用于產(chǎn)生適于提高的石油或氣體采收率的壓縮二氧化碳的節(jié)能的方法
【專利摘要】一種用于使用SOFC系統(tǒng)(1)從氣態(tài)烴原料(100)產(chǎn)生適于提高的石油或氣體采收率(EOR/EGR)和電力的凈化的壓縮二氧化碳(435)的節(jié)能的方法，該方法包括以下步驟：將氣態(tài)烴原料(100)引入SOFC系統(tǒng)(1)中；將包括熱蒸汽(309)的回收的陽(yáng)極廢氣添加至烴原料(100)；將包括熱蒸汽的烴原料(100)引入至SOFC系統(tǒng)(1)的重整器(108)中；在重整器(108)中生成重整后的工藝氣體(109)；將重整后的工藝氣體(109)傳遞至固體氧化物燃料電池(2)中；在固體氧化物燃料電池(2)中，將重整后的工藝氣體(109)的氫氣和一氧化碳轉(zhuǎn)換成陽(yáng)極廢氣(301)以及轉(zhuǎn)換成耗盡的空氣(208)；將陽(yáng)極廢氣(301)分離成回收的陽(yáng)極廢氣(304)和剩余的廢氣(320)；在凝結(jié)溫度以上回收回收的陽(yáng)極廢氣(304)以提供包括熱蒸汽(309)的回收的陽(yáng)極廢氣；將剩余的陽(yáng)極廢氣(320)傳遞至水煤氣變換單元(322)；在水煤氣變換單元(322)中產(chǎn)生變換后的陽(yáng)極廢氣(326)并將變換后的陽(yáng)極廢氣(326)傳遞至分離系統(tǒng)(400)以產(chǎn)生壓縮二氧化碳(435)。
【專利說(shuō)明】
用于產(chǎn)生適于提高的石油或氣體采收率的壓縮二氧化碳的節(jié)能的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域涉及用于使用SOFC單元產(chǎn)生適于提高的石油或氣體采收率(E0R/EGR)的凈化的壓縮二氧化碳的節(jié)能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]提高的石油采收率(EOR)是用于增加可以從油田提取的原油的量的技術(shù)的通用術(shù)語(yǔ)。術(shù)語(yǔ)提高的氣體采收率(EGR)是用于增加可以例如從接近枯竭的氣田提取的天然氣的量的技術(shù)的通用術(shù)語(yǔ)。當(dāng)前存在提高的石油采收率的幾種不同方法，包括蒸汽驅(qū)和水驅(qū)注入以及水力壓裂。提高的石油采收率提取方法消耗了大量的水、天然氣和能量。氣體注入或混相驅(qū)是目前在提高的石油采收率中最常用的方法。最常用于混相驅(qū)油的流體是二氧化碳，因?yàn)槠浣档土擞偷恼扯炔⑶冶纫夯蜌獗阋?。二氧化碳在?00m深的儲(chǔ)層中是特別有效的，在那里二氧化碳將處于超臨界狀態(tài)。在利用較輕石油的高壓應(yīng)用中，二氧化碳與石油混相，產(chǎn)生石油的膨脹，以及粘度的降低。作為溶劑的二氧化碳具有比諸如丙烷和丁烷的其他類似的混相流體更經(jīng)濟(jì)的好處。
[0003]文獻(xiàn)W02013/074875公開(kāi)了用于使用蒸汽烴原料和SOFC系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生適于提高的石油采收率的凈化的二氧化碳產(chǎn)物的系統(tǒng)和方法。該方法允許捕獲和精煉用于提高的石油采收率的二氧化碳，來(lái)代替處理二氧化碳。該方法還允許在遠(yuǎn)程位置提供電力。該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是該方法不節(jié)能，從而需要另外的資源和產(chǎn)物來(lái)運(yùn)行該工藝。
[0004]文獻(xiàn)US2006/0115691A1公開(kāi)了利用二氧化碳捕獲的在固體氧化物燃料電池發(fā)電站中的廢氣處理的方法，其中，陽(yáng)極廢氣中未反應(yīng)的燃料被重新獲得并回收利用，而所產(chǎn)生的廢氣流由高濃度的二氧化碳組成。該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是該方法不是節(jié)能的，從而需要另外的資源和產(chǎn)物來(lái)運(yùn)行該工藝。
