[发明专利]用于生产可再生燃料和化学品的系统和方法

说明书

一种可再生燃料生产系统包括用于从大气空气提取二氧化碳的二氧化碳捕获单元，用于将二氧化碳转化为一氧化碳的二氧化碳电解装置，用于将水转化为氢的水电解装置，用于将由二氧化碳电解装置产生的一氧化碳和由水电解装置产生的氢转化为燃料的合成燃料发生器。所生产的燃料可以是合成汽油和/或合成柴油。该系统还能够同时或备选地生产单独的工业化学品。

发明领域

本发明涉及一种系统，其能够容易地从可再生燃料生产切换为可再生化学品生产并且使用使得CO₂电解能够在高达120℃的温度完成的具有特殊膜的CO₂电解装置。

通常，该工艺将会涉及使用二氧化碳和水电解装置以生产有利于燃料生产或有利于化学品生产的一氧化碳和氢的混合物。该工艺之后将会使用一系列反应器以生产所需产品。

发明背景

经济的用于生产适量可再生化学品的方法已经探索了许多年。可再生化学品的生产将会使得美国能够变得更可持续，但是当前的生产成本过高。问题主要是规模的问题。如果以大规模制造产品，则可以降低成本。但是当前市场过小，而不能证明在大规模工厂中投资的合理性。

情况对于可再生燃料来说则不同。美国已经使产生可再生燃料和化学品的系统和设施的部署成为主要的优先事项。2007年的能源独立与安全法案(Energy Independenceand Security Act,EISA)要求到2017年美国生产240亿加仑(乙醇当量)的可再生燃料。美国环保署(Environmental Protection Agency,EPA)已经提出将该量降低至188亿加仑，因为需要技术进步以生产额外52亿加仑的可再生燃料。在EISA已经将360亿加仑的可再生燃料作为生产目标的情况下，在2022年情况可能会甚至更差。逐渐增加纤维素乙醇的生产不能填补这个缺口，因为已经达到了“共混物墙(blend wall)”(在用于燃烧汽油内燃机的燃料中允许的最大乙醇浓度)。就此而言，为了仍然适合在内燃机中使用，乙醇的共混物最大值为10份乙醇比90份汽油，并且目前没有针对乙醇的实用备选方案。没有其他的现有商业规模技术能够填补这个缺口。因此需要新的技术方案。

与可再生燃料的生产相关的经济性也是有利的。EISA建立了用于可再生标识号(Renewable Identification Number,RIN)证书的交易系统，其中为所生产的每加仑“乙醇当量”燃料授予一个RIN。如果生产可再生汽油，则每加仑汽油将会被授予1.56个RIN。“D3”RIN目前售价为约$2.70/加仑。加州具有相关的低碳燃料证书(low carbon fuelcertificate,LCFS)，由此对于每个公吨(MT)转化为燃料的CO₂授予制造商一个LCFS证书。加州LCFS证书目前售价为$70。计算表明，来自基于150兆瓦(MW)电解装置的可再生汽油工厂的证书的销售将会产生超过$42,000,000的收入($1.63/加仑)，从而降低使用当前系统生产汽油的净成本。

净效果是生产可再生燃料的成本接近经济可行性。

目前缺少的是利用增长的可再生燃料市场的优势以同时生产可再生化学品的方式。例如，可以想象建设能够生产可再生燃料或可再生化学品的大型工厂。以这种方式，工厂可以服务于两个市场，因此工厂建设的成本在两个市场中分摊。目前不存在这样的大规模工厂，但是如果可以建造，其将会服务于可再生燃料市场并且还将会降低可再生化学品的成本，以帮助该市场发展。

发明概述

通过使得能够在制造可再生化学品和制造可再生燃料之间方便切换的生产系统和方法克服了用于生产一定量的可再生燃料和化学品的现有系统和方法的缺点。所述系统包括：

(a)用于将CO₂转化为CO的CO₂电解装置；

(b)用于将H₂O转化为H₂的水电解装置；