從經(jīng)加氫處理的氣體中除去硫化氫的吸附劑床。吸附劑床使用固體金屬氧化物干燥劑除去硫化氫，產(chǎn)生脫硫烴氣體。有用的金屬氧化物的例子包括錫氧化物、鐵氧化物和鋅氧化物。
[0055]蒸汽重整器
[0056]SOFC系統(tǒng)包括蒸汽重整器，其包括穿過燃燒室或爐的催化反應(yīng)器管。重整器的催化反應(yīng)器一側(cè)能夠有效地將烴轉(zhuǎn)化為氫氣以及少量的甲烷和氧化碳。爐側(cè)通過燃燒烴和產(chǎn)生二氧化碳為催化反應(yīng)器一側(cè)供熱。爐側(cè)燃燒產(chǎn)生的熱輻射催化反應(yīng)器管，并且促進(jìn)裂解反應(yīng)。蒸汽重整器包括多個(gè)催化反應(yīng)器管。
[0057]重整催化反應(yīng)器管
[0058]在SOFC系統(tǒng)中，催化反應(yīng)器管連接至加氫脫硫系統(tǒng)的吸附劑床，并接收脫硫烴氣體。在重整催化劑的存在下，催化反應(yīng)器管利用蒸汽重整產(chǎn)生合成氣(其主要含有氫氣和少量的甲烷)。小部分氧化碳也存在。
[0059]催化反應(yīng)器管也接收蒸汽，由于重整是吸熱過程，該蒸汽為重組反應(yīng)提供水以及內(nèi)熱。蒸汽可以為濕、干或過熱蒸汽。過熱蒸汽是有益的。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將溫度約650°C的過熱蒸汽引入催化反應(yīng)器管中。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括以蒸汽與碳的進(jìn)料摩爾比(SCR)在約2:1至約4:1的范圍將蒸汽引入催化反應(yīng)器管中。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括以SCR值為約3:1將蒸汽引入催化反應(yīng)器管中。SCR是用于供應(yīng)至催化反應(yīng)器管的脫硫液化烴原料中每摩爾碳的蒸汽(以水的形式)的摩爾量。
[0060]為了有利于甲烷化作用，催化反應(yīng)器管在低于通常蒸汽重整器條件的壓力和溫度下運(yùn)行。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將催化反應(yīng)器管中的溫度維持在約775°C至約825°C的范圍。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將催化反應(yīng)器管中的溫度維持在約800°C。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將催化反應(yīng)器管中的壓力維持在約8巴至約10巴。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將催化反應(yīng)器管中的壓力維持在約9.7巴。
[0061]催化反應(yīng)器管中的重整催化劑具有至少一種活性金屬。該活性金屬重整催化劑材料優(yōu)選地包含至少一種第8至10族金屬，并且更優(yōu)選地為鎳。鎳由于其活性、低成本和易獲得性因而是優(yōu)選的。作為活性金屬重整催化劑的有用的金屬的例子包括鈷、鑭、鉬、鈀、銥、銠、鋨、鎳、鐵和釕。用于活性金屬重整催化劑的載體材料包括金屬氧化物和混合金屬氧化物(MMO)。適合的載體材料的例子包括α-氧化招和Y-氧化招、鎂-招氧化物、鋪氧化物、鈰-鋯氧化物、錳氧化物、鑭氧化物、鈮氧化物、鑰氧化物、鋁酸鈣、鋅氧化物、硅氧化物和鈦氧化物。盡管不期望受到理論的束縛，許多金屬氧化物和混合金屬氧化物被強(qiáng)烈懷疑具有催化活性，因而在重整反應(yīng)中能夠有效地作為助催化劑。催化劑載體的結(jié)構(gòu)優(yōu)選地抵抗熱循環(huán)，從而防止催化劑破碎。
[0062]重整合成氣產(chǎn)物包含氫氣、甲烷、氧化碳和水。一系列換熱器能夠在合成氣從催化反應(yīng)器管中穿過時(shí)將其冷卻至約300°C以再捕獲熱并支持下游的分離。
[0063]重整器燃燒室
[0064]在SOFC系統(tǒng)中，重整器燃燒室連接至固體氧化物燃料電池以接收一部分陽極廢氣。重整器燃燒室也接收氣化的液態(tài)烴作為初始燃料。重整器燃燒室也連接提供氧氣進(jìn)料的氧氣發(fā)生系統(tǒng)。“氧燃燒器”的主要產(chǎn)物為含有大部分二氧化碳的廢氣和熱。來自燃燒的熱轉(zhuǎn)移至重整催化反應(yīng)器管以支持重整。
[0065]氧是重整器燃燒室中的反應(yīng)物。SOFC系統(tǒng)包括氧氣發(fā)生系統(tǒng)，其能夠有效地將氧引入重整器燃燒室。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括引入超過引入所述重整器燃燒室中的所有烴和氫氣完全燃燒所需的化學(xué)計(jì)量的氧氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括引入超過引入所述重整器燃燒室中的所有烴和氫氣完全熱燃燒所需的化學(xué)計(jì)量至少10%的氧氣。額外的氧氣保證烴和氫氣完全燃燒成為二氧化碳和水。引入的氧氣可以為混合的或純的；然而為了避免形成NOX，空氣或“高氧空氣”不是優(yōu)選的。
[0066]使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將爐的運(yùn)行溫度維持在約900°C。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括維持所述重整器燃燒室與催化反應(yīng)器管的溫度差至少為90°C以促進(jìn)熱轉(zhuǎn)移。
[0067]廢氣產(chǎn)物幾乎為純的二氧化碳。一系列換熱器能夠在氣體從重整燃燒室穿過時(shí)將其冷卻至約30°C至50°C以再捕獲熱。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在氣體從重整燃燒室穿過時(shí)將其冷卻至約38°C。
[0068]水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)