[0005]由此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于從烴原料產(chǎn)生適于提高的石油采收率的凈化的壓縮二氧化碳的節(jié)能的方法。
[0006]本發(fā)明的目標(biāo)是還提供用于在獨(dú)立的單元、更優(yōu)選地在便攜式獨(dú)立單元中產(chǎn)生凈化的壓縮二氧化碳的方法。
[0007]本發(fā)明的目標(biāo)是還提供用于從烴原料產(chǎn)生適于提高的石油采收率的凈化的壓縮二氧化碳的節(jié)能的方法，其中，該方法另外產(chǎn)生了水、氫氣和電力中的至少一個(gè)的盈余。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]上述目標(biāo)通過(guò)包括權(quán)利要求1的特征的方法以及更特別地通過(guò)包括權(quán)利要求2-12的特征的方法來(lái)解決。目標(biāo)特別地通過(guò)一種用于使用SOFC系統(tǒng)從氣態(tài)烴原料產(chǎn)生適于提高的石油或氣體采收率(E0R/EGR)的凈化的壓縮二氧化碳和電力的節(jié)能的方法來(lái)解決，該方法包括以下步驟:
[0009]-將氣態(tài)烴原料引入SOFC系統(tǒng)(I)中，其中，氣態(tài)烴原料是脫硫氣體，或者其中，SOFC系統(tǒng)操作以使得SOFC系統(tǒng)生成脫硫氣體；
[0010]-將包括熱蒸汽的回收的陽(yáng)極廢氣添加至脫硫氣體；
[0011]-將包括熱蒸汽的脫硫氣體引入至SOFC系統(tǒng)的重整器中；
[0012]-在重整器中，通過(guò)至少部分地將甲烷和蒸汽轉(zhuǎn)換成一氧化碳和氫氣來(lái)生成重整后的工藝氣體；
[0013]-將重整后的工藝氣體從重整器傳遞至固體氧化物燃料電池中；
[0014]-在固體氧化物燃料電池中，將與氧氣組合的重整后的工藝氣體的氫氣和一氧化碳轉(zhuǎn)換成包括蒸汽和二氧化碳的陽(yáng)極廢氣以及轉(zhuǎn)換成耗盡的空氣；
[0015]-將陽(yáng)極廢氣分離成回收的陽(yáng)極廢氣和剩余的廢氣；
[0016]-在凝結(jié)溫度以上回收回收的陽(yáng)極廢氣以提供包括熱蒸汽的回收的陽(yáng)極廢氣；
[0017]-將剩余的陽(yáng)極廢氣傳遞至水煤氣變換單元；
[0018]-在水煤氣變換單元中，將一氧化碳和蒸汽轉(zhuǎn)換成二氧化碳和氫氣，以產(chǎn)生變換后的陽(yáng)極廢氣；
[0019]-將變換后的陽(yáng)極廢氣從水煤氣變換單元傳遞至分離系統(tǒng)；
[0020]-在分離系統(tǒng)中，將二氧化碳從變換后的陽(yáng)極廢氣分離，其中，二氧化碳在壓縮機(jī)中被壓縮以提供壓縮二氧化碳。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的最優(yōu)選的實(shí)施例和方法中，方法可以自主地獨(dú)立運(yùn)行，其意味著不需要除了烴燃料和空氣以外的其他供給。該方法是能量自給自足的，并且運(yùn)行工藝所需的必要的原料、熱量和電力在系統(tǒng)中從輸入在內(nèi)部產(chǎn)生，所述輸入是氣態(tài)烴和空氣。脫硫的烴原料氣體優(yōu)選作為輸入氣體，但系統(tǒng)還可以被建立和操作以使得其首先將所接收到的烴原料轉(zhuǎn)換成脫硫的烴原料。最優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法允許操作用于提高的石油采收率(EOR)或提高的氣體采收率(EGR)的獨(dú)立的便攜SOFC系統(tǒng)，其需要脫硫的烴燃料和空氣作為僅有的輸入并且輸送凈化的加壓C02作為輸出，并且可選地還可以輸送電力、氫氣和水中至少之一作為輸出。