[发明专利]SOEC优化的一氧化碳生产方法

说明书

本发明涉及由包含二氧化碳(CO2)和天然气和/或石脑油的进料流生产一氧化碳(CO)的方法，该方法包括合成气产生步骤、CO2去除步骤和CO纯化步骤，并且该方法还包括从CO2流生产CO的SOEC单元，该方法特别适合于增加现有已知CO生产设备的容量。

本发明属于在固体氧化物电解池(SOEC)组中进行电解的领域。固体氧化物电解池是以反向模式运行的固体氧化物燃料电池(SOFC)，其使用固体氧化物或陶瓷电解质通过电解水来产生例如氧气和氢气。它包括SOEC核心，SOEC组与处理气体的入口和出口一起容纳于其中。通常称为燃料气体的进料气体被引导到组的阴极部分，从此处取出来自电解的产物气体。组的阳极部分也称为氧气侧，因为在该侧产生氧气。

本发明涉及将基于蒸汽重整的CO装置中的一氧化碳(CO)产生与在固体氧化物电解池(SOEC)或SOEC组中由二氧化碳(CO₂)产生一氧化碳(CO)的方法联系在一起，其中CO₂被引导至组的具有施加的电流的燃料侧，且过量的氧气被输送到组的氧气侧，任选地使用空气或氮气冲洗氧气侧，并且其中使来自SOEC的产物流(包含与CO₂混合的CO)经受分离过程。

在本发明中，一个或多个SOEC组在现有的基于蒸汽重整的CO生产设施中促进CO产生，所述CO生产设施通过蒸汽重整合成气和随后的低温或膜CO纯化来操作。

通过蒸汽重整生产CO引起氢的共同产生，其可以根据当地情况具有高价值或低价值。在氢价值较低的情况下，通过使用具有高C/H比的进料如石脑油、以低S/C比和/或高温操作重整器、从CO2去除单元回收CO2和/或添加进口CO2，可以抑制氢产生。

然而，由于在重整催化剂上碳形成潜力的增加，众所周知，对于任何给定的进料，存在应用上述技巧的蒸汽重整器中可以推动多低的H2/CO比的限制。因此，性质限制了给定尺寸的重整器在碳形成开始或达到设备的传热限制之前可以产生多少CO。在已达到该点并需要额外的CO容量的情况下，生产额外CO的唯一选择是增加蒸汽重整容量。增加重整容量通常只在以相对较大的增量以实现合理的规模经济时才是可行的，合成气装置剩余部分上的负荷随着增加的重整容量而线性增加(或者如果应用己烷(hex)重整则增加更多)，这增加成本、时间和改造现有设施的复杂性。因此，增加的CO业务机会必须具有足够的规模，以获得必要的规模经济，以实现新的合成气装置或消除现有设施的瓶颈。

已知CO可以通过电解由CO₂产生。因此，US 2007/0045125 A1描述了使用钠导电电化学电池从二氧化碳和水制备合成气(包含一氧化碳和氢气的合成气)的方法。合成气还通过在固体氧化物电解池中共同电解二氧化碳和蒸汽来生产。

US 8,138,380 B2描述了通过还原性转化二氧化碳生产甲醇的环境有益的方法，所述方法包括在电化学电池中将再循环的二氧化碳还原成一氧化碳的步骤。

由US 2008/0023338 A1已知一种通过高温电解生产至少一种合成气组分的方法。合成气组分氢气和一氧化碳可以通过在固体氧化物电解池中分解二氧化碳和水或蒸汽以形成一氧化碳和氢气来形成，其一部分可以利用所谓的反向水煤气变换(WGS)反应与二氧化碳反应，形成一氧化碳。

US2012/0228150A1描述了使用与YSZ电解质整合的缺氧铁氧体(ODF)的电极在连续工艺中将CO₂分解成C/CO和O₂的方法。通过在电极上施加小的电位偏压，可以使ODF电极保持活性。还可以同时电解CO₂和水以连续产生合成气(H₂+CO)和O₂。因此，CO₂可以被转化为有价值的燃料来源，允许烃类燃料的CO₂中性使用。

最后，US 8,366,902 B2描述了使用一个或多个固体氧化物电解池利用来自碳质燃料的热化学转化的热量来生产合成气以支持水和/或二氧化碳的分解的方法和系统。通过一个或多个固体氧化物电解池同时分解二氧化碳和水或蒸汽可用于生产氢气和一氧化碳。