Способ и система получения диоксида углерода и электроэнергии из газообразного углеводородного сырья - RU2016132971A
Код документа: RU2016132971A
Формула
1. Способ получения концентрированного диоксида (435) углерода и электроэнергии из газообразного углеводородного сырья (200) с применением твердооксидного топливного элемента SOFC (2), при этом способ включает этапы:
- введения газообразного углеводородного сырья (202) обогащенного водородом, в установку (3) риформинга;
- введения пара;
- в установке (3) риформинга генерирования реформированного технологического газа (205) путем по меньшей мере частичного преобразования метана и пара (220) в монооксид углерода и водород;
- введения реформированного технологического газа (205) в анодную сторону твердооксидного топливного элемента;
- в твердооксидном топливном элементе (2) введения воздуха (100) в катодную сторону твердооксидного топливного элемента (2) и преобразования водорода и монооксида углерода реформированного технологического газа (205) в комбинации с кислородом в анодный отходящий газ (208), содержащий пар, диоксид углерода и непрореагировавший технологический газ;
отличающийся тем, что включает этапы:
- введения газообразного углеводородного сырья (200) в сторону (41) для проникания мембранного реактора (4) конверсии водяного газа, причем газообразное углеводородное сырье (200) используют в качестве продувочного газа (201) на стороне (41) для проникания мембранного реактора (4) конверсии водяного газа, и при этом продувочный газ (201) является обогащенным водородом на стороне (41) для проникания мембранного реактора (4) конверсии водяного газа и покидает мембранный реактор (4) конверсии водяного газа в качестве газообразного углеводородного сырья (202), обогащенного водородом,
- введения анодного отходящего газа (208) в сырьевую сторону (44) мембранного реактора (4) конверсии водяного газа; и
- в сырьевой стороне (44) мембранного реактора (4) конверсии водяного газа преобразования монооксида углерода и пара анодного отходящего газа (208) в концентрированный диоксид углерода и водород, а также обеднения водородом анодного отходящего газа (208) для создания потока (211) газа, обогащенного диоксидом углерода, и обогащения продувочного газа (201) водородом.
2. Способ по п. 1, где пар (220) добавляют в газообразное углеводородное сырье (200).
3. Способ по п. 1, где пар (220) вводят в установку (3) риформинга.
4. Способ по п. 1, где пар (220) добавляют в газообразное углеводородное сырье (202), обогащенное водородом.
5. Способ по одному из предыдущих пп. 1-4, где газообразное углеводородное сырье (202), обогащенное водородом, сжимают до рабочего давления в интервале 2-8 бар перед поступлением в установку (3) риформинга, и при этом воздух (100) предпочтительно сжимают до того же рабочего давления перед поступлением в твердооксидный топливный элемент (2).
6. Способ по п. 2, где количество пара (220) добавляют с соотношением пара к углероду по меньшей мере 15, и при этом газообразное углеводородное сырье (202), обогащенное водородом, охлаждают после покидания мембранного реактора (4) конверсии водяного газа для конденсирования и отделения лишнего количества воды (411), так, чтобы газообразное углеводородное сырье (202), обогащенное водородом, имело после конденсации и отделения соотношение пара к углероду от 2 до 4.
7. Способ по п. 1, где мембранный реактор (4) конверсии водяного газа представляет собой мембранный реактор (4) конверсии водяного газа, объединенный с мембраной (42а) на основе палладиевого сплава, для селективного удаления водорода из анодного отходящего газа (208).
8. Способ по п. 1, где поток (211) газа, обогащенного диоксидом углерода, вводят в систему (5) отделения;
- при этом в системе (5) отделения отделяют пар от потока (211) газа, обогащенного диоксидом углерода, при этом диоксид углерода сжимают в компрессоре (403, 415) для предоставления концентрированного сжатого диоксида (435) углерода.