[0069]SOFC系統(tǒng)包括水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)，其能夠有效地在水煤氣變換催化劑的存在下利用水將重整合成氣中存在的大部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣。重整合成氣具有小量的一氧化碳，其需要轉(zhuǎn)化為二氧化碳。另外，水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)產(chǎn)生氫氣產(chǎn)物。水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)產(chǎn)生經(jīng)轉(zhuǎn)換的合成氣產(chǎn)物。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)，使得重整合成氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳的總轉(zhuǎn)化率為約96%。
[0070]SOFC系統(tǒng)使用兩級水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng):第一級，其為高溫轉(zhuǎn)換(HTS)反應(yīng)器；和第二級，其為低溫轉(zhuǎn)換(LTS)反應(yīng)器。運(yùn)行HTS反應(yīng)器，以將重整合成氣中的一些一氧化碳和水轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣，形成部分轉(zhuǎn)換的重整合成氣。SOFC工藝的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行HTS反應(yīng)器，使得其維持約300°C的溫度。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行HTS反應(yīng)器，使得引入的重整合成氣中約75%的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括絕熱地運(yùn)行HTS。
[0071]HTS反應(yīng)器將部分轉(zhuǎn)換的重整合成氣通入LTS反應(yīng)器中。也運(yùn)行LTS反應(yīng)器以將重整合成氣中的一些一氧化碳和水轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣。來自LTS反應(yīng)器的產(chǎn)物為經(jīng)轉(zhuǎn)換的重整合成氣，僅存在小量的一氧化碳。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將部分轉(zhuǎn)換的重整合成氣冷卻至約200°C至約230°C的溫度范圍，然后引入LTS反應(yīng)器中。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將部分轉(zhuǎn)換的重整合成氣冷卻至約216°C的溫度。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行LTS反應(yīng)器，使得引入的部分轉(zhuǎn)換的重整合成氣中約80%的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。
[0072]使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將經(jīng)轉(zhuǎn)換的重整合成氣冷卻至約30°C至約50°C的范圍。
[0073]氫氣純化系統(tǒng)
[0074]SOFC系統(tǒng)包括氫氣純化系統(tǒng)，其連接至水煤氣變換反應(yīng)系統(tǒng)的LTS反應(yīng)器。氫氣純化系統(tǒng)能夠有效地從引入的經(jīng)轉(zhuǎn)換的重整氣中分離氫氣，形成純化的氫氣和廢氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括形成氫氣純度在約99.50摩爾％至約99.99摩爾％范圍的純化氫氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括形成氫氣純度在約99.99摩爾％的純化氫氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括形成壓力在約5巴至約10巴的范圍的純化氫氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括形成壓力為約7巴的純化氫氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括形成壓力在約0.4巴至約1.0巴的范圍的廢氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括形成壓力為約0.4巴的廢氣。氫氣純化系統(tǒng)的廢氣包括一氧化碳、二氧化碳、甲燒、水和氫氣。
[0075]氫氣純化系統(tǒng)可以使用化學(xué)加工業(yè)中熟知的各種技術(shù)分離經(jīng)轉(zhuǎn)換的重整合成氣，包括低溫液化、濕法擦洗(例如Benfield法)及洗滌后甲烷化、選擇性膜分離和變壓吸附(PSA)系統(tǒng)。SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括能夠有效地純化氫氣的PSA。氫氣純化系統(tǒng)將純化氫氣通入氫氣壓縮系統(tǒng)。氫氣純化系統(tǒng)將廢氣引入固體氧化物燃料電池用于發(fā)電。
[0076]氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)
[0077]SOFC系統(tǒng)包括氫氣壓縮器和儲(chǔ)存系統(tǒng)。氫氣壓縮器和儲(chǔ)存系統(tǒng)連接至氫氣純化系統(tǒng)，接收純化氫氣并且能夠有效地壓縮和儲(chǔ)存氫氣產(chǎn)品作為適于終端用途的壓縮氫氣產(chǎn)物，所述用途包括運(yùn)輸、低溫下長期儲(chǔ)存和對HFCV加燃料。