根據(jù)本發(fā)明的方法允許烴燃料的非常節(jié)能的轉(zhuǎn)換。在最優(yōu)選實(shí)施例中，固體氧化物燃料電池SOFC產(chǎn)生足以在電能方面自主運(yùn)行整個(gè)SOFC單元的電力的量，這意味著電力足以運(yùn)行栗、壓縮機(jī)、熱交換器、控制單元、和運(yùn)行該方法所需的其他設(shè)備。系統(tǒng)內(nèi)的烴燃料的節(jié)能轉(zhuǎn)換和足夠的電力的產(chǎn)生的該組合能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的自主操作。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生凈化的二氧化碳，優(yōu)選地具有至少95摩爾百分?jǐn)?shù)的純度，以及優(yōu)選地具有至少10bar的壓力，以及更優(yōu)選地具有至少150bar的壓力。這種純度對(duì)于EOR或EGR是優(yōu)選的，因?yàn)槠渥钚』撕瑹N地層中未知的或不期望的反應(yīng)的可能性。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明的SOFC系統(tǒng)的最基本實(shí)施例中，除了烴和空氣以外，不需要另外的輸入來(lái)運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的方法。因?yàn)闊N和空氣總是在系統(tǒng)被使用和方法被運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)可得，所以根據(jù)本發(fā)明的SOFC系統(tǒng)非常容易處理并且非常方便運(yùn)行，因?yàn)椴恍枰嘿F的基礎(chǔ)設(shè)施和另外的供給。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述以及其中相同的數(shù)字表示相同的組件的附圖，本發(fā)明的各種目標(biāo)、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1示出包括容器以及一系列入口和出口的便攜單元的示意圖；
[0026]圖2示出在便攜單元中配置的SOFC的實(shí)施例的工藝流程圖；
[0027]圖3示出SOFC系統(tǒng)的另一實(shí)施例的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1示出本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，便攜式SOFC系統(tǒng)I，其可以例如被限制在容器內(nèi)。SOFC系統(tǒng)I包括使空氣200進(jìn)入的入口 201，以及使氣態(tài)烴100進(jìn)入的烴入口 101 JOFC系統(tǒng)I還包括提供壓縮二氧化碳435的二氧化碳出口 434并包括排出耗盡的空氣213的耗盡空氣出口212。在本發(fā)明的最基本實(shí)施例中，不需要額外的輸入來(lái)運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的方法。系統(tǒng)是獨(dú)立的，其意味著SOFC系統(tǒng)I是能量自給自足的，其意味著該工藝所需的材料、熱量和能源通過(guò)使用脫硫的(sweet)氣態(tài)烴輸入和空氣輸入在內(nèi)部產(chǎn)生。
