用于碳捕获的蒸汽甲烷重整单元制造技术

一种熔融碳酸盐燃料电池供电的系统，其用于捕获由蒸汽甲烷重整器系统产生的二氧化碳。将来自变压吸附系统的尾气与来自燃料电池阳极的废气混合，然后加压和冷却以提取液化二氧化碳。将残余的低CO2气体引导至阳极气体氧化器、阳极、重整器以用于燃料燃烧，和/或引导至所述变压吸附系统。来自所述重整器的低CO2烟道气可以被排放到大气中或者被引导至所述阳极气体氧化器中。到达燃料电池的CO2量的减少允许根据所述系统的功率需求来设计所述燃料电池的尺寸，并且消除了输出额外电力输出的需要。要。要。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于碳捕获的蒸汽甲烷重整单元
[0001]相关专利申请的交叉参考
[0002]本申请要求2020年3月11日提交的美国临时申请第62/987,985号的权益和优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]本公开涉及一种蒸汽甲烷重整器(SMR)。特别地，本公开涉及一种具有增强的二氧化碳(CO2)捕获的SMR。
[0004]蒸汽甲烷重整器(SMR)通常用于从气体原料如天然气或炼厂气生产合成气。产生的合成气可以在工厂内进一步加工，以产生各种最终产物，包含纯化的氢气、甲醇、一氧化碳和氨。然而，在重整过程中产生的烟道气含有污染物，如二氧化碳，已知这些污染物通过造成整体气候变化，从而对环境产生不利影响。众所周知，SMR是炼油厂最大的CO2排放者中的一个。因此，近年来，许多政府监管机构要求减少二氧化碳向大气中的排放。
[0005]考虑到对二氧化碳释放的有害影响的认识和最近对其排放的限制，已经努力从蒸汽重整器工厂产生的烟道气中有效地除去纯化形式的二氧化碳。通过从烟道气中除去二氧化碳，二氧化碳可替代地用于其他更安全的目的，如地下储存或石油生产需要。
[0006]目前从SMR捕获CO2的方法，如例如使用胺吸收汽提塔系统从烟道气中除去CO2(燃烧后捕获)或在汽提塔系统中使用物理或胺基化学溶剂从SMR尾气中除去CO2(燃烧前捕获)，效率非常低且成本高。汽提系统通常过于耗能，需要大量的蒸汽来使溶剂再生。采用熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)技术的最新燃烧后方法在从宿主植物中捕获CO2同时发电。超出系统自身需求产生的额外电力提供了收入来源，其可抵消系统资本和运营成本。在常规的后燃烧系统中，来自SMR的含有高CO2水平的烟道气被引导至MCFC。由于高CO2水平，此方法需要相对大量的MCFC模块，这可能是昂贵的，并且可能产生比期望的更多的电力。因此，常规的基于MCFC的CO2捕获系统可能非常昂贵，并且可能产生不容易卸载的过剩能量。