[0078]在SOFC工藝中，氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)使用第一壓縮系統(tǒng)將純化氫氣加壓至約170巴以用于大量氫氣存儲(chǔ)。氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)使用第二壓縮系統(tǒng)將純化氫氣加壓至約430巴以用于級聯(lián)儲(chǔ)存。在級聯(lián)儲(chǔ)存壓力下，壓縮氫氣產(chǎn)物有利于以零售方式分配至HFCV?？紤]到氫氣分配零售市場的需求，分配壓力在比級聯(lián)儲(chǔ)存壓力略低(約350巴)至極高(約700巴)的范圍。可用于將氫氣加壓至這些服務(wù)和儲(chǔ)存壓力的各種壓縮技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，并且包括單級壓縮器和多級壓縮器、中間冷卻器和除霧器。
[0079]SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng),其連接至加氫處理系統(tǒng)，并能夠有效地將一部分壓縮氫氣產(chǎn)物通入加氫處理系統(tǒng)。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在約為大量氫氣儲(chǔ)存壓力的壓力下將壓縮氫氣產(chǎn)物通入加氫處理系統(tǒng)。
[0080]SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括將氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng),其連接至氧氣發(fā)生系統(tǒng)。在這樣的實(shí)施方案中，氫氣壓縮器系統(tǒng)能夠有效地接收來自氧氣發(fā)生系統(tǒng)的純化氫氣。氫氣壓縮器系統(tǒng)用于將來自氧氣發(fā)生系統(tǒng)的純化氫氣與來自重整器的純化氫氣混合并加壓成為壓縮氫氣產(chǎn)物。
[0081]預(yù)重整器
[0082]SOFC系統(tǒng)包括預(yù)重整器。預(yù)重整器能夠有效地將引入原料中的非甲烷烴轉(zhuǎn)化為富含甲烷的流體。富含甲烷的流體有益于下游SOFC進(jìn)行內(nèi)部重整，然后電化學(xué)轉(zhuǎn)化為氧化碳，該過程產(chǎn)生電。
[0083]在SOFC系統(tǒng)中，預(yù)重整器接收氣化的液態(tài)烴。SOFC工藝的一個(gè)實(shí)施方案包括將氣化的液態(tài)烴組合物引入預(yù)重整器中，所述預(yù)重整器具有與引入加氫脫硫系統(tǒng)相同的液態(tài)烴組成。利用水蒸氣并在預(yù)重整器催化劑的存在下，預(yù)重整器能夠有效地將引入的氣化的液態(tài)烴中的非甲烷烴轉(zhuǎn)化為含有甲烷和氧化碳的預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物。
[0084]在SOFC系統(tǒng)中，預(yù)重整器連接至SOFC的陽極出口。預(yù)重整器能夠有效地接收一部分固體氧化物燃料電池陽極廢氣作為陽極再循環(huán)廢氣蒸氣。陽極廢氣包括大部分的二氧化碳和水蒸氣以及一定量的甲烷、氫氣和一氧化碳。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將陽極再循環(huán)廢氣引入預(yù)重整器中，使得蒸汽與碳的原料摩爾比在約3:1至約4:1的范圍。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將陽極再循環(huán)廢氣引入預(yù)重整器中，使得蒸汽與碳的摩爾比為3.5:1?！罢羝睘镾OFC陽極廢氣中的摩爾水(蒸汽形式)?！靶迈r碳”指引入的氣化的液態(tài)烴中的摩爾碳。由于SOFC陽極廢氣包含大量的已經(jīng)加熱的水蒸氣，因此可以運(yùn)行SOFC系統(tǒng)中的預(yù)重整器，使得不需要“新鮮”或“補(bǔ)充”蒸汽作為進(jìn)料。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案將蒸汽引入預(yù)重整器中，使得蒸汽與碳的摩爾比在約3:1至約4:1的范圍。
[0085]使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括絕熱地運(yùn)行預(yù)重整器。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在約350°C至約400°C的溫度范圍運(yùn)行預(yù)重整器。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在約9巴的壓力下運(yùn)行預(yù)重整器。
[0086]預(yù)重整器中發(fā)生的重整過程在預(yù)重整催化劑的存在下進(jìn)行。SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括含有耐硫的活性貴金屬催化劑的預(yù)重整器。貴金屬包括鉬、鈀、銥、銠、釕、銀和金。預(yù)重整催化劑也可以包括能夠改善其選擇性和重整活性的材料，包括氧化釤摻雜的氧化鋪(SDC)、氧化禮摻雜的氧化鋪和氧化釔摻雜的氧化鋪。在預(yù)重整催化劑的存在下,雜有機(jī)化合物(包括前述的有機(jī)硫化合物)轉(zhuǎn)化為烷烴和硫化氫。烷烴進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲烷和氧化碳，然后脫離預(yù)重整器作為預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物的一部分。
[0087]預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物是甲烷和氧化碳的混合物，其在SOFC中用于發(fā)電。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行預(yù)重整器，使得其產(chǎn)生以干摩爾計(jì)甲烷占約15%至約20%的預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物。用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行預(yù)重整器，使得其產(chǎn)生以干摩爾計(jì)甲烷占約17%的預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物。預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物的剩余物主要為氫氣和氧化碳。
