用于发电以及提高石油采收率的系统和方法

用于发电以及提高石油采收率的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于生产适于EOR的纯化二氧化碳产物以及余电的方法，其使用了气态烃进料以及SOFC系统。SOFC系统包括冷凝物排出系统、酸性气体排出系统、加氢脱硫系统、吸附床系统、预重整器、固体氧化物燃料电池、CO2分离系统和CO2脱水系统，其能够有效地形成纯化二氧化碳产物，其中该SOFC系统能够有效地从由固体氧化物燃料电池生产的电来生产余电。操作预重整器从而使下游固体氧化物燃料电池的内部重整能力最大化的方法使用了预重整器，其流体地连接至固体氧化物燃料电池的上游侧。本发明还涉及一种使用SOFC系统从含烃地层中提高烃流体采收率的方法。
【专利说明】用于发电以及提高石油采收率的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本发明的领域涉及一种固体氧化物燃料电池（S0FC)工艺和系统。更具体而言，本 领域涉及将使用气态烃的S0FC工艺和系统用于发电和生产二氧化碳，该二氧化碳适于提 高石油采收率（E0R)。

【背景技术】
[0002] 对于长期生产的油田，利用二氧化碳的E0R是常规操作。二氧化碳注入对油田再 次加压并且促进含烃地层中的化学反应，这促使了额外的烃产出。纯化二氧化碳（纯度至 少为95摩尔％ )对E0R是有用的，因为其使含烃地层中的未知或不期望的反应最少化。 [0003] 原油和天然气的生产和精炼均为能量密集型行业。烃材料的采收通常发生在偏远 地区，包括海上以及远离重要人口中心的地区，这里不存在电力传输基础设施，并且电力传 输基础设施不经济或不可实行的。在这种情况下，本地发电设施是仅有的现实选择。
[0004] 环境条件会影响小型的本地发电设施。日常冷却水和气温变化可导致发电系统的 一些部件操作受限，例如冷却容量。由于季节变化，本地烃原料可含有杂质或其组成可发生 变化。另外，每个地区均获得在烃、污染物和惰性组合物方面略微不同的烃原料，从而使得 更加难以设计"通用"的系统。
[0005] 发电设施产生三种主要产品：电、蒸汽和二氧化碳废气。电和蒸汽（在燃烧燃料的 一部分工序以及加热和冷却发电工序中产生）在烃生产和精炼操作的所有方面均是有用 的。随着严格的温室气体监测和报告的需要，不能二氧化碳简单地作为"废物"排放至空气 中。相反，优选的是捕获并找到所生产的二氧化碳的用途或者使排放的二氧化碳量最小化。
[0006] 这样的发电系统和工艺是有利的：其不仅仅能够处理烃进料的可变性（包括具有 接收不精制的气态原料的能力），而且能够有效地向偏远地区提供电力；并且具有用于捕 获并精制二氧化碳待用（而不是将其排出）的装置。


【发明内容】

[0007] -种生产适于提高石油采收率（E0R)的纯化二氧化碳产物以及余电（surplus eletricity)的方法使用了气态烃和S0FC系统。该方法包括将气态烃引入S0FC系统的步 骤。该方法包括操作S0FC系统，从而形成脱硫工艺气体并且通入预重整器的步骤。该方法 包括将蒸汽引入预重整器的步骤。该方法包括操作预重整器，从而利用引入的蒸汽并且在 预重整催化剂的存在下，使脱硫工艺气体中的非甲烷烃转化为甲烷和氧化碳的步骤，这导 致形成了重整工艺气体并且使该重整工艺气体通入固体氧化物燃料电池中。该方法包括操 作S0FC系统，从而生产纯化二氧化碳产物和余电的步骤。
[0008] 用于从气态烃进料生产适于E0R的纯化二氧化碳产物以及余电的S0FC系统包括： 冷凝物排出系统、酸性气体排出系统、加氢脱硫系统、吸附床系统、预重整器、固体氧化物燃 料电池、C0 2分离系统和C02脱水系统（其能够有效地形成纯化二氧化碳产物），其中该S0FC 系统能够有效地从由固体氧化物燃料电池生产的电来生产余电。
[0009] 操作预重整器从而使固体氧化物燃料电池的内部重整能力最大化的方法使用了 预重整器，其流体地连接至固体氧化物燃料电池的上游侧。利用蒸汽并且在活性金属预重 整催化剂的存在下，预重整器能够有效地使脱硫工艺气体中的非甲烷烃转化为甲烷和氧化 碳，这形成了作为产品的重整工艺气体。该方法包括将脱硫工艺气体引入预重整器的步骤。 该脱硫工艺气体的温度在约200°C至约450°C的范围。该脱硫工艺气体含有甲烷和非甲烷 烃。该方法包括将过热蒸汽引入预重整器中。该过热蒸汽的温度在约250°C至约500°C的 范围、压力在约8巴（bar)至约12巴的范围。所引入过热蒸汽与所引入脱硫工艺气体的蒸 汽-碳比（SCR)在约0. 5至约3. 0的范围。该方法的一个实施方案的SCR在约0. 5至约 1. 5的范围。该方法的一个实施方案的SCR在约1. 5至约3. 0的范围。该方法包括操作预 重整器，从而形成重整工艺气体的步骤。该重整工艺气体含有甲烷、氧化碳和氢。该重整工 艺气体的甲烷选择率在约〇. 90至约0. 99的范围。
[0010] 一种使用S0FC系统从含烃地层中提高烃流体采收率的方法。该含烃地层含有烃 流体，该烃流体含有伴生气。可分别通过生产井和注入井到达地层。S0FC系统能够有效地 接收伴生气并且从该伴生气生产适于提高石油采收率的纯化二氧化碳产物以及余电。该方 法包括使用生产井从含烃地层中生产烃流体的步骤。该方法包括从所生产的烃流体中分离 伴生气的步骤。该方法包括将伴生气引入S0FC系统中的步骤。该方法包括操作S0FC系统， 从而生产用于提高石油采收率的纯化二氧化碳产物以及余电的步骤。该方法包括使用注入 井将所生产的纯化二氧化碳产物引入含烃地层的步骤。
[0011] S0FC系统和使用方法可生产E0R品质的二氧化碳产物以及余电，它们对其他操作 (包括油气采收和精炼）是有用的。"余电"意思是所生产的、超过S0FC需要（包括在固体 氧化物燃料电池内部发生的电化学反应）的电。该S0FC系统是灵活的，因为其可使用各种 气化的烃为原料，包括天然气、甲烷、伴生气和其他处于气态的烃。从单一系统促进原位发 电和二氧化碳生产显著降低了为了运行采收系统而对燃料和化学品的整体外部需求，以及 消除了提供用于E0R的二氧化碳的需求。二氧化碳和电的原位生产显著减少了基础设施， 并且使得探测偏远的油气生产点更可行。该S0FC系统还具有将二氧化碳精制到足够的纯 度，以用于其他化学工艺的原料的能力。
