熔融碳酸盐燃料电池在炼油厂装置中的集成制造方法及图纸

在各种方面中，提供了在炼油厂装置中运行熔融碳酸盐燃料电池的系统和方法。该熔融碳酸盐燃料电池可用于向各种炼油厂工艺供氢，包括向各种燃烧反应供氢以代替使用碳基燃料。另一方面，由炼油厂工艺生成的含CO2料流也可用作熔融碳酸盐燃料电池的输入料流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】熔融碳酸盐燃料电池在炼油厂装置中的集成专利
在各种方面中，本专利技术涉及与熔融碳酸盐燃料电池的使用集成的化学生产和/或发电工艺。专利技术背景熔融碳酸盐燃料电池利用氢气和/或其它燃料发电。可通过在燃料电池上游或燃料电池内的蒸汽重整器中重整甲烷或其它可重整燃料来提供氢气。可重整燃料可包括可以在升高的温度和/或压力下与蒸汽和/或氧反应产生含氢气的气态产物的烃质材料。或者或另外，燃料可以在熔融碳酸盐燃料电池的阳极池中重整，可运行所述燃料电池以创造适合在阳极中重整燃料的条件。或者或另外，可以在燃料电池的外部和内部进行重整。传统上，运行熔融碳酸盐燃料电池以使每单位燃料输入的发电量最大化，这可以被称作燃料电池的电效率。这种最大化可基于独自或与另一发电系统结合的燃料电池。为了实现提高的发电量和管理发热，燃料电池内的燃料利用率通常保持在70％至75％。美国公开专利申请2011/0111315描述了一种在阳极入口料流中存在显著氢气含量的情况下运行燃料电池系统的系统和方法。’315公开中的技术涉及在阳极入口提供足够的燃料以在燃料接近阳极出口时仍有足够的燃料用于氧化反应。为了确保足够的燃料，’315公开提供了具有高浓度H2的燃料。氧化反应中未用到的H2再循环到阳极以用于下一次通过。按单次通过计，H2利用率可以为10％至30％。文献’315没有描述阳极内的显著重整，而是主要依靠外部重整。美国公开专利申请2005/0123810描述了一种用于氢气和电能联产的系统和方法。该联产系统包含燃料电池和构造成接收阳极排气料流并分离氢气的分离单元。一部分阳极排气也再循环到阳极入口。’810公开中给出的运行范围看起来基于固体氧化物燃料电池。熔融碳酸盐燃料电池被描述为替代物。美国公开专利申请2003/0008183描述了一种用于氢气和电力联产的系统和方法。作为用于将烃型燃料转化成氢气的化学转化器的通用类型提到燃料电池。该燃料电池系统还包括外部重整器和高温燃料电池。描述了该燃料电池系统的一个实施方案，其具有大约45％的电效率和大约25％的化学生产率，导致系统联产效率为大约70％。‘183公开看起来没有描述独立于该系统的燃料电池的电效率。美国专利5,084,362描述了一种将燃料电池与气化系统集成以便可使用煤气作为燃料电池阳极的燃料源的系统。使用燃料电池生成的氢气作为用于由煤气(或其它煤)输入生成甲烷的气化器的输入。然后使用来自气化器的甲烷作为燃料电池的至少一部分输入燃料。由此，燃料电池生成的至少一部分氢气以气化器生成的甲烷的形式间接再循环到燃料电池阳极入口。JournalofFuelCellScienceandTechnology中的一篇文章(G.Manzolini等人,J.FuelCellSci.andTech.,第9卷，2012年2月)描述了一种将燃烧发电机与熔融碳酸盐燃料电池组合的发电系统。描述了燃料电池的各种布置和运行参数。来自燃烧发电机的燃烧输出部分地用作燃料电池阴极的输入。Manzolini文章中的模拟的一个目标是使用MCFC从发电机的废气中分离CO2。Manzolini文章中描述的模拟确立了660℃的最大出口温度并指出入口温度必须足够更冷以虑及经过燃料电池的升温。基础模型实例中MCFC燃料电池的电效率(即发电量/燃料输入)为50％。针对CO2捕捉优化的试验模型实例中的电效率也是50％。Desideri等人的文章(Intl.J.ofHydrogenEnergy,Vol.37,2012)描述了使用燃料电池分离CO2的发电系统的性能的建模方法。利用阳极排气再循环到阳极入口和阴极排气再循环到阴极入口来改进燃料电池的性能。模型参数描述了50.3％的MCFC电效率。专利技术概述一方面，提供了一种在炼油厂中生成氢气的方法。该方法包括将包含可重整燃料的燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与所述阳极相关的内部重整元件或其组合；接收衍生自一个或多个第一炼油厂工艺的一个或多个含CO2料流；将包含CO2和O2的阴极入口料流引入燃料电池的阴极，所述阴极入口料流包含至少一部分所述一个或多个含CO2料流；在所述熔融碳酸盐燃料电池内发电；从阳极排气中取出一个或多个包含H2、H2和CO或其组合的气流；和将从阳极排气中取出的所述一个或多个气流送往一个或多个第二炼油厂工艺。另一方面，所述从阳极排气中取出一个或多个包含H2、H2和CO或其组合的气流包括：生成阳极排气；和分离阳极排气以形成至少一个CO2含量大于所述阳极排气的CO2含量的气流和所述一个或多个包含H2、H2和CO或其组合的气流，所述一个或多个气流的CO2含量小于所述阳极排气的CO2含量。另一方面，所述从阳极排气中取出一个或多个包含H2、H2和CO或其组合的气流包括：生成阳极排气；从阳极排气中分离CO2和H2O以形成具有H2的第一体积百分比的第一气流；从第一气流中分离具有H2的第二体积百分比的第二气流，H2的第二体积百分比大于H2的第一体积百分比；将第一气流压缩至第一压力；和将第二气流压缩至第二压力，第二压力高于第一压力。