[發明專利]一種合成氣制備系統及其方法

有效

• 申請號: 201611224180.7
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN107868962B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 關成志;彭程;陳新冰;肖國萍;王建強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: C25B1/02
• 分類號: C25B1/02;C25B1/00;C25B9/06
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;余化鵬

本發明公開了一種合成氣制備系統及其方法，所述合成氣制備系統包括固體氧化物電解池、原料氣供給系統、熔鹽供給系統和合成氣混合室；所述固體氧化物電解池包括陰極、陽極以及電解質，所述陰極與原料氣相接觸，所述陽極與混有碳粉和催化劑的熔鹽相接觸。本發明實現了固體氧化物電解池技術和煤氣化技術的耦合，將電解/共電解反應過程中產生的O^2?與碳粉煤氣化反應生產CO，并利用高溫熔融鹽作為碳粉的分散劑，增大煤氣化反應的比表面積，進而提高合成氣的轉化效率和產率，降低單位產量的能耗，并可進一步調整所需合成氣的具體比例；本發明適用于分布式合成氣生產工廠，具有能效高、操作簡單、安全性高、可批量化生產等特點。

技術領域

本發明涉及一種合成氣制備系統及其方法。

背景技術

固體氧化物電解池(SOEC)屬于一種可逆的能量轉化裝置，具有清潔高效等特點，其工作溫度一般在600～1000℃，可以將水蒸氣和二氧化碳電解成H₂，CO和O₂，將電能以燃料氣的形式進行存儲。此外，固體氧化物電解池還可以同時將H₂O/CO₂共電解生成合成氣(H₂和CO)，用于合成甲醇等各種更高價值的化學品。H₂O的存在可以抑制固體氧化物電解池電極上的積碳現象，這項技術還可以實現CO₂的循環利用，降低溫室效應。

目前，利用固體氧化物電解池進行CO₂/H₂O共電解制備合成氣領域主要在材料、測試系統搭建等方面取得了一些進展，尚未有工業應用的案例。同時該技術之前的研究主要關注于在陰極上產生的H₂和CO，然后利用通入H₂的方法來調節合成氣的組成；而對于陽極上生成的O₂，一般處理方案是排放到空氣中或者存儲起來另作他用，額外的處理過程不僅會加大生產成本，還不利于資源的充分利用。

發明內容

本發明要解決的是現有技術中固體氧化物電解池技術用于制備合成氣時原料利用不充分、轉化效率較低、單位產量能耗較高的問題，提供了一種將高溫電解/共電解技術與煤氣化技術耦合的高效的合成氣制備系統及其方法。

本發明通過下述技術方案來解決上述技術問題：

本發明提供了一種合成氣制備系統，其包括固體氧化物電解池、原料氣供給系統、熔鹽供給系統和合成氣混合室；所述固體氧化物電解池包括陰極、陽極以及電解質，所述陰極的進口與所述原料氣供給系統連接，所述陰極與原料氣相接觸，所述陰極的出口與所述合成氣混合室連接，所述陽極的進口與所述熔鹽供給系統連接，所述陽極與混有碳粉和催化劑的熔鹽相接觸，所述陽極的出口與所述合成氣混合室連接；

其中，所述原料氣包括水蒸氣和二氧化碳；

所述熔鹽為鹵素鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、草酸鹽和硝酸鹽中的一種或幾種，所述熔鹽的陽離子為堿金屬和堿土金屬中的一種或幾種，所述熔鹽的熔點低于600℃，所述熔鹽的分解溫度高于1000℃；

所述碳粉占所述熔鹽的質量分數為40～80％，所述碳粉的粒度小于0.1mm；

所述催化劑占所述熔鹽的質量分數為0.5～10％，所述催化劑為過渡金屬、堿土金屬氧化物、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物和堿土金屬碳酸鹽中的一種或多種。

本發明中，所述固體氧化物電解池為本領域常規的固體氧化物電解池，其電極一般為多孔結構，以利于氣體的擴散和傳輸；電解質一般為致密且具有高離子電導率和可忽略的電子電導的材料，以隔開氧氣和燃料氣體并傳導氧離子或質子。