[0029]該系統(tǒng)和方法從脫硫的關(guān)聯(lián)氣體或任何脫硫的氣態(tài)烴(其中，脫硫的意味著除去硫的)和空氣中產(chǎn)生壓縮二氧化碳435。壓縮二氧化碳435以注入油井或氣井所需的純度和壓力產(chǎn)生以用于提高的石油或氣體采收率。在優(yōu)選實(shí)施例中，SOFC系統(tǒng)I還可以包括電輸出61以輸送電力62，和/或可以包括水出口 410以提供水411，和/或可以包括壓縮氫氣出口 419以提供壓縮氫氣420 JOFC系統(tǒng)I能夠輸送的剩余電力和/或水和/或氫氣的量可以取決于SOFC系統(tǒng)I的相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0030]圖3示出了也適用于根據(jù)圖1的SOFC系統(tǒng)I的工藝流程圖的示例性構(gòu)造。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)氣態(tài)烴和空氣足以運(yùn)行用于產(chǎn)生適于提高的石油和氣體采收率的壓縮二氧化碳的SOFC系統(tǒng)I。根據(jù)該方法的設(shè)計(jì)，SOFC系統(tǒng)I另外地能夠提供電力、水和氫氣中的至少一個(gè)的盈余。圖3所示的構(gòu)造可以不僅用于圖1公開(kāi)的自主的獨(dú)立的系統(tǒng)中，而且作為較大設(shè)施的一部分。在這種情況下，諸如電力的一些資源可以從SOFC系統(tǒng)I外部提供。
[0031]氣態(tài)烴原料100在氣態(tài)烴入口101處被引入，其中，氣態(tài)烴原料100是脫硫氣體105，或者其中，氣態(tài)烴原料100被脫硫以變成脫硫氣體105。氣態(tài)烴原料100可以是在井所在處產(chǎn)生的天然氣或任何伴生氣。在圖3中未示出可選的脫硫工藝。氣態(tài)烴原料100行進(jìn)至第一熱交換器102，之后通過(guò)氣體管道103至第二熱交換器104，并且之后，脫硫氣體105經(jīng)由另一氣體管道行進(jìn)至第三熱交換器106。通過(guò)示例，氣態(tài)烴原料100可以在進(jìn)入第一熱交換器102時(shí)具有25°C的溫度，可以在離開(kāi)第一熱交換器102時(shí)具有190°C的溫度，并且脫硫氣體105可以在離開(kāi)第二熱交換器104時(shí)具有340 °C的溫度，并在離開(kāi)第三熱交換器106時(shí)具有700 °C的溫度。在離開(kāi)第三熱交換器106之后，脫硫氣體105與包括熱蒸汽309的回收的陽(yáng)極廢氣混合，所產(chǎn)生的具有回收的陽(yáng)極廢氣的工藝氣體107進(jìn)入重整器108，重整器108允許將脫硫氣體轉(zhuǎn)換成主要由氫氣、一氧化碳組成小部分為蒸汽、二氧化碳和甲烷的重整油。重整器108使用蒸汽、空氣或二氧化碳作為重整劑，或它們的混合物。反應(yīng)在存在重整催化劑的情況下在500-800°C的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，并且根據(jù)重整劑而是吸熱的或放熱的。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，重整器108中的反應(yīng)是吸熱的，并且重整劑是蒸汽和二氧化碳。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，熱交換器210用于為反應(yīng)提供額外的熱量。然后，離開(kāi)重整器108的重整后的工藝氣體109在進(jìn)入固體氧化物燃料電池SOFC 2的陽(yáng)極側(cè)4之前，在熱交換器110中從700 °C加熱到750 °C。
[0032]空氣200在空氣入口201處被引入，并且在壓縮冷空氣203被供給至串聯(lián)配置的兩個(gè)熱交換器204、206之前被鼓風(fēng)機(jī)202輕微壓縮，以使得獲得熱空氣207，熱空氣207被供給至固體氧化物燃料電池SOFC 2的陰極側(cè)3。通過(guò)示例，空氣可以在進(jìn)入熱交換器204時(shí)具有25 °C的溫度，可以在進(jìn)入連續(xù)的熱交換器206時(shí)具有700 V的溫度，并且熱空氣207可以具有750 °C的溫度。