[0012] 作为一部分而包含在S0FC系统中的预重整器解决了气态烃进料的类型、质量和 条件的可变性，这使得适用的潜在原料的数目和类型最大化。在S0FC系统中包含预重整器 产生了几个与工艺相关的操作优点。高碳烃（即，非甲烷烃）比甲烷具有更高的化学活性。 将所有非甲烷烃转化为甲烷使得用于固体氧化物燃料电池的进料组合物稳定为氢、二氧化 碳、水和甲烷。进入固体氧化物燃料电池的烃进料流的组成稳定性进而使发电以及在固体 氧化物燃料电池中发生的内部重整反应稳定。提供甲烷（而非高碳烃）还提高了固体氧化 物燃料电池的效率，结果可更多地发电。与可变烃进料的完全重整所需相比，对进入固体氧 化物燃料电池的进料的预重整还允许固体氧化物燃料电池在更低的蒸汽-碳比（SCR)下操 作。固体氧化物燃料电池中甲烷内部重整为氢和一氧化碳是吸热的，这除去了大量的热。 比起不使用预重整器的系统相比，S0FC系统整体上需要更少冷却。预重整器还对于任何潜 在的硫穿透（sulfur breakthrough)充当"牺牲硫槽（sacrificial sulfur sink)"。虽然 S0FC系统的实施方案包括脱硫系统，但是预重整器催化剂为固体氧化物燃料电池催化剂增 加了又一个保护层。
[0013] 附图简要说明
[0014] 结合以下优选实施方案的详细说明、权利要求以及附图，可更好理解本发明的以 上以及其他特征、方面和益处，其中：
[0015] 图1为固体氧化物燃料电池的一个实施方案的工艺流程图。
[0016] 优选实施方案详述
[0017] 说明书（包括
【发明内容】
、附图简要说明、和优选实施方案详述）以及所附的权利要 求描述的是本发明的具体特征（包括工艺和方法步骤）。本领域技术人员理解本发明包括 所有本说明书中所描述的具体特征的组合以及应用。本领域技术人员理解本发明并不限于 说明书中所给出的实施方案的描述或被其限制。只要是在说明书和所述权利要求的精神 内，本发明的主题不受限制。
[0018] 本领域技术人员还理解用于说明具体实施方案的术语并不限制本发明的范围或 宽度。在解读说明书和所附权利要求过程中，应当与各个术语上下文一致的最宽的可能方 式解读所有术语。除非另有定义，否则说明书和所附权利要求中所用的所有技术和科学术 语都与本发明所属领域内的技术人员所理解的含义相同。
[0019] 除非文中另有说明，否则在说明书和所附权利要求中所用的单数形式"一个（a) "、 "一者（an)"和"所述（the)"包括复数指代。术语"包含"及其变化形式应当解释为以非穷 举的方式表示元件、组件或步骤。所指代的元件、组件或步骤可能与未明确指代的元件、组 件或步骤并存、使用或组合。动词"连接"及其变化形式意思是使任何类型的所需结合（包 括电学的、机械的或流体的）完整，从而由两个或更多个事先非连接的物体形成单一物体。 如果第一装置与第二装置连接，该连接可以直接发生或通过常规连接器来发生。"可选地" 及其各种形式意思是，其后描述的事件或状况可能也可能不会发生。该描述包括事件或状 况发生的情况以及未发生的情况。"能够有效地"及其各种形式是指适合于其合理的功能和 预期应用。
[0020] 空间术语描述一个物体或一组物体相对于另一个物体或一组物体的相对位置。空 间关系涉及沿着纵轴和横轴方向。方向和关系词语包括"上游"和"下游"以及其他类似术 语，并且除非另有说明，这些术语是为了便于说明而非限制。
[0021] 当在说明书和所附权利要求中提到数值的范围时，应该理解为该区间涵盖上限与 下限之间的每一个中间值，以及上限和下限。本发明涵盖并限定进行任何具体排除的区间 的更小范围。"基本上不含"意思是小于所用测量单位的1 %，并且优选为小于0. 1 %。
[0022] 在说明书和所附权利要求中涉及包括两个或更多个限定步骤的方法时，除非上下 文排除了该可能性，否则所限定的步骤可以任意顺序实施或者同时实施。
[0023] 图 1
[0024] 图1示出了 S0FC系统的实施方案的工艺流程图。图1是为了便于说明的简图。本 领域技术人员理解这种系统结构复杂，并具有使其适于其预期目的的辅助设备和子系统。
[0025] S0FC系统100能够有效地由气态烃原料生产余电和适于提高石油采收率的精制 二氧化碳产物。伴生气管道2将伴生气引入S0FC系统100中，以将其转化为E0R品质的二 氧化碳和余电。伴生气管道2连接至S0FC系统100外的井口分离器，并且收集从原油和液 体冷凝物中分离的伴生气。
[0026] 伴生气管道2连接至冷凝物排出系统4的工艺气体进口，并且将伴生气引入冷凝 物排出系统4。冷凝物排出系统4能够有效地将伴生气分离为干燥的含硫气体和气体冷凝 物。冷凝物管道6通过液体出口连接至冷凝物排出系统4,并且将气体冷凝物通入SOFC系 统100外的冷凝物处理操作。
[0027] 干燥的含硫气体管道8将冷凝物排出系统4的工艺气体出口连接至酸性气体排出 系统10的工艺气体入口，并将干燥的含硫气体引入酸性气体系统10。酸性气体排出系统 10将干燥的含硫气体分离为酸性气体、二氧化碳富集气体和脱硫工艺气体。酸性气体管道 12连接至酸性气体排出系统10并且向S0FC系统100外的硫处理操作提供酸性气体。二氧 化碳气体管道14连接至酸性气体排出系统10并将二氧化碳富集气导入C0 2处理系统16。
[0028] 脱硫工艺气体管道18将酸性气体排出系统10的工艺气体出口连接至加氢脱硫系 统20的工艺气体进口，并将脱硫工艺气体引入加氢脱硫系统20。系统循环管道22将加氢 脱硫系统20连接至C0 2分离系统24并将氢富集循环气体引入至加氢脱硫系统20。加氢脱 硫系统20能够有效地将从系统循环管道22引入的氢和从脱硫工艺气体管道18引入的有 机硫化合物转化为硫化氢。来自加氢脱硫系统20的工艺气体通入吸附床26,其将硫化氢从 工艺气体中除去从而形成脱硫工艺气体。
[0029] 脱硫工艺气体管道28将吸附床26的工艺气体出口连接至所述预重整器30的工 艺气体入口，并将脱硫工艺气体（其含有甲烷和非甲烷烃）引入预重整器30。过热蒸汽管 道32连接至所述预重整器，并从S0FC系统100外的蒸汽产生系统向所述预重整器中引入 过热蒸汽。预重整器30能够有效地将脱硫工艺气体中的非甲烷烃和来自过热蒸汽的水转 化为甲烷、氧化碳、氢和水，从而形成重整工艺气体。
[0030] 重整工艺气体34将预重整器30的工艺气体出口与固体氧化物燃料电池38的阳 极侧36的工艺气体入口连接，并将重整工艺气体引入固体氧化物燃料电池38的阳极侧36。 阳极侧36将重整工艺气体中的甲烷和水在内部重整为氢和氧化碳。
