Способ и система для получения диоксида углерода, очищенного водорода и электричества из сырьевого реформированного технологического газа

1. Способ получения диоксида (435) углерода, очищенного водорода (213) и электричества из сырьевого реформированного технологического газа (205) с использованием твердооксидного топливного элемента SOFC (2), при этом способ включает этапы:
- введения реформированного технологического газа (205) в анодную сторону (23) твердооксидного топливного элемента (2);
- в твердооксидном топливном элементе (2) введения воздуха (100) в катодную сторону (21) твердооксидного топливного элемента (2) и в анодной стороне (23) 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 анодного отходящего газа (208) в высокотемпературный реактор (8) конверсии водяного газа;
- в высокотемпературном реакторе (8) конверсии водяного газа преобразования монооксида углерода и пара в диоксид углерода и водород,
- введения газа (216), выходящего из высокотемпературного реактора (8) конверсии водяного газа, в низкотемпературный мембранный реактор (4) конверсии водяного газа,
- в низкотемпературном мембранном реакторе (4) конверсии водяного газа преобразования монооксида углерода и пара в диоксид углерода и водород, при этом низкотемпературный мембранный реактор (4) конверсии водяного газа содержит водородный насос (9), который вырабатывает очищенный водород (213) на стороне (41) для проникания, одновременно удаляя водород из сырьевой стороны (44), таким образом анодный отходящий газ (208) обедняют водородом и монооксидом углерода для создания потока (211) газа, обогащенного диоксидом углерода, содержащего в основном диоксид (435) углерода и пар.
2. Способ по п. 1, где твердооксидным топливным элементом SOFC (2) управляют для эксплуатации с использованием топлива (FU) в диапазоне от 0% до 90%, в зависимости от требуемого количества получаемого очищенного водорода (213) и диоксида (435) углерода.
3. Способ по п. 1, где твердооксидным топливным элементом SOFC (2) управляют для эксплуатации с использованием топлива (FU) в диапазоне от 25% до 80%.
4. Способ по одному из пп. 1-3, где газ (216), выходящий из высокотемпературного реактора (8) конверсии водяного газа, содержит менее 2% монооксида углерода и его температура составляет менее 200°C.
5. Способ по одному из предыдущих пунктов, где газообразное углеродсодержащее топливное сырье (200), в частности газообразное углеводородное сырье (200), и пар (220) вводят в установку (3) риформинга;
и при этом в установке (3) риформинга реформированный технологический газ (205) генерируют по меньшей мере путем частичного преобразования метана и пара в монооксид углерода и водород.
6. Способ по п. 5, где жидкое углеродсодержащее топливное сырье, в частности жидкое углеводородное сырье, вводят в теплообменник (203) для генерирования газообразного углеводородного сырья (200).
7. Способ по одному из пп. 1-4, где твердое углеродсодержащее топливо (201) и пар (220) вводят в газогенератор (11) для генерирования газового продукта, и при этом газовый продукт вводят в блок (12) газоочистки для генерирования реформированного технологического газа (205).
8. Способ по одному из предыдущих пунктов, где очищенный водород (213) добавляют к сырьевому реформированному технологическому газу (205).
9. Способ по одному из предыдущих пунктов, 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) и насосе (431) для предоставления сжатого диоксида (435) углерода.
10. Способ по одному из предыдущих пунктов, по которому полученным количеством очищенного водорода (213) и диоксида (435) углерода управляют путем уменьшения использования топлива (FU) таким образом, чтобы электроэнергия, вырабатываемая твердооксидным топливным элементом SOFC (2), обеспечивала автономную работу способа.
11. Система (1) для получения диоксида (435) углерода, очищенного водорода (213) и электричества из сырьевого реформированного технологического газа (205), при этом система содержит твердооксидный топливный элемент SOFC (2),
при этом твердооксидный топливный элемент (2) соединен по текучей среде с сырьевым реформированным технологическим газом (205) для преобразования реформированного технологического газа (205) в комбинации с кислородом в анодный отходящий газ (208), содержащий пар, диоксид углерода и непрореагировавший технологический газ;
отличающаяся тем, что дополнительно содержит:
- высокотемпературный реактор (8) конверсии водяного газа,
- и низкотемпературный мембранный реактор (4) конверсии водяного газа, содержащий сторону (41) для проникания, сырьевую сторону (44) и электрохимический насос (9) между ними,
при этом высокотемпературный реактор (8) конверсии водяного газа соединен по текучей среде с твердооксидным топливным элементом (2) для приема анодного отходящего газа (208) и для преобразования монооксида углерода и пара в диоксид углерода и водород,
при этом сырьевая сторона (44) низкотемпературного мембранного реактора (4) конверсии водяного газа соединена по текучей среде с высокотемпературным реактором (8) конверсии водяного газа для приема газа (216), выходящего из высокотемпературного реактора (8) конверсии водяного газа, для преобразования монооксида углерода и пара в диоксид углерода и водород и для отделения водорода электрохимическим насосом (9) для создания очищенного водорода (213) на стороне (41) для проникания, таким образом анодный отходящий газ (208) обеднен водородом и монооксидом углерода для создания потока (211) газа, обогащенного диоксидом углерода, содержащего в основном диоксид углерода и пар.
12. Система по п. 11, содержащая блок (7) управления, выполненный с возможностью управления использованием топлива (FU) твердооксидным топливным элементом (2) для того, чтобы таким образом управлять получаемым количеством очищенного водорода (213) и диоксида (435) углерода.
13. Система по п. 12, где блок (7) управления выполнен с возможностью управления использованием топлива (FU) в диапазоне от 0% до 90%, в зависимости от требуемого количества получаемого очищенного водорода (213) и диоксида (435) углерода.
14. Система по п. 13, где блок (7) управления выполнен с возможностью управления использованием топлива (FU) в диапазоне от 25% до 80%.
15. Система по одному из пп. 11-14, где выход стороны (41) для проникания низкотемпературного мембранного реактора (4) конверсии водяного газа соединен по текучей среде с установкой (3) риформинга.
16. Система по одному из пп. 11-15, где электрохимический насос (9) содержит РЕМ мембрану (42) для выборочного удаления водорода.
17. Система по одному из пп. 11-16, содержащая установку (3) риформинга для приема газообразного углеродсодержащего топливного сырья (200), в частности газообразного углеводородного сырья (200), и пара (220), при этом установка (3) риформинга соединена по текучей среде с твердооксидным топливным элементом (2) для предоставления реформированного технологического газа (205).
18. Система по п. 17, содержащая испаритель (203) для приема жидкого углеродсодержащего топливного сырья, в частности жидкого углеводородного сырья, и для генерирования газообразного углеродсодержащего сырья (200), в частности газообразного углеводородного сырья (200), при этом испаритель (203) соединен по текучей среде с установкой (3) риформинга.
19. Система по одному из пп. 11-16, содержащая газогенератор (11) для приема твердого углеродсодержащего топлива (201) и пара (220), при этом газогенератор (11) соединен по текучей среде с блоком (12) газоочистки для генерирования реформированного технологического газа (205), и при этом газогенератор (11) соединен по текучей среде с твердооксидным топливным элементом (2).
20. Система по одному из пп. 11-19, где система (5) отделения соединена по текучей среде со стороной (44b) выхода сырьевой стороны (44) низкотемпературного 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 диоксида (435) углерода.
21. Применение системы по одному из пп. 11-20 для автономного получения электроэнергии, очищенного водорода (213) и диоксида (435) углерода из углеводородных видов топлива.