[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

说明书

本发明涉及一种高温电化学装置辅助制备合成气的装置，包括从工业废气中分离出水蒸气后得到剩余气体的脱水处理装置；电解水蒸气得到氢气和氧气的SOEC系统；将剩余气体和天然气进行脱硫处理分别得到高纯COsubgt;2/subgt;气体和高纯CHsubgt;4/subgt;气体的脱硫处理装置；双重整系统包括利用高纯COsubgt;2/subgt;气体和氢气进行逆水煤气变换反应制备合成气的第一反应室和利用高纯CHsubgt;4/subgt;气体和氧气进行部分氧化反应制备合成气的第二反应室。本发明还涉及一种高温电化学装置辅助制备合成气的方法。根据本发明的高温电化学装置辅助制备合成气的装置，通过SOEC系统和双重整系统的耦合，可以利用工业废气和天然气来制备不同比例的合成气。

技术领域

本发明涉及工业废气与天然气联合利用，更具体地涉及一种高温电化学装置辅助制备合成气的装置和方法。

背景技术

目前，随着温室效应的日益严重，人类对能源消耗引起全球变暖情况和气候变化情况十分关注，大量化石燃料的使用以及向大气中过度排放工业废气是导致能源消耗与温室效应的罪魁祸首。工业废气废热中含有大量的CO₂和水蒸气，同时伴随着大量工业余热。天然气中含有大量的CH₄。CO₂和CH₄作为温室气体的主要成分，这些含碳气体向大气中排放是加剧全球温室效应的主要因素。将工业废气中的CO₂气体转化为能再次利用的合成气，以实现捕捉碳源，减少含温室气体向大气中的排放，是减少能源消耗和缓解全球温室效应的有效方式之一。

固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，简称SOEC)是一种利用电能和热能，将水、二氧化碳等原料，通过电化学还原生成燃料气体(化学能)的装置，被认为是最具有前景的能源转换装置之一。水是高温电解水制备氢气的主要原料，具有取材方便、原料丰富、多次循环利用性等特点。高温固体氧化物电解池运行时，在SOEC的负极，水蒸气发生分解产生氢气，氧离子通过电解质膜传导至正极，在正极材料表面生成氧气。CN20171031531.4公开了一种采用固体氧化电解池共电解CO₂/H₂O制备合成气的方法，该方法在负极通入CO₂，将导致负极积碳问题，这将大大降低电解池的性能和耐久性。通入CO₂和H₂O进行共电解制备合成气盲目忽略了SOEC电堆的实际应用状况，使得SOEC电堆寿命急剧降低，在工业应用中难以实现。

发明内容

为了解决现有技术中的负极积碳等问题，本发明提供一种高温电化学装置辅助制备合成气的装置和方法。

根据提供一种高温电化学装置辅助制备合成气的装置，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(Solid OxideElectrolysis Cell，固体氧化物电解池)系统，其与脱水处理装置连通以在SOEC系统中电解水蒸气得到氢气和氧气；第一脱硫处理装置，其与剩余气体连通以将剩余气体进行脱硫处理得到高纯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。

优选地，SOEC系统的氢气和水蒸气混合气通过金属Pd膜分离器进行高温分离得到氢气。更优选地，SOEC系统的氢气和氧气的出气管，以及与金属Pd膜分离器的入气口连接处均喷涂有绝缘材料。

优选地，该第一脱硫处理装置连接在SOEC系统的下游以利用SOEC系统得到的一部分氢气进行剩余气体的加氢脱硫，其中，SOEC系统得到的一部分氢气作为脱硫处理的原料与剩余气体中的含硫化合物反应完成脱硫。