[0031] 压缩空气管道40连接至固体氧化物燃料电池38的阴极侧42,并将压缩空气从 S0FC系统100外的空气处理系统引入阴极侧42。固体氧化物燃料电池38从阴极侧42的 压缩空气提取氧，从而在阴极侧42上形成贫氧空气（oxygen-deficient air)。阴极的贫氧 空气管道44连接至阴极侧42,并将贫氧空气从S0FC38通入S0FC系统100外的空气处理系 统。
[0032] 固体氧化物燃料电池38促使提取的氧阴离子与氢和一氧化碳在阳极侧36的反 应，从而在阳极侧36中产生含水阳极废气以及二氧化碳。氢氧之间以及一氧化碳和氧之间 的电化学反应释放电子，其中固体氧化物燃料电池38聚集这些电子。固体氧化物燃料电池 38利用一些自由电子，从而进一步促进阴极侧42中借助于氧气提取的电化学反应。输电网 路46传送由固体氧化物燃料电池38提供的电。输电网路46向S0FC系统100外的配电系 统提供余电。
[0033] 阳极废气管道48将固体氧化物燃料电池38的阳极侧36的工艺气体出口连接至 水煤气变换反应器50的工艺气体入口，并将阳极废气（其含有一些一氧化碳和水）引入水 煤气变换反应器50。过热蒸汽管道52连接至水煤气变换反应器50,并将过热蒸汽从S0FC 系统100外的蒸汽产生系统向水煤气变换反应器50中引入过热蒸汽。水煤气变换反应器 50能够有效地使用该过热蒸汽将引入的阳极废气中的一氧化碳和水转化为二氧化碳和氢， 从而形成变换的阳极废气。
[0034] 变换的阳极废气管道54将水煤气变换反应器50的工艺气体出口连接至C02分离 系统24的工艺气体入口，并将变换的阳极废气引入C0 2分离系统24。C02分离系统24能够 有效地将变换的阳极废气分离为二氧化碳富集气体以及前面描述的氢富集循环气体以及 冷凝水。系统循环管道22将C0 2分离系统24连接至加氢脱硫系统20,并将氢富集循环气 体引入加氢脱硫系统20。连接至C02分离系统24的水冷凝管道56将冷凝水导入固体氧化 物燃料电池100外的冷凝物处理。水冷凝管道56连接至C0 2分离系统24并将冷凝水提供 至S0FC系统100外的冷凝水处理操作。系统清洁管道58连接至系统循环管道22并对来 自C0 2分离系统24的氢富集循环气体的一部分进行系统清洁。
[0035] 二氧化碳气体管道14将酸性气体排出系统10的二氧化碳气体出口连接至C02处 理系统16的二氧化碳入口，并将二氧化碳富集气体导入C0 2处理系统16。C02气体管道60 将C02分离系统24的二氧化碳气体出口连接至C0 2处理系统16的二氧化碳入口，并将二氧 化碳富集气体导入C02处理系统16。C02分离系统24能够有效地对二氧化碳富集气体进行 分离、精制、脱水和压缩，从而形成精制的二氧化碳产物和冷凝水。水冷凝管道62连接至C0 2 处理系统16的液体出口，并将冷凝水提供至S0FC系统100外的冷凝物处理操作。C02产物 管道连接至C0 2处理系统16的二氧化碳产物出口，并将精制二氧化碳产物通入S0FC系统 100外的二氧化碳处理操作。
[0036] 气态烃
[0037] S0FC系统能够有效地接收和处理作为原料的气态烃，从而生产余电和精制的二 氧化碳产物。可用作进料的气态烃的例子包括天然气、蒸发的液体冷凝物、石脑油和其他 轻质石油液体馈分；合成气（包括木煤气、焦油气和煤气）；甲烧、乙烧、丙烧、液化石油气 (LPG)、丁烷、戊烷及其他纯净的预先精制的气体或者该气体与轻质液体烷烃、环烷烃和芳 烃的混合物；以及从地下含烃地层中生产的与烃流体伴生的烃气体。
[0038] 从来自原油和液体冷凝物生产的油田分离单元和分离罐的塔顶镏出物 (overhead)分离出来的伴生气为气态烃进料。石油生产井口上的油田分离单元对液体与气 体提供粗的物理分离。伴生气进料集管的网络从多个生产井和油田分离单元聚集伴生气。 该网络将该气体作为烃进料导入气体回收和处理系统（包括S0FC系统）。
[0039] 伴生气的主要部分为甲烷。伴生气还包括非甲烷烃的部分，包括乙烷、丙烷、丁烷、 戊烷、己烷以及高碳烷烃和环烷烃。伴生气可包括一定量的低碳芳香族化合物，包括BTEX 化合物。伴生气通常包括一定量的惰性气体，包括氮气和稀有气体（noble gas)。通常含 有每百万分之一份的杂有机化合物（Heterorganic compound),包括有机硫（例如，硫醇类 (mercaptan)、砂醇类（thiols)、二硫化物），含氧化合物和含氮化合物。通常存在于伴生气 中的其他化合物包括氧化碳、硫化氢、氧、水和氢。
[0040] 冷凝物排出系统
[0041] 可选地，S0FC系统具有冷凝物排出系统。在某些情况下，尤其是使用伴生气作为 原料的情况下，气态烃含有高碳物质，有利的是在继续处理进料之前从所引入的烃流提取 出该高碳物质。冷凝物排出系统能够有效地接收气态烃进料，并从所引入的气态烃中分离 高碳物质，从而形成作为产物的液体冷凝物和干燥含硫气体。从工艺气体中以液体冷凝物 形式分离C5+烃使得S0FC工艺易于控制，使用较少能量来保持更高的温度以及更低压力的 工艺气流，并且回收大宗化学品，以用于另外处理。干燥含硫气体为这样的体系产物，其通 常由甲烷、轻质烷烃、杂有机化合物（包括有机硫）、硫化氢、惰性物质和氧化碳构成。
[0042] S0FC系统的一个实施方案具有冷凝物排出系统，其使用低温冷却液体（例如乙二 醇、丙烷）来冷却气态烃。冷却气态烃形成液体冷凝物和干燥含硫气体。冷却气态烃还除 去任何的水。S0FC系统的一个实施方案使用透平膨胀机（turbo expander)来增强低温冷 却液体冷凝物排出系统的性能。
[0043] S0FC系统的一个实施方案具有使用吸收-提取工艺的冷凝物排出系统，其使用吸 收溶剂从气态经除去经冷凝物。贫吸收溶剂（lean absorbing solvent)与高碳烧经和芳 香族物质具有亲和性，并且从气态烃中选择性吸收高碳烷烃和芳香族物质，从而形成油脂 吸收溶剂和干燥含硫工艺气体。提取塔从油脂吸收溶剂中回收液体冷凝物。吸收-提取工 艺具有无需使用低温工艺的优点。
[0044] 酸性气体排出系统