[0088]SOFC預(yù)吸附劑床
[0089]SOFC系統(tǒng)包括能夠有效地從所述預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物中除去硫化氫的吸附劑床。從所述預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物中除去硫化氫保護(hù)了固體氧化物燃料電池中的陶瓷電極和重整催化劑。吸附劑床連接至所述預(yù)重整器的出口并且接收預(yù)重整器合成氣。吸附劑床含有能吸附硫化氫的金屬氧化物。金屬氧化物的例子包括錫氧化物、鐵氧化物和鋅氧化物。吸附劑床產(chǎn)生脫硫的預(yù)重整器合成氣。
[0090]固體氧化物燃料電池
[0091]SOFC系統(tǒng)包括固體氧化物燃料電池，其具有與陽極和陰極側(cè)相連的陶瓷電極。在重整催化劑的存在下，SOFC的陽極側(cè)能夠有效地將甲烷和水內(nèi)部重整為一氧化碳和氫氣，然后將形成的合成氣與氧陰離子電化學(xué)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，從而產(chǎn)生自由電子。陰極側(cè)能夠有效地使用自由電子將氧轉(zhuǎn)化為氧陰離子。氧離子通過陶瓷的離子傳導(dǎo)電極從陰極側(cè)傳送至陽極側(cè)，并且與電極表面的合成氣反應(yīng)。固體氧化物燃料電池產(chǎn)生過量的電作為SOFC工藝的產(chǎn)物。
[0092]在SOFC系統(tǒng)中，固體氧化物燃料電池的陽極連接至氫氣純化系統(tǒng)的廢氣側(cè)和吸附劑床的出口，所述吸附劑床連接至所述預(yù)重整器。兩個(gè)出口流合并，并且形成含有甲烷、氫氣、氧化碳和水的陽極進(jìn)料流。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將陽極進(jìn)料流預(yù)熱至約600°C，然后引入陽極。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括用固體氧化物燃料電池陽極廢氣預(yù)加熱陽極進(jìn)料流。
[0093]使陽極進(jìn)料流中的甲烷組成最大化以及使非甲烷烷烴和氫氣最小化提高了固體氧化物燃料電池的內(nèi)部重整容量并且改善了電的產(chǎn)生。在固體氧化物燃料電池中，內(nèi)部重整在重整催化劑的存在下發(fā)生。內(nèi)部重整降低了陰極側(cè)使用的壓縮空氣的量，隨著吸熱重整反應(yīng)冷卻合成氣轉(zhuǎn)化為廢氣的放熱電化學(xué)轉(zhuǎn)化，從而冷卻了固體氧化物燃料電池的陶瓷電極。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在約500°C至約1000°C的溫度下運(yùn)行固體氧化物燃料電池的陽極側(cè)。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在約725°C至約775°C的溫度下運(yùn)行固體氧化物燃料電池的陽極側(cè)。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在約750°C的溫度下運(yùn)行固體氧化物燃料電池的陽極側(cè)。
[0094]在SOFC系統(tǒng)中，陽極連接至所述預(yù)重整器入口和重整器燃燒室。陽極廢氣產(chǎn)物富含二氧化碳和水，但是也含有一些氫氣、一氧化碳、水和甲烷。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將一部分陽極廢氣冷卻至小于150°C的溫度并加壓至約1.2巴的壓力。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將一部分陽極廢氣冷卻至約93°C的溫度。冷卻加壓的陽極廢氣由于其水、氫氣和甲烷含量能用于作為預(yù)重整器的原料。
[0095]固體氧化物燃料電池的陰極側(cè)接收由鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣，從而為陽極側(cè)上合成氣的電化學(xué)轉(zhuǎn)化提供必要的氧氣，并且冷卻陶瓷電極。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在約0.7巴的壓力下將空氣進(jìn)料引入固體氧化物燃料電池的陰極側(cè)。對空氣進(jìn)料的預(yù)熱提高了氧還原為氧陰離子。SOFC工藝的一個(gè)實(shí)施方案包括將空氣進(jìn)料預(yù)加熱至約600°C的溫度，然后引入陰極。使用SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括對空氣進(jìn)料進(jìn)行預(yù)加熱，并且進(jìn)行缺氧陰極側(cè)排放。
[0096]固體氧化物燃料電池產(chǎn)生超過SOFC工藝消耗需求的過量的電。固體氧化物燃料電池系統(tǒng)引導(dǎo)過量的電(即未被固體氧化物燃料電池或其他內(nèi)部SOFC系統(tǒng)用者使用的電)至外部配電系統(tǒng)。SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括其中固體氧化物燃料電池電連接至氧氣發(fā)生系統(tǒng)，并且能夠有效地將電流傳送至氧氣發(fā)生系統(tǒng)。在這樣的實(shí)施方案中，固體氧化物燃料電池的電輸出支持了氧氣發(fā)生系統(tǒng)的氧生成過程。外部配電系統(tǒng)包括能夠有效地向EV供電的零售配電系統(tǒng)。
[0097]氧氣發(fā)生系統(tǒng)