[0033]固體氧化物燃料電池2將重整后的工藝氣體111(也稱為重整油)的部分以及在熱空氣207中包含的氧氣轉(zhuǎn)換成電力和熱量。固體氧化物燃料電池SOFC 2的陽(yáng)極側(cè)4被供給重整后的工藝氣體111，固體氧化物燃料電池SOFC 2的陰極側(cè)3被供給熱空氣207，并且氧氣經(jīng)由電解質(zhì)5從陰極側(cè)3傳送至陽(yáng)極側(cè)4，以使得已知的反應(yīng)在固體氧化物燃料電池SOFC 2中發(fā)生。在固體氧化物燃料電池2中生成的熱量主要以兩個(gè)熱氣體流傳遞，S卩，耗盡的空氣流208和陽(yáng)極廢氣301。轉(zhuǎn)換后的重整油的一部分，即燃料利用率，是設(shè)計(jì)參數(shù)，但應(yīng)當(dāng)對(duì)于固體氧化物燃料電池SOFC 2的有效使用來(lái)說(shuō)足夠高(>60%)。除了電力生產(chǎn)以外，固體氧化物燃料電池SOFC 2的功能是將氧氣傳送至重整油以用于CO2產(chǎn)生。
[0034]耗盡的空氣流208在作為耗盡空氣213在耗盡空氣出口 212離開(kāi)SOFC系統(tǒng)I之前，通過(guò)耗盡空氣管道209、211被路由至熱交換器206，210，204。通過(guò)示例，離開(kāi)固體氧化物燃料電池SOFC 2的耗盡空氣流208可以具有850°C的溫度，之后在熱交換器206中被冷卻至800°C，之后在熱交換器201中被進(jìn)一步冷卻至730°C，并且之后在熱交換器204中被進(jìn)一步冷卻至 50°C。
[0035]電力在逆變器6中從DC轉(zhuǎn)換成AC，并且電力可用于在SOFC系統(tǒng)I內(nèi)使用，并且如果有剩余，這種電力62在電輸出61處可獲得。
[0036]包括蒸汽的陽(yáng)極廢氣301被分離成回收的陽(yáng)極廢氣304和剩余的廢氣320，以使得陽(yáng)極廢氣301被部分回收為包括熱蒸汽309的回收的陽(yáng)極廢氣，其與脫硫氣體105組合以使得產(chǎn)生具有回收的陽(yáng)極廢氣的工藝氣體107。在圖3所公開(kāi)的實(shí)施例中，流經(jīng)熱交換器110的陽(yáng)極廢氣301在分離器303中被分離成兩個(gè)流，回收的陽(yáng)極廢氣304和剩余的陽(yáng)極廢氣320?；厥盏年?yáng)極廢氣304流經(jīng)熱交換器305、管道306、栗307、管道308，并作為包括熱蒸汽309的回收的陽(yáng)極廢氣加入脫硫氣體105。通過(guò)示例，離開(kāi)固體氧化物燃料電池SOFC 2的陽(yáng)極廢氣301可以具有8500C的溫度，之后在熱交換器110中被冷卻至800°C，之后在熱交換器305中被進(jìn)一步冷卻至200°C (其在凝結(jié)溫度之上)，并且之后在熱交換器305中被進(jìn)一步加熱至700°C。該實(shí)施例可以例如使用隔膜栗307來(lái)栗送回收的陽(yáng)極廢氣304。最重要的是陽(yáng)極廢氣301在凝結(jié)溫度之上被回收為包括熱蒸汽309的陽(yáng)極廢氣。因此避免了蒸汽被凝結(jié)成水。凝結(jié)之上的陽(yáng)極廢氣的回收具有以下優(yōu)點(diǎn)，不需要額外的能量來(lái)用于熱蒸汽309的蒸發(fā)和過(guò)度加熱，以使得工藝可以非常節(jié)能地運(yùn)行。
[0037]剩余廢氣320被路由至CO2分離子單元，其將剩余的CO轉(zhuǎn)換成CO2，并將后者與其他氣體(g卩，蒸汽和氫氣)分離。存在針對(duì)該子單元的不同選擇:
[0038]a.CO至⑶2和H2至H20的有氧燃燒跟隨通過(guò)凝結(jié)的水分離。所需要的純氧氣由SOFC利用專門(mén)的電極、電解槽或氧氣分離膜產(chǎn)生；
[0039]b.在存在300°C和190°C之間的蒸汽的情況下通過(guò)水煤氣變換反應(yīng)(WGS:C0+H20 =C02+H2)的CO氧化。膜反應(yīng)器，即與出或0)2滲透膜耦合的WGS反應(yīng)器的使用是特別感興趣的，由于其允許將反應(yīng)的平衡朝向CO的全轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)移，并使得能夠分離HdPCO2，同時(shí)蒸汽在冷卻時(shí)通過(guò)凝結(jié)分離；