[0045] 可选地，S0FC系统具有酸性气体排出系统。在某些情况下，尤其是使用油田提取 烃或伴生气作为原料的情况下，气态烃进料含有应该除去的硫化氢。硫化合物对下游工艺 单元的大多数金属氧化物催化剂是有毒的。酸性气体排出系统连接至冷凝物排出系统，并 从其中接受干燥含硫气体作为进料。酸性气体排出系统能够有效地从所引入的干燥含硫气 体中提取硫化氢。S0FC系统工艺的一个实施方案能够有效地从所引入的干燥含硫气体中提 取二氧化碳。在从所引入的干燥含硫气体中选择性地除去硫化氢和二氧化碳（通常，一些 一氧化碳，如果存在的话）之后，形成二氧化碳富集气体。酸性气体以及干燥脱硫气体作为 产物。二氧化碳是S0FC工艺的所期望的产物，但是可作为下游工艺单元的稀释剂。
[0046] 该酸性气体产物为硫化氢，其适于在S0FC系统外进行化学处理，包括通过克劳斯 过程（Claus process)将其转化为元素硫以及用于产生硫酸。酸性气体排出系统的产物干 燥脱硫气体通常包括甲烷、轻质烷烃、包括有机硫的杂有机化合物和惰性物质。在产生二氧 化碳富集气体的S0FC工艺的实施方案中，以摩尔计，二氧化碳的组成基本上不含非二氧化 碳组分。
[0047] S0FC系统的一个实施方案具有酸性气体排出系统，其使用反应性液体从而从干燥 的含硫工艺气体提取硫化氢和二氧化碳，从而形成干燥脱硫工艺气体。作为适合的反应性 液体的胺的例子包括单乙醇胺（MEA)、二乙醇胺（DEA)、甲基二乙醇胺（mDEA)、二异丙基胺 (DIPA)和二乙二醇胺（DGA)(氨基乙氧基乙醇）
[0048] S0FC系统的一个实施方案包括酸性气体排出系统，其使用物理溶剂从干燥的含 硫工艺气体中提取硫化氢和二氧化碳，从而形成干燥的脱硫工艺气体。物理溶剂和使用它 们的方法的例子包括：聚乙二醇的二甲基醚（DEPG)，其用在SELEX0L方法（UOP LLC ;Des Plaines、IL)中；甲醇，其用在 RECTISOL? TV法（Lurgi AG ;Frankfurt、Germany)中； N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP)、其川/|:PUR1S0L?方法（Lurgi AG)中；以及碳酸丙烯酯 (PC)、其用在FLUOR SOLVENT方法（Fluor公司；Irving TX)中。使用该物理溶剂的方法可 分别或同时提取硫化氢和二氧化碳。S0FC工艺的一个实施方案使用物理溶剂从而提取硫化 氢和二氧化碳，接着分别释放硫化氢和二氧化碳从而独立的二氧化碳富集气体和酸性气体 产物。
[0049] S0FC系统的一个实施方案将酸性气体排出系统连接至C02脱水系统。S0FC工艺 的一个实施方案直接将酸性气体排出系统所产生的二氧化碳富集气体作为支流通入co 2脱 水系统，用于精炼和最终用途。
[0050] 以摩尔计，二氧化碳富集气体至少为95%的二氧化碳。以摩尔计，S0FC工艺的一 个实施方案涉及来自酸性气体排出系统的二氧化碳富集气体至少为98%的二氧化碳。
[0051] 加氢脱硫和吸附床系统
[0052] S0FC系统包括加氢脱硫系统。该加氢脱硫系统连接至酸性气体排出系统，并从其 中接收干燥脱硫气体作为进料。在加氢处理催化剂的存在下，该加氢脱硫系统（还称为"加 氢处理器"）能够有效地利用氢气将所引入的干燥脱硫气体中的杂有机化合物（特别是有 机硫化合物）转化为烷烃和可被吸附至吸附床的吸附床材料上的化合物。有机硫化合物在 裂解后可使金属氧化物催化剂中毒。可被吸附至吸附床上的化合物包括硫化氢、氨和水。 杂有机化合物向可吸附化合物的转化将干燥的脱硫气体转化为处理气，其包括硫化氢、氨、 水、氢、甲烷和非甲烷烃。
[0053] 加氢脱硫工艺使用氢气对干燥脱硫气体加氢处理。引入至加氢脱硫系统的氢气可 以是纯的或与其他组分混合，其他组分包括甲烷、非甲烷烃、惰性气体和氧化碳。S0FC系统 的一个实施方案将加氢脱硫系统连接至C0 2分离系统，从而允许在C02分离系统中形成的氢 富集气体的至少一部分作为系统循环气体通入加氢脱硫系统中。S0FC工艺的一个实施方案 包括将C0 2分离系统中形成的氢富集气体的一部分引入加氢脱硫系统中，以用作加氢处理 进料。
[0054] 氢解反应在加氢处理催化剂的存在下进行。有用的加氢处理催化剂的例子包括这 样的催化剂，其中在高表面积催化剂载体上，活性金属组分含有钥、钌、镍、钨、或钴。催化剂 载体的例子包括金属氧化物，如α-氧化错和γ-氧化错。
[0055] S0FC工艺的一个实施方案包括，在引入加氢脱硫系统之前，将干燥脱硫工艺气体 预加热至在约300°C至约400°C范围的温度。
[0056] S0FC系统包括吸附床。该吸附床连接至加氢脱硫系统并从其中接受作为进料的处 理工艺气体。该吸附床能够有效地从所引入的处理工艺气体中提取化合物（其可被吸附床 中含有的吸附床材料所吸附），以形成脱硫工艺气体。虽然仅仅为百万分之一份的浓度，但 在一段长时间的暴露之后，来自转化含硫杂有机化合物和含氮杂有机化合物的硫化氢或氨 能够使下游的重整催化剂中毒。该脱硫工艺气体包括甲烷和非甲烷烃、惰性物质，以及痕量 的氢、氧化碳和水。以摩尔计，该脱硫工艺气体基本上不含硫或含硫化合物。
[0057] 吸附床含有金属氧化物，其能够有效地结合硫化氢和氨。金属氧化物例子包括氧 化锡、氧化铁（"海绵铁"）和氧化锌。金属氧化物还可从处理工艺气体中除去二氧化碳。 硫化氢和金属氧化物的反应形成水。
[0058] S0FC工艺的一个实施方案包括，在吸附床中，将处理工艺气体的温度维持在约 200°C至约450°C的范围。该温度范围促进脱硫并且加热预重整器。
[0059] 预重整器
[0060] S0FC系统包括预重整器。预重整器连接至吸附床并从其中接收脱硫工艺气体作为 进料。在预重整催化剂的存在下，预重整器能够有效地利用蒸汽将脱硫工艺气体中的非甲 烷烃转化为甲烷和氧化碳。非甲烷烃转化为甲烷和氧化碳可将脱硫工艺气体转化为重整工 艺气体，其富含甲烷和二氧化碳，而氢气和一氧化碳较少。
[0061] 引入预重整器的脱硫工艺气体是富含烃的气体流，其含有甲烷和非甲烷烃，并具 有少量氧化碳（主要是二氧化碳）和一些惰性气体。SOFC工艺的一个实施方案包括将脱硫 工艺气体引入预重整器中，其中甲烷含量为组成的约51摩尔％至约66摩尔％的范围，非甲 烷烃的含量为组成的约33摩尔％至约45摩尔％的范围，氧化碳的含量为组成的约0. 1摩 尔％至约1摩尔％的范围，并且惰性物质的含量为组成的约1摩尔％至约3摩尔％的范围。 以摩尔计，该脱硫工艺气体基本上不含硫或含硫化合物。该脱硫工艺气体组成是以干重计。 S0FC工艺的一个实施方案包括引入脱硫工艺气体，其中甲烷摩尔百分比与非甲烷烃摩尔百 分比的比值在约1. 0至约2. 0的范围。S0FC工艺的一个实施方案包括将脱硫工艺气体引入 预重整器中，其中脱硫工艺气体的温度在约350°C至约400°C的范围。