[0098]SOFC系統(tǒng)包括氧氣發(fā)生系統(tǒng)。氧氣發(fā)生系統(tǒng)能夠有效地產(chǎn)生氧氣，然后將氧氣引入SOFC系統(tǒng)。氧氣發(fā)生系統(tǒng)可以使用許多在化學(xué)加工工業(yè)眾所周知的技術(shù)，以形成并分配氧，其中包括電解單元、低溫空氣分離、氧選擇性遷移膜分離、真空PSA(VPSA)單元分離和臭氧發(fā)生器技術(shù)。
[0099]SOFC系統(tǒng)中的氧氣發(fā)生系統(tǒng)連接到重整器燃燒室，并將氧氣通入重整器燃燒室作為原料。氧可以作為純原料或作為共混物進(jìn)入。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行氧氣發(fā)生系統(tǒng)，使其產(chǎn)生以干摩爾計(jì)純度為至少80%氧的氧氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)，使其產(chǎn)生以干摩爾計(jì)純度為至少90%氧的氧氣。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)，使其產(chǎn)生以干摩爾計(jì)純度為至少95%氧的氧氣。
[0100]SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括電解單元作為氧氣發(fā)生系統(tǒng)，其能夠利用水有效地產(chǎn)生電解氧和電解氫氣。在這樣的實(shí)施方案中，電解單元能夠有效地使用電將水分解成分開的氧氣和氫氣產(chǎn)物。這樣的電解單元的一個(gè)例子是質(zhì)子電解質(zhì)膜(PEM)電解單元，它能夠產(chǎn)生高純度的氫氣(99.99摩爾％)和氧氣。在這樣的SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，氧氣發(fā)生系統(tǒng)連接至重整器燃燒室和氫氣壓縮器系統(tǒng)，其中電解氧通入重整器燃燒室并且電解氫氣通入氫氣壓縮器系統(tǒng)。該電解氫氣可能需要預(yù)壓縮提高壓力后引入氫氣壓縮器系統(tǒng)。
[0101]氧氣發(fā)生系統(tǒng)可以使用電力將原料轉(zhuǎn)化成用于SOFC系統(tǒng)的氧氣。SOFC系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案包括將固體氧化物燃料電池電連接至氧氣發(fā)生系統(tǒng)，使得來自固體氧化物燃料電池的電促使氧氣發(fā)生系統(tǒng)中的氧氣生成反應(yīng)。
[0102]使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括在氧氣生成過程中，將氧氣發(fā)生系統(tǒng)的溫度維持在約50°C的溫度。
[0103]CO2純化和液化系統(tǒng)
[0104]SOFC系統(tǒng)包括CO2純化和液化系統(tǒng)。CO2純化和液化系統(tǒng)能夠有效地從重整器燃燒室接收冷卻廢氣，并從冷卻廢氣中分別提取水和氧氣，形成精制的二氧化碳?xì)怏w。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括形成氧濃度小于百萬分之10 (ppm)摩爾的精制二氧化碳。
[0105]CO2純化和液化系統(tǒng)也能夠有效地冷藏和壓縮精制二氧化碳?xì)怏w，以形成液態(tài)二氧化碳產(chǎn)物。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括形成溫度為約_20°C至約_50°C的范圍以及壓力為約22巴的液態(tài)二氧化碳產(chǎn)物。用于液化精制二氧化碳的合適壓縮和制冷技術(shù)包括丙烷冷卻器。
[0106]SOFC工藝和系統(tǒng)能非常有效地容納和回收產(chǎn)生的二氧化碳用于化工生產(chǎn)、EOR工藝或截留。使用SOFC系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括運(yùn)行所述系統(tǒng)，使得SOFC系統(tǒng)中產(chǎn)生的所有二氧化碳的超過90%被捕獲并轉(zhuǎn)化成液態(tài)二氧化碳產(chǎn)物。SOFC工藝清除剩余的二氧化碳和惰性物質(zhì)。
[0107]用于HFCV和EV的替代燃料供應(yīng)站
[0108]替代燃料供應(yīng)站使用如前所述的SOFC系統(tǒng)以產(chǎn)生壓縮氫氣和直流電流的供應(yīng)，這是替代燃料。替代燃料供應(yīng)站能夠有效地分配壓縮氫氣和直流電流以對替代燃料車加燃料，包括氫燃料電池車(HFCV)和電動(dòng)車(EV)。替代燃料供應(yīng)站包括至少一個(gè)管線，其能夠有效地連接至HFCV并傳送壓縮氫氣至HFCV以對其加燃料。替代燃料供應(yīng)站還包括至少一個(gè)管線，其能夠有效地連接至EV并輸送電力到EV進(jìn)行充電。替代燃料供應(yīng)站能夠有效地同時(shí)對HFCV和電動(dòng)車加燃料。
[0109]使用替代燃料供應(yīng)站對替代燃料車加替代燃料的方法包括將烴燃料引入SOFC系統(tǒng)并且運(yùn)行該SOFC系統(tǒng)以產(chǎn)生替代燃料的步驟。該方法的一個(gè)實(shí)施方案包括產(chǎn)生壓力在350巴至約700巴的范圍且氫氣摩爾純度99.99%的壓縮氫氣。該方法的一個(gè)實(shí)施方案包括產(chǎn)生直流電。替代燃料車包括具有氫氣燃料罐作為替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備的HFCV。替代燃料車包括配有蓄電池作為替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備的EV。該方法還包括將替代燃料車連接至SOFC系統(tǒng)，使得SOFC系統(tǒng)和替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備之間形成管線。該方法還包括向替代燃料車引入一定量的替代燃料，使得引入的量不超過的替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備的容量的步驟。該方法還包括將替代燃料車與SOFC系統(tǒng)分離的步驟。
