[发明专利]用于回收氢并将碳化合物转化为有价值的有机产物的方法和系统

说明书

一方面，一种回收氢的方法，该方法包括在催化剂的存在下使烃反应形成碳化合物和氢，其中该碳化合物包括二氧化碳或一氧化碳中的至少一种；将碳化合物与氢分离；将碳化合物引导至电化学电池的阴极侧并将水引导至电化学电池的阳极侧；在阳极侧电解水以形成氧气和质子；向电化学电池中的膜和电极组件施加电压，以使质子从阳极穿过质子交换膜到达阴极侧的阴极；和使质子与碳化合物反应形成有机产物。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年2月18日提交的美国临时专利申请系列号62/807,004的权益。相关申请通过整体引用并入本文。

背景技术

氢用于整个石化精炼厂的各种加氢处理过程，包括硫氢化，其中硫从燃料中除去并转化为元素硫；加氢异构化，其中正链烷烃转化为异链烷烃；脱芳构化，其中芳烃氢化为环烷烃或烷烃；和加氢裂化，其中长链烃裂化为汽油范围内的较短链。在精炼过程的不同阶段产生的氢可以被收集并输送到工厂的特定加氢处理过程中。然而，随着对更清洁燃烧的燃料的需求持续增长以及精炼操作效率的改善成为必要，氢需求正越来越多地超过精炼过程所提供的生产率。因此，精炼厂不得不通过多种不同的方法补充其氢现场供应，包括：甲烷或其他烃的蒸汽重整；从精炼厂废气中回收；从合成气中回收；和油精炼残余物的气化。

目前，精炼厂经常将包含氢的废气料流排放到大气中，而损失其中所含的氢。氢是形成石化产物的有价值的组分，因此需要新的回收方法来回收所述氢。

发明内容

本文公开了一种用于回收氢并将碳化合物转化为有价值的有机化合物的方法和系统。

在一方面，一种回收氢的方法，该方法包括在催化剂的存在下使烃反应形成碳化合物和氢，其中该碳化合物包括二氧化碳或一氧化碳中的至少一种；将碳化合物与氢分离；将碳化合物引导至电化学电池的阴极侧并将水引导至电化学电池的阳极侧；在阳极侧电解水以形成氧气和质子；向电化学电池中的膜和电极组件施加电压，以使质子从阳极穿过质子交换膜到达阴极侧的阴极；和使质子与碳化合物反应形成有机产物。

在另一方面，一种方法包括将包含碳化合物和氢的来自精炼厂的废气料流引导至电化学氢分离器的阳极侧；向电化学氢分离器中的分离单元膜和电极组件施加电压，以使分离单元阳极处的氢解离成质子和电子，并将质子从分离单元阳极通过分离单元质子交换膜引导至分离单元阴极，其中质子与分离单元阴极处的电子重新结合形成氢；从电化学氢分离器的分离单元阴极侧移除氢；从分离单元阳极侧移除分离的碳料流。

在另一方面，氢回收系统包括：重整器，该重整器通过烃料流和反应物源与烃源流体连通；其中该重整器能够使来自烃源的烃反应以形成氢和包含二氧化碳和一氧化碳中的至少一种的碳化合物；分离单元，其通过重整产物料流与重整器流体连通；其中该分离单元能够使该重整产物料流的氢与碳化合物分离，并且其中通过氢料流从该分离单元中回收氢；电化学电池，其通过包含该碳化合物的分离的碳料流与分离单元流体连通；其中该电化学电池包括在质子交换膜阴极侧处的阴极和在质子交换膜阳极侧处的阳极；其中该分离的碳料流与电化学电池的阴极侧流体连通，且水料流与电化学电池的阳极侧流体连通；其中该电化学电池能够使所述碳化合物与质子反应以在阴极处形成有机产物，所述质子由在阳极处从水料流中分离的质子提供。

上述和其他特征通过以下附图、具体实施方式和权利要求书举例说明。

附图说明

以下附图是示例性的方面，其被提供来说明本公开。附图是对本公开的实施例的说明，这些实施例并不旨在使根据本公开制造的装置限制于本文所述的材料、条件或工艺参数。

图1是用于回收氢并将碳化合物转化为有价值的有机化合物的系统的一个方面的示意图；

图2是用于回收氢并将碳化合物转化为有价值的有机化合物的系统的一个方面的示意图；和

图3是用于回收氢的系统的一个方面的示意图。

具体实施方式