[0062] 预重整工艺使用蒸汽对脱硫工艺气体进行重整。所使用的蒸汽可以是湿的、干的 或过热的。蒸汽向所述预重整器提供用于重整反应的水，以及支持重整反应的内在加热。 S0FC工艺的一个实施方案包括向所述预重整器中引入过热蒸汽，其中该过热蒸汽的温度在 约250°C至约500°C的范围，并且压力为在约8巴至约12巴的范围。优选地，该蒸汽来自新 鲜的或循环的锅炉给水（BFW)或者蒸汽冷凝物，以确保向所述预重整器中引入污染物的可 能性最小化。
[0063] 蒸汽-碳比（SCR)为引入至所述预重整器的水（以蒸汽的形式）的摩尔量与通过 脱硫工艺气体引入至所述预重整器的烃和其他预重整反应物的摩尔量之比。等式1定义了 SCR的值。
[0064] SCR =水的摩尔流速ΛΗ2+ΟΗ(ν5烷烃的摩尔流速）（Eq. 1)
[0065] S0FC工艺的一个实施方案包括，向所述预重整器中引入蒸汽，使得SCR的值在约 0. 5至约3. 0的范围。该方法的一个实施方案的SCR的值在约0. 5至约1. 5的范围。该方 法的一个实施方案的SCR的值在约1. 5至约3. 0的范围。虽然并非受到理论束缚，但对于 预重整器来说，此范围的SCR可支持由高碳烃优先形成甲烷，同时使一氧化碳和氢的形成 最少化。
[0066] 预重整器的温度管理可以是绝热、等温或通过石油精炼和处理工业中任何已知的 可操作的技术，从而生产用于固体氧化物燃料电池的甲烷富集工艺气体。S0FC工艺的一个 实施方案包括绝热地操作预重整器。虽然并非受到理论束缚，但是据信，绝热操作同时还限 定通过过热蒸汽所引入的水量，使得非甲烷烃优先重整为甲烷和二氧化碳，同时防止氢和 一氧化碳的大量形成，这在完全重整和合成气生产中是更常见的。S0FC工艺的一个实施方 案中包括，通过预重整器所形成的重整工艺气体的温度比所引入的脱硫工艺气体的温度低 约55°C至约80°C的范围。
[0067] 重整反应在预重整催化剂的存在下发生。预重整催化剂包含在预重整器内的催化 剂床中，并且与合并的蒸汽和脱硫工艺气体流体接触。活性金属重整催化材料优选含有至 少一种第8-10族金属，更优选为镍。可用作活性金属重整催化剂的金属的例子包括钴、镧、 钼、钯、铱、铑、锇、镍、铁和钌。优选为镍，因为其活性、成本低并且易得。有用的催化剂载体 材料的例子包括金属氧化物、混合金属氧化物（ΜΜ0)，例如α-氧化错和γ-氧化错、镁-错 氧化物、铈氧化物、铈-锆氧化物、锰氧化物、镧氧化物、铌氧化物、钥氧化物、钙-铝酸盐、锌 氧化物、硅氧化物和钛氧化物。虽然并非受到理论束缚，但是许多金属氧化物和混合金属氧 化物的催化剂活性受到质疑，因而用于重整中的助催化剂。
[0068] 所生产的重整工艺气体为甲烷富集合成气。S0FC工艺的一个实施方案包括产生重 整工艺气体，其中甲烷组分的含量为组成的约78摩尔％至约88摩尔％的范围，氧化碳的含 量为组成的约9摩尔％至约12摩尔％的范围，氢的含量为组成的约0. 5摩尔％至约10摩 尔％的范围并且惰性物质的含量为组成的约0. 5摩尔％至约2摩尔％的范围。所描述的重 整工艺气体以干重计。SOFC工艺的一个实施方案包括形成重整工艺气体，其中二氧化碳组 分的含量为组成的至少10摩尔％。SOFC工艺的一个实施方案包括形成重整工艺气体，其中 以摩尔计，其基本上不含非甲烷烃。SOFC工艺的一个实施方案包括形成重整工艺气体，其中 以摩尔计，其基本上不含硫和含硫化合物。
[0069] 重整工艺气体的甲烷选择率（MSR)为甲烷的量与甲烷加上其他合成气产物（一氧 化碳和氢）的量之比。MSR反映的是预重整器在避免完全重整为合成气产物的同时，将非甲 烷烃转化为甲烷的效率。等式2定义了用于重整工艺气体的MSR的值。
[0070] MSR = CH4 摩尔 ％ ACH4 摩尔 ％ +H2 摩尔 ％ +C0 摩尔 ％ ) (Eq. 6)
[0071] SOFC工艺的一个实施方案包括，操作预重整器，使得重整工艺气体的MSR值在约 0. 90至约0. 99的范围。S0FC工艺的一个实施方案包括，重整工艺气体的MSR值在约0. 93 至约0. 99的范围。S0FC工艺的一个实施方案包括，重整工艺气体的MSR值在约0. 97至约 0. 99的范围。操作预重整器使得重整工艺气体的MSR值接近1有利于使固体氧化物燃料电 池的内部重整能力最大化。
[0072] 固体氧化物燃料电池
[0073] S0FC系统包括固体氧化物燃料电池。固体氧化物燃料电池具有阳极侧和阴极侧， 它们连接至固体离子传导材料，并且与之流体接触。固体离子传导材料能够有效地从阴极 侧向阳极侧传输氧离子。固体氧化物燃料电池的阳极侧连接至所述预重整器并且从其中接 收重整工艺气体作为进料。阳极侧能够有效地将所引入的重整工艺气体中的甲烷和氧离子 一起转化为二氧化碳和水。甲烷转化为二氧化碳和水形成了阳极废气，其富集有二氧化碳、 水，并且任选的一些氢、一氧化碳和未反应烷烃。S0FC工艺的一个实施方案包括，阳极废气 的温度为约1〇〇〇 °C。
[0074] 固体氧化物燃料电池的阴极侧接收作为进料的压缩空气。阴极侧能够有效地利用 电流从所引入的空气中存在的氧分子中提取氧离子从而使压缩空气电离。从压缩空气进料 中提取氧离子产生了氧贫乏的阴极废气。所提取的氧阴离子通过固体离子传导材料传输至 阳极侧。S0FC工艺的一个实施方案包括，使阴极废气预加热压缩空气进料。
[0075] 固体氧化物燃料电池能够有效地生产电。通过甲烷的转化而释放的自由电子形成 直流。电流从固体氧化物燃料电池的阳极侧向阴极侧循环以提取氧。由甲烷转化所产生的 超过电离氧所需的过量电流的至少一部分（如果不是全部）由固体氧化物燃料电池输出， 从而作为S0FC工艺的余电产品。
[0076] 引入的重整工艺气体的转化在重整催化剂和电化学转化催化剂的存在下发生。 S0FC系统的一个实施方案包括S0FC系统，其能够有效地允许在固体氧化物燃料电池的阳 极侧直接内部重整。在直接内部重整中，将甲烷和水转化为氢和氧化碳的重整反应，在氧离 子渗入并且与氢和氧化碳反应从而形成水和二氧化碳的同一隔室内发生。S0FC系统的一个 实施方案包括S0FC系统，其能够有效地允许在固体氧化物燃料电池的阳极侧间接内部重 整。在间接内部重整（即，联合重整）中，甲烷重整为氢和氧化碳发生在含有重整催化剂的 第一部分或隔室中。合成气向水和二氧化碳的电化学转化发生在含有电化学转化催化剂的 第二部分或隔室中。为了优化内部能量利用，联合重整阳极侧的结构使用第二部分中的放 热反应从而促进第一部分中的吸热反应。
