[发明专利]一种高温电化学装置辅助制备合成气的装置和方法

权利要求书

1.一种高温电化学装置辅助利用工业废气和天然气制备合成气的装置，其特征在于，其包括：

脱水处理装置，其与工业废气连通以从工业废气中分离出水蒸气后得到剩余气体；

SOEC系统，其与脱水处理装置连通以在负极通入水蒸气使得在SOEC系统中电解水蒸气，从而在负极得到氢气和水蒸气的混合气并通过金属Pd膜分离器进行高温分离得到氢气，同时在正极得到氧气；

第一脱硫处理装置，其与剩余气体连通以利用SOEC系统的负极得到的一部分氢气将剩余气体中的含硫化合物进行加氢脱硫处理得到高纯CO₂气体；

第二脱硫处理装置，其与天然气连通以将天然气进行脱硫处理得到高纯CH₄气体；

连接在SOEC系统下游的双重整系统，其包括第一反应室和第二反应室，其中，第一反应室分别与第一脱硫处理装置和SOEC系统连接以利用高纯CO₂气体和氢气进行逆水煤气变换反应制备合成气，第二反应室分别与第二脱硫处理装置和SOEC系统连接以利用高纯CH₄气体和氧气进行部分氧化反应制备合成气。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二脱硫处理装置连接在SOEC系统的下游以利用SOEC系统得到的另一部分氢气进行天然气的加氢脱硫，其中，SOEC系统得到的另一部分氢气作为脱硫处理的原料与天然气中的含硫化合物反应完成脱硫。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，高纯CO₂气体和/或高纯CH₄气体的硫含量分别低于0.1 ppm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括连接在双重整系统下游的气体分离系统，来自于第一反应室和第二反应室的混合气体进入到气体分离系统中分离出合成气。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该气体分离系统包括低压储罐、增压泵和变压吸附气体分离装置，其中，低压储罐与第一反应室和第二反应室连通以储存包括第一反应室和第二反应室制备的合成气、未反应CO₂气体和未反应天然气的混合气体，用于进行增压的增压泵设置在低压储罐和变压吸附气体分离装置之间以将增压后的混合气体输送至变压吸附气体分离装置，用于对混合气体进行分离的变压吸附气体分离装置与第一反应室和第二反应室连通，分离出的未反应CO₂气体返回到第一反应室，分离出的未反应天然气返回到第二反应室。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括热管理系统，其与SOEC系统和第一反应室连接以提供热能，其与第二反应室连接以回收热能。

7.一种高温电化学装置辅助利用工业废气和天然气制备合成气的方法，其特征在于，其包括：

工业废气通过脱水处理装置分离出水蒸气后得到剩余气体；

在负极通入水蒸气通过SOEC系统电解水蒸气，从而在负极得到氢气和水蒸气的混合气并通过金属Pd膜分离器进行高温分离得到氢气，同时在正极得到氧气；

剩余气体通过第一脱硫处理装置以利用SOEC系统的负极得到的一部分氢气将剩余气体中的含硫化合物进行加氢脱硫处理得到高纯CO₂气体；

天然气通过第二脱硫处理装置进行脱硫处理得到高纯CH₄气体；

高纯CO₂气体和氢气在双重整系统的第一反应室中进行逆水煤气变换反应制备合成气，高纯CH₄气体和氧气在双重整系统的第二反应室中进行部分氧化反应制备合成气。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进入SOEC系统的水蒸气的流量为0.1MpaG-5.0MpaG。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进入第一脱硫处理装置的剩余气体与进入第一脱硫处理装置的氢气的流量摩尔比值为1:1-20:1。