技术实现思路

[0007]本文描述的实施例提供了从SMR系统的变压吸附(PSA)系统的尾气中捕获CO2的SMR
‑
CO2捕获系统，与一些常规的CO2捕获系统相比，其可以有利地有助于以更高效和成本有效的方式捕获CO2。
[0008]在一些实施例中，用于从SMR系统捕获CO2的系统包括压缩机、制冷机和CO2分离器。来自SMR系统PSA的尾气由压缩机压缩，并由制冷机冷却。CO2分离器将液化CO2与残余的未冷凝气体分离。未冷凝的气体然后可以再循环到SMR系统的PSA和/或SMR系统的重整器中作为燃料燃烧。
[0009]在一些实施例中，该系统还包括MCFC。来自PSA的尾气可以在被压缩、冷却和分离成液态CO2和残余气体之前与来自MCFC的阳极的废气混合。残余气体可以再循环到SMR系统或用于捕获CO2的系统的各个部分中。例如，在一些实施例中，气体的一部分可以再循环到阳极气体氧化器，然后再循环到MCFC的阴极，而另一部分再循环到MCFC的阳极。在一些实施
例中，残余气体的第三部分可以再循环到SMR系统的PSA以产生更多的氢气，或者再循环到SMR系统中的重整器以作为燃料燃烧。残余气体的此第三部分可改为再循环用于SMR系统外的PSA中。在一些实施例中，残余气体的第三部分可以再循环到SMR系统的PSA以产生更多的氢气，并且残余气体的第四部分可以再循环到SMR系统中的重整器以作为燃料燃烧。
[0010]在一些实施例中，来自SMR系统的重整器的烟道气可被排放到大气中。因为来自SMR系统的PSA的尾气没有被燃烧来为SMR系统的重整器提供燃料，所以烟道气中的CO2相对低。在其他实施例中，烟道气可被引导至用于捕获CO2的系统中的阳极气体氧化器，然后被引导至MCFC的阴极。
[0011]在一些实施例中，MCFC的尺寸可经设计仅为用于捕获CO2的系统、仅为SMR系统或两者供电。因为来自SMR系统的PSA的尾气没有被燃烧来为SMR系统的重整器提供燃料，所以MCFC接收的CO2量减少，从而允许MCFC的尺寸被设计得更小，并且减少了过剩的发电。
[0012]在一些实施例中，提供了实施上述系统的捕获CO2的方法。
[0013]前述是本公开的概述，因此必然含有细节的简化、概括和省略。因此，本领域的技术人员将了解，概述仅为说明性且并不旨在以任何方式进行限制。如仅通过权利要求书所定义，本文所描述的装置和/或过程的其它方面、特征以及优点将在本文中且结合附图阐述的具体实施方式中变得显而易见。
附图说明
[0014]结合附图，从以下详细描述中将更充分地理解本公开，其中相同的附图标记指代相同的元件，其中：
[0015]图1显示了常规SMR
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CO2捕获系统的示意图。
[0016]图2显示了根据本公开的代表性实施例的SMR
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CO2捕获系统的示意图。
[0017]图3显示了根据另一个代表性实施例的SMR
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CO2捕获系统的示意图。
[0018]图4显示了根据又一代表性实施例的SMR
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CO2捕获系统的示意图。
[0019]图5显示了根据又一代表性实施例的SMR
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CO2捕获系统的示意图。
[0020]图6显示了根据代表性实施例的从SMR捕获CO2的方法。
具体实施方式
[0021]总体参考附图，本文公开了与一些常规CO2捕获系统相比，能够以更高效和成本有效的方式捕获CO2的增强的SMR
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CO2捕获系统的各种实施例。本文公开的各种实施例可以能够增加捕获的CO2的量，提高捕获CO2的效率，增加产生的氢气的量，和/或降低与捕获CO2相关联的成本。在本文公开的各种实施例中，附图之间相同的附图标记指代相同的元件，但是从一幅图到另一幅图增加200(例如，图2中的PSA 450与图3中的PSA 650相同，等等)。
[0022]一般来说，在SMR
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CO2捕获系统的典型SMR单元中，天然气与水反应形成氢气和CO2。一些甲烷未被转化，并且在该过程中还产生一些一氧化碳。通常使用PSA系统从氢气中除去这些杂质以及没有通过冷凝分离出来的任何水，该PSA系统可以在大气压下解吸这些杂质以产生通常CO2含量高并且还含有CO、甲烷和氢气的PSA尾气。典型地，PSA尾气作为燃料在SMR单元中再循环，在该SMR单元中气体与空气一起燃烧以提供吸热重整反应所需的热量。此反应产生具有相对高CO2含量的烟道气，该烟道气可以被引导至MCFC用于随后的CO2捕获。
在这种类型的系统配置中，MCFC的尺寸部分地由从SMR单元接收的烟道气中转移到MCFC的阳极的CO2的量(或百分比)(例如，70％
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90％的CO2)支配。
[0023]然而，PSA尾气的成分非常类似于CO2捕获系统中MCFC的经变换阳极废气。因此，申请人有利地确定PSA尾气可以在被压缩和冷却以从气体中分离CO2之前直接与MCFC的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从蒸汽甲烷重整器系统捕获二氧化碳的系统，所述用于捕获二氧化碳的系统包括：压缩机，其被配置成压缩从所述蒸汽甲烷重整器系统接收的尾气；制冷机，其被配置成冷却所述尾气；和二氧化碳分离器，其被配置成将所述尾气分离成液化二氧化碳和残余尾气。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：熔融碳酸盐燃料电池，其包括阳极和阴极；其中所述尾气在被压缩和冷却之前与来自所述阳极的阳极废气混合。3.根据权利要求2所述的系统，其中残余尾气的第一部分被引导至阳极气体氧化器，并且所述残余尾气的第二部分被引导至所述阳极。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述蒸汽甲烷重整器系统包括变压吸附系统，所述变压吸附系统被配置成产生所述尾气。5.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中所述残余尾气的一部分被引导至所述蒸汽甲烷重整器系统中的变压吸附系统。6.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中所述残余尾气的一部分被引导至所述蒸汽甲烷重整器系统以作为燃料燃烧。7.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中所述残余尾气的第一部分被引导至所述蒸汽甲烷重整器系统以作为燃料燃烧，并且所述残余尾气的第二部分被引导至所述蒸汽甲烷重整器系统中的变压吸附系统。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：燃料电池能有限公司，
类型：发明
国别省市：