另一方面，提供了一种在炼油厂中生成氢气的方法。该方法包括将包含可重整燃料的燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极，与所述阳极相关的内部重整元件或其组合；将包含CO2和O2的阴极入口料流引入燃料电池的阴极；在所述熔融碳酸盐燃料电池内发电；生成包含H2和CO2的阳极排气；分离阳极排气以形成至少一个CO2含量大于所述阳极排气的CO2含量的气流和一个或多个CO2含量小于所述阳极排气的CO2含量的气流；和将所述一个或多个CO2含量小于所述阳极排气的CO2含量的气流送往一个或多个第二炼油厂工艺。本申请与另外21个共同待审的PCT申请有关，它们在同一日期与其一起提交并通过下列代理人案号和名称标识：名为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM104-WO；名为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM107-WO；名为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM108-WO；名为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM109-WO；名为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM272-WO；名为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCellsataReducedElectricalEfficiency”的2013EM273-WO；名为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM274-WO；名为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在炼油厂中生成氢气的方法，所述方法包括：将包含可重整燃料的燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与所述阳极相关的内部重整元件或其组合；将包含CO2和O2的阴极入口料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阴极；在所述熔融碳酸盐燃料电池内发电；生成包含H2和CO2的阳极排气；对所述阳极排气进行分离(例如使用膜)以形成CO2含量高于所述阳极排气的CO2含量的富CO2气流和CO2含量小于所述阳极排气的CO2含量的脱CO2气流，其中脱CO2气流任选包含富H2气流和合成气流；和将所述脱CO2气流送往一个或多个第二炼油厂工艺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/787,587;2013.03.15 US 61/787,697;1.一种在炼油厂中生成氢气的方法，所述方法包括：将包含可重整燃料的燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与所述阳极相关的内部重整元件或其组合；将包含CO2和O2的阴极入口料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阴极；在所述熔融碳酸盐燃料电池内发电；生成包含H2和CO2的阳极排气；对所述阳极排气进行分离以形成CO2含量高于所述阳极排气的CO2含量的富CO2气流和包含氢气且CO2含量小于所述阳极排气的CO2含量的脱CO2气流；和将所述脱CO2气流送往一个或多个第二炼油厂工艺；其中所述熔融碳酸盐燃料电池这样地运行，即(i)使得阴极中的CO2利用率为至少60％，并且或者(ii)从而获得0.25至1.15的热比率，或者(iii)以使得引入阳极、与阳极相关的内部重整元件或其组合中的可重整燃料的量提供至少1.5的可重整燃料过剩率，或者(iv)达到(ii)和(iii)两项。2.权利要求1的方法，其中所述阴极入口料流包含直接或间接衍生自一个或多个第一炼油厂工艺的一个或多个含CO2料流。3.权利要求1的方法，其进一步包括在一个或多个分离阶段中从所述阳极排气、所述脱CO2气流和所述富CO2气流的至少一个中分离H2O。4.权利要求1的方法，其中阳极排气中的合成气的净摩尔数与阴极排气中的CO2摩尔数的比率为至少2.0。5.权利要求1的方法，其中阳极中的燃料利用率为50％或更低，并且/或者其中引入阳极、与阳极相关的内部重整元件或其组合中的可重整燃料的量提供至少2.0的可重整燃料过剩率，并且/或者其中熔融碳酸盐燃料电池在0.25至1.0的热比率下运行。6.权利要求1的方法，其中在至少150mA/cm2的电流密度和至少80mW...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·贝洛维茨，T·A·巴尔克霍尔兹，A·S·李，F·赫什科维茨，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：发明
国别省市：美国;US