[0110]在不使用零售燃料補(bǔ)充供應(yīng)站期間，SOFC工藝?yán)^續(xù)引入烴燃料并制備用于長期儲(chǔ)存的氫氣和用于分配到連接的電網(wǎng)或現(xiàn)貨電力需求儲(chǔ)存系統(tǒng)的電力，包括電容器/電池的常規(guī)電箱或替代存儲(chǔ)裝置(例如，具有電連接的發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)的氣體壓縮/解壓縮)。輸送電力到連接的電網(wǎng)可能需要從直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流(AC)。氫氣和電力的連續(xù)產(chǎn)生允許SOFC系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的運(yùn)行，從而提高了可靠性、排除故障，并允許SOFC系統(tǒng)在更多“開/關(guān)”操作的過程中處理生產(chǎn)或需求水平的突然變化。
[0111]支持設(shè)備
[0112]本發(fā)明的實(shí)施方案具有許多額外的標(biāo)準(zhǔn)組件或設(shè)備，它們能夠使得所述裝置、工藝、方法和系統(tǒng)工作并且有效。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的這種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的例子包括熱交換器、泵、鼓風(fēng)機(jī)、再沸器、蒸汽發(fā)生裝置(steam generation)、冷凝物處理裝置、膜、一級和多級壓縮機(jī)、分離和分餾設(shè)備、閥、開關(guān)、控制器，以及壓力傳感、溫度傳感、水平傳感和流動(dòng)傳感
>J-U ρ?α裝直。
[0113]可通過人為干預(yù)、預(yù)編程的計(jì)算機(jī)控制和響應(yīng)系統(tǒng)或其組合來實(shí)現(xiàn)對工藝或方法的一部分或整體的操作、控制和性能。
[0114]具體實(shí)施方案的例子有助于更好地理解固體氧化物燃料電池系統(tǒng)和工藝。所述例子不以任何方式限定本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例
[0115]如圖1所示的SOFC系統(tǒng)的實(shí)施方案由AspenPlus? (Aspen Technology公司，伯靈頓，馬薩諸塞州)配置，化學(xué)過程模擬器運(yùn)行兩種不同類型的氣化的液態(tài)烴原料:石腦油和煤油。利用圖1所示的SOFC系統(tǒng)的工藝模擬產(chǎn)生適用于HFCV的250Nm3/hr的氫氣(+99.99摩爾％純)，以及提供適用于EV的至少370kW的電力。表1給出了模擬結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種使用SOFC系統(tǒng)的方法，該方法使用SOFC系統(tǒng)生產(chǎn)精制二氧化碳產(chǎn)物、電力和壓縮氫氣產(chǎn)物，所述使用SOFC系統(tǒng)的方法包括以下步驟: 將烴燃料引入所述SOFC系統(tǒng)； 將蒸汽引入所述SOFC系統(tǒng)；以及 運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)，使得陽極再循環(huán)廢氣形成并通入預(yù)重整器使得所述預(yù)重整器中蒸汽與碳的摩爾比在約3:1至約4:1的范圍；氧氣通入重整器燃燒室，其中所述氧氣的量超過所述重整器燃燒室中存在的所有烴和氫氣完全燃燒所需的化學(xué)計(jì)量；產(chǎn)生所述精制二氧化碳產(chǎn)物、電力和壓縮氫氣產(chǎn)物；并且所述SOFC系統(tǒng)中產(chǎn)生的大于總量90%的二氧化碳轉(zhuǎn)化為所述精制二氧化碳產(chǎn)物； 其中所述SOFC系統(tǒng)包括加氫脫硫系統(tǒng)，其流體連接至氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)并且能夠有效地接收烴燃料；蒸汽重整器，其具有催化反應(yīng)器管以及所述重整燃燒室，其中所述催化反應(yīng)器管與所述加氫脫硫系統(tǒng)相連并且能夠有效地接收蒸汽，并且其中所述重整器燃燒室熱連接至所述催化反應(yīng)器管并且均流體連接至固體氧化物燃料電池陽極側(cè)的出口以及氧氣發(fā)生系統(tǒng)，并且能夠有效地接收烴燃料；氫氣純化系統(tǒng)，其流體連接至所述催化反應(yīng)器管，并且能夠有效地產(chǎn)生純化的氫氣；氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)，其流體連接至所述氫氣純化系統(tǒng)，并且能夠有效地產(chǎn)生壓縮氫氣產(chǎn)物；所述預(yù)重整器，其流體連接至所述固體氧化物燃料電池陽極側(cè)的出口，并且能夠有效地接收烴燃料以及產(chǎn)生預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物；固體氧化物燃料電池，其能夠有效地產(chǎn)生電力并且具有所述陽極側(cè)，所述陽極側(cè)具有流體連接至所述預(yù)重整器以及所述氫氣純化系統(tǒng)的入口并且能夠有效地產(chǎn)生陽極廢氣；所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)，其能夠有效地產(chǎn)生氧氣；以及CO2純化和液化系統(tǒng)，其流體連接至所述重整器燃燒室并且能夠有效地產(chǎn)生精 制二氧化碳產(chǎn)物。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述引入所述烴燃料的步驟包括將組成類似的烴燃料引入能夠有效地接收所述烴燃料的所述SOFC系統(tǒng)的部分。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述引入所述烴燃料的步驟包括將第一烴原料組合物引入能夠有效地接收烴燃料的所述SOFC系統(tǒng)的一部分，并且將第二烴原料組合物引入能夠有效地接收烴燃料的所述SOFC系統(tǒng)的第二部分。