[0040]c.可替換地，可以使用氣體分離技術(shù)，諸如變壓吸附(PSA)、選擇性膜或低溫蒸餾。
[0041]在圖3所公開(kāi)的實(shí)施例中，剩余廢氣320被路由至第三冷卻器106，并且之后經(jīng)由陽(yáng)極廢氣管道321流動(dòng)至高溫水煤氣變換反應(yīng)器322以變成變換后陽(yáng)極廢氣324，之后經(jīng)由第二熱交換器104和管道324流動(dòng)至跟隨有管道326和第一熱交換器102的低溫水煤氣變換反應(yīng)器325，以成為冷卻的變換后陽(yáng)極廢氣327。
[0042]冷卻的變換后陽(yáng)極廢氣327被路由至分離系統(tǒng)400，其包括一系列壓縮和冷卻步驟以分離水、氫氣和二氧化碳。冷卻的變換后陽(yáng)極廢氣327進(jìn)入具有輔助冷卻402的水分離器401，其中水凝物408被分離。剩余的冷卻的變換后陽(yáng)極廢氣327之后在壓縮機(jī)403中被壓縮，在具有輔助冷卻405的熱交換器404中被冷卻，并且之后被引入另一水分離器406中，其中水凝物407被分離。分離的水407、408在水箱409中被收集，并且水411可以在水出口 410處獲得。剩余的冷卻的變換后陽(yáng)極廢氣327在壓縮機(jī)415中被壓縮，在具有輔助冷卻417的熱交換器416中冷卻并在分離器418中流動(dòng)，其中，流體被分離成壓縮氫氣420和超臨界二氧化碳430，壓縮氫氣420可以在壓縮氫氣出口 419處獲得，超臨界二氧化碳430通過(guò)栗431和管道432被栗入二氧化碳存儲(chǔ)箱433。壓縮二氧化碳435可以在二氧化碳出口 434獲得。通過(guò)示例，冷卻的變換后陽(yáng)極廢氣327可以在離開(kāi)壓縮機(jī)403時(shí)具有1bar的壓力，并且可以在離開(kāi)壓縮機(jī)415時(shí)具有80bar的壓力，以使得壓縮氫氣420具有80bar的壓力，其中二氧化碳進(jìn)一步被栗431壓縮，以使得壓縮的二氧化碳435可以具有150bar的壓力。
[0043]在最優(yōu)選的實(shí)施例中，SOFC系統(tǒng)I被設(shè)計(jì)為自主操作，僅有的供給是燃料和空氣。因此，由逆變器6生成的電力必須足以運(yùn)行整個(gè)SOFC系統(tǒng)I。通過(guò)示例，由逆變器電輸出61生成的電力相對(duì)而言是100 %。在SOFC系統(tǒng)I的示例性實(shí)施例中，電力消耗相對(duì)而言如下:
[0044]-鼓風(fēng)機(jī)202:7%
[0045]-循環(huán)栗307:0.4%
[0046]-輔助冷卻402:0.5%
[0047]-輔助冷卻405:0.5%
[0048]-輔助冷卻417:1.2%
[0049]-壓縮機(jī)403，壓縮機(jī)415和栗431總共:7.7%
[0050]需要可用電力的總共17.3%來(lái)運(yùn)行上述單元。需要一些額外的電力來(lái)運(yùn)行控制單元7，其控制SOFC系統(tǒng)I的所有單元，特別是消耗電力的單元。
[0051]圖2示出本發(fā)明的另一實(shí)施例。然而，可以考慮其他配置，只要滿足產(chǎn)品質(zhì)量和自給自足的需求，以及特別地，只要回收的陽(yáng)極廢氣304在凝結(jié)溫度之上被回收即可。