[0077] 水煤气变换反应器系统
[0078] 可选地，S0FC系统包括水煤气变换反应器系统。在某些情况下，阳极废气含有少 量的一氧化碳，这对精制二氧化碳的质量产生不利影响。可选的水煤气变换反应器可提高 得自该系统的气体中二氧化碳的百分比。当作为一部分包含在S0FC系统中时，水煤气变换 反应器连接至固体氧化物燃料电池的阳极侧，并从其中接收阳极废气作为进料。在水煤气 变换催化剂的存在下，水煤气变换反应器能够有效地将阳极废气中的一氧化碳转化为二氧 化碳和氢。一氧化碳向二氧化碳的转化将阳极废气转化为变换的阳极废气，其主要含有二 氧化碳、水和氢。该变换的阳极废气基本上不含一氧化碳。
[0079] 水煤气变换反应在至少一种催化剂的存在下发生。高温变换催化剂对于高进料一 氧化碳浓度和高进料阳极废气温度是有用的。高温变换催化剂的例子包括铁氧化物（例 如，磁铁矿）与其他金属氧化物促进剂或共催化剂（包括氧化铬）。低温变换催化剂对低温 工艺气体是有用的，并具有较高选择性，并且即使在高浓度氢的存在下，也可促进水煤气变 换反应。低温变换催化剂的例子包括混合氧化锌/氧化铝载体上的铜类催化剂。
[0080] S0FC工艺的一个实施方案包括，在将阳极废气引入至水煤气反应器系统之前，将 其预冷却至约225°C至约300°C范围的温度。
[0081] 在不具有水煤气变换反应器系统的S0FC系统中，热交换器可冷却阳极废气，使得 阳极废气中的蒸汽水冷凝并从气相中滴出。不具有水煤气变换反应器系统的S0FC系统的 一个实施方案将从阳极侧背面离开的一部分气体循环至阳极侧进料从而完成燃料利用。
[0082] C02分离和脱水系统
[0083] S0FC系统包括C02分离系统。S0FC系统的一个实施方案包括C02分离系统，其连 接至固体氧化物燃料电池的阳极侧，并从其中接收阳极废气。S0FC系统的一个实施方案包 括C0 2分离系统，其连接至水煤气变换反应器系统并从其中接收变换的阳极废气。阳极废 气进料（变换或未变换的）含有大量可选择性回收的二氧化碳。C0 2分离系统能够有效地 从引入的阳极废气（变换或未变换的）提取二氧化碳。该S0FC系统工艺还能够有效地从 引入的阳极废气中提取水。在从所引入的阳极废气中除去二氧化碳和水之后，二氧化碳富 集气体和氢富集气体均形成为系统产物。以摩尔计，该二氧化碳富集气体的二氧化碳至少 为 95%。
[0084] 氢富集气体产物含有大量的氢气以及惰性物质和甲烷。氢富集气体适于用作外部 能量或发热工序、以及用于内部循环的氢源。S0FC系统的一个实施方案将加氢脱硫系统与 C02分离系统连接，以向加氢脱硫系统提供作为循环流的至少一部分氢富集气体。S0FC工 艺的一个实施方案包括将在C0 2分离系统形成的一部分氢富集气体提供至加氢脱硫系统， 以进行加氢处理。
[0085] C02分离系统优选使用反应性液体或选择性聚合物膜分离系统，以从阳极废气中 分离二氧化碳。S0FC系统的一个实施方案包括C0 2分离系统，其使用反应性液体从阳极废 气中提取二氧化碳，从而形成二氧化碳富集气体和氢富集气体。S0FC系统的一个实施方案 包括C0 2分离系统，其使用物理溶剂来提取二氧化碳。反应性液体和物理溶剂的例子包括预 先在酸性气体排出系统中描述的那些。S0FC系统的一个实施方案包括C0 2分离系统，其使 用膜分离工艺从阳极废气中提取二氧化碳，从而形成氢富集气体截留物和二氧化碳富集气 体渗透物。有用的膜分离材料的例子包括聚酰胺、聚氨基脲、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚（苯 醚）、聚二甲基娃氧烧、聚苯胺、聚批咯酮（polypyrrolone)、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺共混 物、由热解树脂、表面活性剂、石墨或聚合物结构构成的碳类膜。有用的膜分离材料和系统 包括由Membrane Technology&Research(Newark, CA)提供的、用于从氢富集废气中分离二 氧化碳的那些。S0FC系统的一个实施方案包括C02分离系统，其使用与冷凝物排出系统中 的相关描述类似的低温冷却液。S0FC系统的一个实施方案包括C0 2分离系统，其使用变压 吸附系统（PSA)来提取二氧化碳并生产二氧化碳富集产物流。
[0086] S0FC系统包括C02脱水系统。C02脱水系统连接至C02分离系统并从其中接收二氧 化碳富集气流。S0FC系统的一个实施方案包括C0 2脱水系统，其能够有效地接收和处理来 自酸性气体排出系统的二氧化碳富集气流。该C02脱水系统能够有效地从二氧化碳富集气 体中分离任何残留的水分，从而形成适于从S0FC系统输出的纯化二氧化碳作为系统产物。 该纯化二氧化碳适于用在E0R操作中或作为石化原料。以摩尔计，该纯化二氧化碳的二氧 化碳至少为95%。S0FC工艺的一个实施方案包括，以摩尔计，纯化二氧化碳的二氧化碳至 少为98%。S0FC工艺的一个实施方案包括，以摩尔计，纯化二氧化碳基本上不含非二氧化 碳组分。S0FC工艺的一个实施方案包括，纯化二氧化碳保持在约150巴的压力和环境温度 下。
[0087] S0FC工艺的一个实施方案包括使纯化二氧化碳产物液化从而形成液体纯化二氧 化碳。与气态二氧化碳相比，液体二氧化碳更易于更长距离运输和储存。本领域技术人员 理解和领会适于将纯化二氧化碳液化的压缩和制冷技术。
[0088] 使用S0FC系统从含烃地层中提高烃流体采收率的方法
[0089] S0FC系统能够有效地使用伴生气从含有烃流体的含烃地层中提高烃流体采收率。 通过生产井可到达含烃地层。该生产井允许从含烃地层向表面生产烃流体。通过独立的注 入井也能到达含烃地层。注入井允许向含烃地层中引入E0R流体，这提高了烃流体的采收 率。
[0090] 使用来自烃流体的伴生气提高烃流体采收率的方法包括，利用生产井从含烃地层 中生产烃流体的步骤。该方法包括从所生产的烃流体中分离伴生气的步骤。该方法包括向 S0FC系统引入伴生气的步骤。该方法包括操作S0FC系统从而生产精制二氧化碳产物的步 骤。该方法包括通过注入井向含烃地层中引入精制二氧化碳产物的步骤。
[0091] 辅助设备