4.權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括將所述壓縮氫氣產(chǎn)物的一部分從所述氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)通入所述加氫脫硫系統(tǒng)。
5.權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述引入蒸汽的步驟包括引入蒸汽使得所述催化反應(yīng)器管中蒸汽與碳的進(jìn)料摩爾比在2:1至4:1的范圍。
6.權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括將所述催化反應(yīng)器管的溫度維持在775°C至825°C的范圍并且將壓力維持在8巴至10巴的范圍。
7.權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的方法，其中超過所需的化學(xué)計(jì)量為比所述重整器燃燒室中存在的所有烴和氫氣完全燃燒所需的化學(xué)計(jì)量高出至少10%。
8.權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括維持所述蒸汽重整器的所述重整器燃燒室與催化反應(yīng)器管之間的溫度差為至少90°C。
9.權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括產(chǎn)生氫氣純度在99.50摩爾％至99.99摩爾％的純化的氫氣。
10.權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述催化反應(yīng)器管中蒸汽與碳的摩爾比小于所述預(yù)重整器中蒸汽與碳的摩爾比。
11.權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟不包括將新鮮或補(bǔ)充的蒸汽引入所述預(yù)重整器。
12.權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括絕熱地運(yùn)行所述預(yù)重整器。
13.權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括將所述預(yù)重整器的溫度保持在350°C至400°C的范圍。
14.權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括:以干摩爾計(jì)，產(chǎn)生含有在15%至20%范圍的甲烷的預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物。
15.權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括將所述固體氧化物燃料電池的所述陽極側(cè)的溫度保持在725°C至775°C范圍。
16.權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括以干摩爾計(jì)，產(chǎn)生氧氣純度在95.00摩爾％至99.99摩爾％范圍的氧氣。
17.權(quán)利要求1至16中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)的步驟包括產(chǎn)生氧濃度小于百 萬分之10摩爾的所述精制二氧化碳產(chǎn)物。
18.權(quán)利要求1至17中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述SOFC系統(tǒng)的所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)包括電解單元，其電連接至所述固體氧化物燃料電池并且能夠有效地接收水和電力，并且產(chǎn)生電解氫氣和電解氧；并且所述氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)還流體連接至所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)，所述方法還包括以下步驟: 將水引入所述SOFC系統(tǒng)；以及 運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)，使得電力通入所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)，從而所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)分別產(chǎn)生電解氧和電解氫氣；并且所述電解氫氣通入所述氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)。
19.一種SOFC系統(tǒng)，該SOFC系統(tǒng)用于利用蒸汽和烴燃料生產(chǎn)精制二氧化碳產(chǎn)物、適于電動(dòng)車的電力以及適于氫燃料電池車的壓縮氫氣產(chǎn)物，所述SOFC系統(tǒng)包括: 加氫脫硫系統(tǒng)，其流體連接至氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)并且能夠有效地接收烴燃料； 蒸汽重整器，其具有催化反應(yīng)器管和重整器燃燒室，其中所述催化反應(yīng)器管流體連接至所述加氫脫硫系統(tǒng)并且能夠有效地接收過熱蒸汽，并且其中所述重整器燃燒室熱連接至所述催化反應(yīng)器管，流體連接至固體氧化物燃料電池陽極側(cè)的出口以及氧氣發(fā)生系統(tǒng)的出口并且能夠有效地接收所述烴燃料； 水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)，其流體連接至所述重整器催化反應(yīng)器管并且能夠有效地將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣； 氫氣純化系統(tǒng)，其流體連接至所述水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)并且能夠有效地產(chǎn)生純化的氫氣; 氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)，其流體連接至所述氫氣純化系統(tǒng)并且能夠有效地產(chǎn)生壓縮氫氣產(chǎn)物； 預(yù)重整器，其流體連接至所述固體氧化物燃料電池陽極側(cè)的出口，并且能夠有效地接收烴燃料以及產(chǎn)生預(yù)重整器合成氣產(chǎn)物； 所述固體氧化物燃料電池，其具有所述陽極側(cè)并且能夠有效地產(chǎn)生電力，其中所述陽極側(cè)具有流體連接至所述預(yù)重整器以及所述氫氣純化系統(tǒng)的入口并且能夠有效地產(chǎn)生陽極廢氣； 所述的氧氣發(fā)生系統(tǒng)，其能夠有效地產(chǎn)生氧氣； CO2純化和液化系統(tǒng)，其流體連接至所述重整器燃燒室并且能夠有效地產(chǎn)生精制二氧化碳產(chǎn)物。