[0052]氣態(tài)烴100在熱交換器102中被加熱，并且與來(lái)自蒸發(fā)器440的蒸汽以及回收的陽(yáng)極廢氣309混合以產(chǎn)生具有回收的陽(yáng)極廢氣的工藝氣體107。具有回收的陽(yáng)極廢氣的工藝氣體107在蒸汽重整器108中在700°C被轉(zhuǎn)換，在熱交換器110中被加熱，并且被進(jìn)給至固體氧化物燃料電池SOFC 2的陽(yáng)極側(cè)4，其在750°C并以60%的燃料利用率FU操作。排出的陽(yáng)極氣體301的一部分，例如60%，作為回收的陽(yáng)極廢氣304被再循環(huán)至重整器108。剩余的陽(yáng)極氣體320通過(guò)熱交換器106、102和一系列的兩個(gè)水煤氣變換反應(yīng)器322供給以將具有蒸汽的剩余CO轉(zhuǎn)換成0)2和出。所產(chǎn)生的氣體，冷卻的變換后陽(yáng)極廢氣327之后被供給至分離系統(tǒng)400(與圖3所公開(kāi)的相同的系統(tǒng))，以將冷卻的變換后陽(yáng)極廢氣327冷卻至例如40°C，以在經(jīng)歷一系列壓縮-冷卻-分離階段之前將蒸汽的主要部分凝結(jié)成水。剩余的水或蒸汽在第一階段之后被凝結(jié)并分離。代表氣流的例如58%的C02進(jìn)一步在以下階段中被壓縮、液化和分離。水被收集在水箱409中。水箱409通過(guò)水管道436連接至水栗437，其使水出口410的水411加壓。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，水管道436還與栗438連接，跟隨有與蒸發(fā)器440連接的水管道439。該實(shí)施例允許利用額外的蒸汽提供具有回收的陽(yáng)極廢氣的工藝氣體107。這樣的實(shí)施例可能對(duì)實(shí)現(xiàn)蒸汽平衡標(biāo)準(zhǔn)是有利的，以滿足有利的氧碳比，例如2.4，其在重整器108中需要以避免積碳的形成。如圖3所公開(kāi)的，圖2所公開(kāi)的分離系統(tǒng)400還以150bar的壓力產(chǎn)生壓縮二氧化碳。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于使用SOFC系統(tǒng)(I)從氣態(tài)烴原料(100)產(chǎn)生適于提高的石油或氣體采收率(E0R/EGR)的凈化的壓縮二氧化碳(435)和電力的節(jié)能的方法，該方法包括以下步驟: -將所述氣態(tài)烴原料(100)引入所述SOFC系統(tǒng)(I)中，其中，所述氣態(tài)烴原料(100)是脫硫氣體(105)，或者其中，所述SOFC系統(tǒng)(I)操作以使得所述SOFC系統(tǒng)(I)生成脫硫氣體(105); -將包括熱蒸汽(309)的回收的陽(yáng)極廢氣添加至所述脫硫氣體(105); -將包括熱蒸汽的脫硫氣體(105)引入至所述SOFC系統(tǒng)(I)的重整器(108)中； -在所述重整器(108)中，通過(guò)至少部分地將甲烷和蒸汽轉(zhuǎn)換成一氧化碳和氫氣來(lái)生成重整后的工藝氣體(109); -將所述重整后的工藝氣體(109)從所述重整器(108)傳遞至固體氧化物燃料電池(2)中； -在所述固體氧化物燃料電池(2)中，將與氧氣組合的重整后的工藝氣體(109)的氫氣和一氧化碳轉(zhuǎn)換成包括蒸汽和二氧化碳的陽(yáng)極廢氣(301)以及轉(zhuǎn)換成耗盡的空氣(208); -將所述陽(yáng)極廢氣(301)分離成回收的陽(yáng)極廢氣(304)和剩余的廢氣(320); -在凝結(jié)溫度以上回收所述回收的陽(yáng)極廢氣(304)以提供包括熱蒸汽(309)的回收的陽(yáng)極廢氣； -將所述剩余的陽(yáng)極廢氣(320)傳遞至水煤氣變換單元(322); -在所述水煤氣變換單元(322)中，將一氧化碳和蒸汽轉(zhuǎn)換成二氧化碳和氫氣，以產(chǎn)生變換后的陽(yáng)極廢氣(326); -將所述變換后的陽(yáng)極廢氣(326)從所述水煤氣變換單元(323)傳遞至分離系統(tǒng)(400); -在所述分離系統(tǒng)(400)中，將二氧化碳從所述變換后的陽(yáng)極廢氣(326)分離，其中，二氧化碳在壓縮機(jī)(403，415)中被壓縮以提供壓縮二氧化碳(435)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟: -將空氣(200)引入所述SOFC系統(tǒng)(I); -通過(guò)使用所述耗盡的空氣(208)在熱交換器(204，206)中將所述空氣(200)加熱至從700 °C至1000 °C的范圍的溫度，并將包括氧氣的熱空氣(207)提供至所述固體氧化物燃料電池⑵。