[0092] 本发明的实施方案具有许多额外的标准组件或设备，它们能够使得所述装置、工 艺、方法和系统工作并且有效。本领域技术人员已知的这种标准设备的例子包括热交换器、 泵、鼓风机、再沸器、蒸汽发生装置（steam generation)、冷凝物处理装置、膜、一级和多级 压缩机、分离和分馏设备、阀、开关、控制器，以及压力传感、温度传感、水平传感和流动传感 装直。
[0093] 可通过人为干预、预编程的计算机控制和响应系统或其组合来实现对工艺或方法 的一部分或整体的操作、控制和性能。
[0094] 具体实施方案的例子有助于更好地理解固体氧化物燃料电池系统和工艺。所述例 子不以任何方式限定本发明的范围。
[0095] 例子
[0096] 表1-4示出了几种ASPEN工艺模拟器（Aspen技术公司；Burlington, Mass)对与 图1所示S0FC系统的一部分的模拟结果。具体而言，该模拟器模拟不同条件下的预重整器 的行为，这些条件包括脱硫工艺气体组成、重整温度和SCR。该模型示出了预期的重整工艺 气体组成。Eq. 1为确定每个模型模拟的SCR值的基础。Eq. 2为确定每个预期的重整工艺 气体组成的MSR值的基础。表1-4示出了输入和输出值（以干摩尔百分比计）。
[0097]

【权利要求】
1. 一种用于使用SOFC系统由气态烃进料生产适于提高石油采收率（EOR)的纯化二氧 化碳产物以及余电的方法，所述方法包括以下步骤： 将所述气态烃引入所述S0FC系统； 将蒸汽引入所述S0FC系统的预重整器；以及 操作所述S0FC系统，使得形成脱硫工艺气体并且通入预重整器；在预重整催化剂的存 在下，通过将所述脱硫工艺气体中的非甲烷烃转化为甲烷和氧化碳，在所述预重整器中形 成重整工艺气体；将所述重整工艺气体从所述预重整器通入固体氧化物燃料电池，并且生 产纯化二氧化碳产物和余电； 其中所述S0FC系统既能够有效地接收所述气态烃进料，又能够生产所述的脱硫工艺 气体、所述的纯化二氧化碳产物和余电，并且其中所述S0FC系统包括所述预重整器以及所 述固体氧化物燃料电池，所述预重整器流体地连接至所述固体氧化物燃料电池的上游侧， 并且既能够有效地接收所述脱硫工艺气体，又能够利用蒸汽并在活性金属预重整催化剂的 存在下，将非甲烷烃转化为甲烷和氧化碳；所述固体氧化物燃料电池能够有效地生产电。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述气态烃含有伴生气。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中引入的蒸汽为过热蒸汽，并且其温度在约 250°C至约500°C的范围，压力在约8巴至约12巴的范围。
4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述脱硫工艺气体的温度在约 200°C至约450°C的范围。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中所引入蒸汽与所引入脱硫工艺气 体的蒸汽-碳比（SCR)在1. 5至3. 0的范围。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中所述重整工艺气体的甲烷选择率 (MSR)在0. 90至0. 99的范围。
7. 根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其中均以所述脱硫工艺气体的干重计， 所述脱硫工艺气体的甲烷含量为组成的51摩尔％至66摩尔％的范围，并且非甲烷烃含量 为组成的33摩尔％至45摩尔％的范围。
8. 根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其中所述脱硫工艺气体的甲烷摩尔百 分比与非甲烷烃摩尔百分比的比值在1. 0至2. 0的范围。
9. 根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中均以所述重整工艺气体的干重计， 所述重整工艺气体的甲烷含量为组成的78摩尔％至88摩尔％的范围，氧化碳含量为组成 的9摩尔％至12摩尔％的范围，并且氢含量为组成的0.5摩尔％至10摩尔％的范围。
10. 根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其中以摩尔计，所述重整工艺气体基 本上不含非甲烷烃。
11. 根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其中以摩尔计，所述重整工艺气体基 本上不含硫和含硫化合物。。
12. 根据权利要求1至11中任意一项所述的方法，其中以摩尔计，所述纯化二氧化碳产 物基本上不含非二氧化碳组分。
13. 根据权利要求1至12中任意一项所述的方法，还包括：操作S0FC系统，从而在酸 性气体排出系统中形成二氧化碳富集气体并将该二氧化碳富集气体通入C0 2脱水系统中的 步骤，其中所述S0FC系统还包括所述酸性气体排出系统以及所述C02脱水系统，所述酸性 气体排出系统流体地连接至所述预重整器的上游侧，并且能够有效地形成二氧化碳富集气 体；所述co2脱水系统流体地连接至所述预重整器和所述酸性气体排出系统的下游侧。
14. 根据权利要求1至13中任意一项所述的方法，还包括：操作SOFC系统，从而在C02 分离系统中形成氢富集气体并将所述氢富集气体的一部分通入加氢脱硫系统中的步骤，其 中所述SOFC系统还包括C02分离系统以及加氢脱硫系统，所述C0 2分离系统流体地连接至 所述预重整器的下游侧，并且能够有效地形成氢富集气体；所述加氢脱硫系统流体地连接 至所述预重整器和所述C0 2分离系统的上游侧。
15. -种使用SOFC系统从含烃地层中提高烃流体采收率的方法，包括以下步骤： 使用生产井从所述含烃地层中生产烃流体； 从所生产的烃流体中分离伴生气； 将所述伴生气引入所述SOFC系统中； 操作SOFC系统，从而生产用于提高石油采收率的纯化二氧化碳产物以及余电；以及 使用注入井将所述纯化二氧化碳产物引入所述含烃地层； 其中所述含烃地层含有所述烃流体，并且能够分别从所述生产井和所述注入井到达； 其中所述SOFC系统能够有效地接收伴生气并且从所述伴生气生产适于提高石油采收率的 纯化二氧化碳产物以及余电，并且其中所述烃流体的一部分含有所述伴生气。