9. Система получения концентрированного диоксида (435) углерода и электроэнергии из газообразного углеводородного сырья (200) с использованием твердооксидного топливного элемента SOFC (2), при этом система содержит:
- реактор (4) конверсии водяного газа,
- установку (3) риформинга,
- твердооксидный топливный элемент SOFC (2), содержащий анодную сторону (23) и катодную сторону (21),
- впускное отверстие (200а) для газообразного углеводородного сырья (200),
- при этом установка (3) риформинга соединена по текучей среде с газообразным углеводородным сырьем (202), обогащенным водородом, и местом (220) подачи пара, и при этом установка (3) риформинга генерирует реформированный технологический газ (205) путем по меньшей мере частичного преобразования метана и пара в монооксид углерода и водород;
- при этом анодная сторона (23) твердооксидного топливного элемента (2) соединена по текучей среде с установкой (3) риформинга для приема реформированного технологического газа (205) и для преобразования реформированного технологического газа (205) в комбинации с кислородом в анодный отходящий газ (208), содержащий пар, диоксид углерода и непрореагировавший реформированный технологический газ (205);
отличающаяся тем, что
- реактор (4) конверсии водяного газа представляет собой мембранный ректор (4) конверсии водяного газа,
- существует выпускное отверстие (211а) для потока (211) газа, обогащенного диоксидом углерода,
- мембранный реактор (4) конверсии водяного газа содержит сторону (41) для проникания, сырьевую сторону (44), катализатор (43) и селективную по отношению к водороду мембрану (42) между стороной (41) для проникания и сырьевой стороной (44),
- при этом сторона (41) для проникания имеет сторону (41а) входа и сторону (41b) выхода, и сырьевая сторона (44) имеет сторону (44а) входа и сторону (44b) выхода,
- впускное отверстие (200а) соединено по текучей среде со стороной (41а) входа стороны (41) для проникания,
- сторона (41b) выхода стороны (41) для проникания предоставляет газообразное углеводородное сырье (202), обогащенное водородом, и соединена по текучей среде с установкой (3) риформинга,
- сторона (44а) входа сырьевой стороны (44) мембранного реактора (4) конверсии водяного газа соединена по текучей среде с твердооксидным топливным элементом (1) для приема анодного отходящего газа (208), для преобразования монооксида углерода и пара в диоксид углерода и водород на сырьевой стороне (44) и для отделения водорода через мембрану (42) для создания газообразного сырья (202), обогащенного водородом, на стороне (41) для проникания, так, что анодный отходящий газ (208) обеднен водородом и монооксидом углерода для создания потока (211) газа, обогащенного диоксидом углерода, содержащего в основном диоксид углерода и пар на сырьевой стороне (44),
и сторона (44b) выхода сырьевой стороны (44) соединена по текучей среде с выпускным отверстием (211а).
10. Система по п. 9, где компрессор (109) расположен между мембранным реактором (4) конверсии водяного газа и установкой (3) риформинга, так, что сторона (41b) выхода стороны (41) для проникания соединена по текучей среде с компрессором (109), и что установка (3) риформинга соединена по текучей среде со стороной выхода компрессора (109).
11. Система по п. 9, где конденсатор (10) расположен между мембранным реактором (4) конверсии водяного газа и установкой (3) риформинга, так, что сторона (41b) выхода стороны (41) для проникания соединена по текучей среде с конденсатором (10), и что установка (3) риформинга соединена по текучей среде со стороной выхода конденсатора (10).
12. Система по одному из пп. 9-11, где мембрана (42) представляет собой мембрану (42а) на основе палладиевого сплава для селективного удаления водорода.
13. Система по п. 9, где сторона (41а) входа стороны (41) для проникания мембранного реактора (4) конверсии водяного газа также соединена по текучей среде с блоком (220а), предоставляющим пар.
14. Система по п. 9, где система (5) отделения соединена по текучей среде со стороной (44b) выхода сырьевой стороны (44) мембранного реактора (4) конверсии водяного газа для введения потока (211) газа, обогащенного диоксидом углерода, в систему (5) отделения для отделения пара от потока (211) газа, обогащенного диоксидом углерода, для предоставления концентрированного диоксида (435) углерода.