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，該方法還包括以下步驟: -使用所述剩余的陽(yáng)極廢氣(320)以用于在熱交換器(102，104，106)中將所述氣態(tài)烴原料(100)加熱至從500 0C至800 °C的范圍的溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，該方法還包括以下步驟: -通過(guò)使用所述耗盡的空氣(208)加熱所述重整器(108)以提供用于在所述重整器(108)中重整反應(yīng)的必要熱量。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括以下步驟: 將提供蒸汽(309)的回收的陽(yáng)極廢氣(304)冷卻至高于凝結(jié)溫度和200°C的范圍的溫度，栗送所述回收的陽(yáng)極廢氣(304，306)，以及將所述回收的陽(yáng)極廢氣(304，306，308)加熱至從500°C至800°C的范圍的溫度以形成包括熱蒸汽(309)的回收的陽(yáng)極廢氣。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述回收的陽(yáng)極廢氣(306)被隔膜栗(307)栗送。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，所述回收的陽(yáng)極廢氣(308)通過(guò)使用所述陽(yáng)極廢氣(304)的回收部分來(lái)加熱。8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述固體氧化物燃料電池SOFC(2)產(chǎn)生足以運(yùn)行所述SOFC系統(tǒng)(I)的所有電子設(shè)備的量的電力，所述電子設(shè)備至少包括所述SOFC系統(tǒng)(I)的鼓風(fēng)機(jī)(202)、再循環(huán)系統(tǒng)(307)、輔助冷卻系統(tǒng)(402，404，416)、壓縮機(jī)(403,415)以及控制單元(7)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述SOFC系統(tǒng)(I)自主運(yùn)行，僅需要所述氣態(tài)烴原料(100)和空氣(200)。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述二氧化碳(435)被壓縮至在100至200bar的范圍的壓力。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述分離系統(tǒng)(400)另外地從所述變換后的陽(yáng)極廢氣(326)分離水(411)。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述分離系統(tǒng)(400)另外地從所述變換后的陽(yáng)極廢氣(326)分離氫氣(420)。13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法操作的SOFC系統(tǒng)(I)，用于從氣態(tài)烴原料(100)和空氣(200)聯(lián)合產(chǎn)生電力和壓縮二氧化碳(435)。14.根據(jù)方法權(quán)利要求9操作的SOFC系統(tǒng)(I)。
【文檔編號(hào)】H01M8/0668GK105849041SQ201380081809
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2013年10月22日
【發(fā)明人】Y·M·阿拉亞索夫, F·阿倫阿茲
【申請(qǐng)人】能源研究院