16. -种用于从气态烃进料生产适于E0R的纯化二氧化碳产物以及余电的SOFC系统， 所述SOFC系统包括： 冷凝物排出系统，其能够有效地接收所述气态烃进料，并从该气态烃进料中分离高碳 化合物，从而形成干燥含硫气体； 酸性气体排出系统，其流体地连接至冷凝物排出系统，并能够有效地从所述干燥含硫 气体中提取硫化氢，从而形成干燥脱硫气体； 加氢脱硫系统，其流体地连接至所述酸性气体排出系统，并且在加氢处理催化剂的存 在下，其能够有效地使用氢气将所述干燥脱硫气体中的杂有机化合物转化为吸附至吸附床 材料的化合物，从而形成处理工艺气体； 吸附床系统，其流体地连接至所述加氢脱硫系统，并且能够有效地从所述处理工艺气 体中提取吸附至所述吸附床材料上的化合物，从而形成脱硫工艺气体； 预重整器，其流体地连接至所述吸附床系统，并能够有效地使用蒸汽并且在活性预重 整催化剂的存在下，将所述脱硫工艺气体中的非甲烷烃转化为甲烷和氧化碳，从而形成重 整工艺气体； 固体氧化物燃料电池，其流体地连接至所述预重整器，并能够有效地使用氧并且在重 整催化剂和电化学转化催化剂的存在下将所述重整工艺气体中的甲烷转化为二氧化碳和 水，从而形成阳极废气并生产电； 002分离系统，其流体地连接至所述固体氧化物燃料电池，并能够有效地从阳极废气中 提取二氧化碳，从而形成二氧化碳富集气体；以及 C02脱水系统，其流体地连接至所述C02分离系统，并能够有效地从所述二氧化碳富集 气体中提取水，从而形成纯化二氧化碳产物； 其中所述SOFC系统能够有效地从由所述固体氧化物燃料电池生产的电生产余电。
17. 根据权利要求16所述的SOFC系统，还包括：水煤气变换反应器系统，其流体地连 接至固体氧化物燃料电池的下游侧，并能够有效地使用水并且在水煤气变换催化剂的存在 下将所述阳极废气中的一氧化碳转化为二氧化碳和氢，从而形成变换的阳极废气，其中co2 分离系统流体地连接至所述水煤气变换反应器系统而不是所述固体氧化物燃料电池，并且 所述co2分离系统能够有效地从水煤气变换反应器系统的变换阳极废气而非所述固体氧化 物燃料电池的阳极废气中提取二氧化碳，从而形成二氧化碳富集气体。
18. 根据权利要求16或17所述的SOFC系统，其中所述酸性气体排出系统还能够有效 地从所述干燥含硫气体中提取二氧化碳从而形成二氧化碳富集气体，并且其中所述C0 2脱 水系统还流体地连接至所述酸性气体排出系统，以及能够有效地从来自所述酸性气体排出 系统的二氧化碳富集气体中提取二氧化碳。
19. 根据权利要求16至18中任意一项所述的SOFC系统，其中所述C02分离系统还能 够有效地形成氢富集气体，并且所述加氢脱硫系统还流体地连接至所述C0 2分离系统，以及 能够有效地利用来自所述C02分离系统的氢富集气体作为氢源。
20. 根据权利要求16至19中任意一项所述的SOFC系统，其中所述冷凝物排出系统使 用低温冷却液体从所述气态烃进料中分离高碳化合物。
21. 根据权利要求16至20中任意一项所述的SOFC系统，其中所述冷凝物排出系统使 用吸收-提取工艺从所述气态烃进料中分离高碳化合物。
22. 根据权利要求16至21中任意一项所述的SOFC系统，其中所述酸性气体排出系统 使用反应性液体来提取硫化氢。
23. 根据权利要求16至22中任意一项所述的SOFC系统，其中所述固体氧化物燃料电 池的阳极侧能够有效地进行甲烷的间接内部重整。
24. 根据权利要求16至23中任意一项所述的SOFC系统，其中所述固体氧化物燃料电 池的阳极侧能够有效地进行甲烷的直接内部重整。
25. 根据权利要求16至24中任意一项所述的SOFC系统，其中所述C02分离系统使用 变压吸附来分离二氧化碳。
26. 根据权利要求16至25中任意一项所述的SOFC系统，其中所述C02脱水系统还能 够有效地使所述纯化二氧化碳产物液化。
27. 根据权利要求16至26中任意一项所述的SOFC系统，其中所述气态烃进料为伴生 气。
28. -种操作预重整器从而使下游固体氧化物燃料电池的内部重整能力最大化的方 法，包括以下步骤： 将脱硫工艺气体引入所述预重整器，所述脱硫工艺气体的温度在约200°C至约450°C 的范围，其中均以所述脱硫工艺气体的干重计，所述脱硫工艺气体的甲烷含量为组成的51 摩尔％至66摩尔％的范围，并且非甲烷烃含量为组成的33摩尔％至45摩尔％的范围； 将过热蒸汽引入到所述预重整器中，所述过热蒸汽的温度在约250°C至约500°C的 范围、压力在约8巴至约12巴的范围，使得所引入过热蒸汽与所引入脱硫工艺气体的蒸 汽-碳比（SCR)在0.5至1.5的范围；以及 操作所述预重整器，使得从所述脱硫工艺气体和所述过热蒸汽形成重整工艺气体，其 中均以所述重整工艺气体的干重计，所述重整工艺气体的甲烷含量为组成的78摩尔％至 88摩尔％的范围，氧化碳含量为组成的9摩尔％至12摩尔％的范围，并且氢含量为组成的 0. 5摩尔％至10摩尔％的范围； 其中所述重整工艺气体的甲烷选择率在〇. 90至0. 99的范围，并且其中所述预重整器 流体地连接至固体氧化物燃料电池的上游侧，并且既能够有效地接收所述脱硫工艺气体， 又能够利用蒸汽并在活性金属预重整催化剂的存在下，将非甲烷烃转化为甲烷和氧化碳。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中操作所述预重整器还包括绝热地操作所述预重 整器的步骤。
30. 根据权利要求28或29所述的方法，其中所产生的重整工艺气体的温度比所引入的 脱硫工艺气体的温度低55°C至80°C的范围。
31. 根据权利要求28至30中任意一项所述的方法，其中所述脱硫工艺气体中的甲烷摩 尔百分比与非甲烷烃摩尔百分比的比值在1. 0至2. 0的范围。
32. 根据权利要求28至31中任意一项所述的方法，其中以干重计，所述重整工艺气体 的二氧化碳含量为组成的至少10摩尔％。
33. 根据权利要求28至32中任意一项所述的方法，其中以摩尔计，所述重整工艺气体 基本上不含非甲烷烃。
34. 根据权利要求28至33中任意一项所述的方法，其中以摩尔计，所述重整工艺气体 基本上不含硫和含硫化合物。
【文档编号】H01M8/06GK104094461SQ201280056598
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年11月16日
【发明者】阿基尔·贾迈勒, 唐·彭, 阿代什·哈拉利 申请人:沙特阿拉伯石油公司