20.權(quán)利要求19所述的SOFC系統(tǒng)，其中所述水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)包括串聯(lián)的高溫變換反應(yīng)器和低溫變換反應(yīng)器，并且其中各反應(yīng)器包含不同的水煤氣變換催化劑。
21.權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的SOFC系統(tǒng)，其中所述氫氣純化系統(tǒng)為變壓吸附單元。
22.權(quán)利要求19至21中任意一項(xiàng)所述的SOFC系統(tǒng)，其中所述預(yù)重整器包含耐硫的活性貴金屬催化劑。
23.權(quán)利要求19至22中任意一項(xiàng)所述的SOFC系統(tǒng)，其中所述SOFC系統(tǒng)中的所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)包括電解單元，該電解單元電連接至所述固體氧化物燃料電池，并且能夠有效地接收水以及電力，并且產(chǎn)生電解氫氣和電解氧，并且其中所述氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)也流體連接至所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)。
24.權(quán)利要求23所述的SOFC系統(tǒng)，其中所述電解單元為質(zhì)子交換膜。
25.一種使用替代燃料供應(yīng)站對具有替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備的替代燃料車加燃料的方法，所述使用替代燃料供應(yīng)站的方法包括: 將蒸汽和烴燃料分別引入所述替代燃料供應(yīng)站的SOFC系統(tǒng)； 運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)使得所述替代燃料產(chǎn)生； 將替代燃料車連接至所述替代燃料供應(yīng)站，使得在所述SOFC系統(tǒng)和所述替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備之間形成管線； 將所述替代燃料引入所述替代燃料車使得不超出所述替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備的儲(chǔ)存容量；以及 將所述替代燃料車與所述替代燃料供應(yīng)站分離； 其中所述替代燃料供應(yīng)站包括所述SOFC系統(tǒng)；輸電網(wǎng)路，其能夠有效地將電替代燃料車的替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備電連接至所述SOFC系統(tǒng)的所述固體氧化物燃料電池，并能將由所述SOFC系統(tǒng)產(chǎn)生的電流輸送至所述電替代燃料車；以及壓縮氫氣管線，其能夠有效地將氫氣替代燃料車的替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備流體連接至所述SOFC系統(tǒng)的氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)，并將壓力為約350巴至約700巴以及氫氣摩爾純度為99.99%的壓縮氫氣輸送至所述氫氣替代燃料車。
26.權(quán)利要求25所述的方法，所述方法還包括將水引入所述替代燃料供應(yīng)站的所述SOFC系統(tǒng)的步驟。
27.權(quán)利要求25或權(quán)利要求26所述的方法，其中所述替代燃料為壓縮氫氣產(chǎn)物并且所述替代燃料車為氫燃料電池車。
28.權(quán)利要求25至27中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述替代燃料為電力并且所述替代燃料車為電動(dòng)車。
29.權(quán)利要求25至28中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述烴燃料選自包括石腦油、煤油及其組合的組。
30.一種用于同時(shí)對電替代燃料車和氫氣替代燃料車加燃料的替代燃料供應(yīng)站，所述替代燃料供應(yīng)站包括: SOFC系統(tǒng)； 輸電網(wǎng)路，其能夠有效地將所述電替代燃料車的替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備電連接至所述SOFC系統(tǒng)的固體氧化物燃料電池，并將由所述SOFC系統(tǒng)產(chǎn)生的電流輸送至所述電替代燃料車；以及 壓縮氫氣管線，其能夠有效地將氫氣替代燃料車的替代燃料儲(chǔ)存設(shè)備流體連接至所述SOFC系統(tǒng)的氫氣壓縮和儲(chǔ)存系統(tǒng)，并將壓力為約350巴至約700巴以及氫氣摩爾純度約為99.99%的壓縮氫氣輸送至所述氫氣替代燃料車； 從而所述替代燃料供應(yīng)站能夠同時(shí)對電替代燃料車和氫氣替代燃料車加燃料。
【文檔編號(hào)】H01M8/12GK103999277SQ201280057208
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月21日
【發(fā)明者】阿基爾·賈邁勒, 唐·彭 申請人:沙特阿拉伯石油公司