[發(fā)明專利]低濃度煤層氣輔助電解CO2/H2O制備合成氣方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710310531.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107180985A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊志賓;王宇豪;王亞奇;韓敏芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): H01M8/0656
• 分類號(hào): H01M8/0656;H01M8/12
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用低濃度煤層氣輔助電解 CO₂/H₂O制備合成氣方法及裝置系統(tǒng)，尤其是涉及一種通過(guò)固體氧化物電解池 (SOEC)，從而實(shí)現(xiàn)低濃度煤層氣輔助電解CO₂/H₂O制備合成氣方法及裝置系統(tǒng)。

背景技術(shù)

能源和環(huán)境是目前世界各國(guó)共同關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。以全球變暖為明顯特征的氣候變化主要是人類過(guò)度使用化石燃料導(dǎo)致二氧化碳等溫室氣體排放量居高不下造成的。

固體氧化物電池(Solid Oxide Cell，SOC)是一種由陶瓷氧化物材料構(gòu)成，在燃料化學(xué)能和電能之間實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換及可逆存儲(chǔ)的電化學(xué)器件。它以固體氧化物電解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)方式工作時(shí)，通過(guò)共電解方式將H₂O/CO₂轉(zhuǎn)化為H₂/CO，把電能以化學(xué)能形式存儲(chǔ)下來(lái)，制得的合成氣再通過(guò)費(fèi)托合成過(guò)程(Fischer-Tropsch Process，F(xiàn)-T)轉(zhuǎn)化成碳?xì)?液體)燃料予以儲(chǔ)存和應(yīng)用。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，甲烷含量低于30％的煤層氣為低濃度煤層氣。我國(guó)煤層氣主要以井下抽采方式為主，采出的CH_n(n＝0～4)濃度范圍多在3％～80％之間，其中三分之二的濃度都低于30％。我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，每年由于采煤排放出的低濃度煤層氣高達(dá)1.2×10¹⁰m³，相當(dāng)于10⁷t標(biāo)準(zhǔn)煤。目前我國(guó)對(duì)這部分低濃度煤層氣的利用主要為礦區(qū)民用燃料和坑口發(fā)電，利用率僅占總排放量的 5％～7％，絕大部分(超過(guò)80％)排放到大氣中，不僅浪費(fèi)資源，而且會(huì)引起大氣污染。煤層氣直接排放到大氣中對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞力極強(qiáng)，同體積氣體引起的溫室效應(yīng)是CO₂的21倍，對(duì)臭氧的破壞能力是CO₂的7倍。

人工合成的液體碳?xì)淙剂希趪?guó)民經(jīng)濟(jì)中可直接作為交通能源使用，而不需要另外鋪設(shè)能源運(yùn)輸設(shè)施。合成氣是制備合成碳?xì)淙剂系幕驹希渖a(chǎn)主要是通過(guò)煤氣化和天然氣重整來(lái)實(shí)現(xiàn)，這兩種制備方法均消耗了化石能源并且最終都導(dǎo)致了溫室氣體CO₂的大量排放，且生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，設(shè)備投入大，反應(yīng)條件也相對(duì)較高。

由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種低濃度煤層氣輔助電解CO₂/H₂O 制備合成氣方法及裝置系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)以廢制廢，即利用通常廢棄低濃度煤層氣幫助固定CO₂溫室氣體，同時(shí)制備附加值高的合成氣。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

在原有SOEC高溫共電解制備合成氣的基礎(chǔ)上，耦合了煤層氣部分氧化與尾氣催化燃燒兩個(gè)反應(yīng)，二者輔助SOEC高溫共電解過(guò)程的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了以廢制廢。與原來(lái)陽(yáng)極通入空氣的傳統(tǒng)模式相比，陽(yáng)極通入煤層氣取代空氣可有效降低工作電壓，電堆甚至能實(shí)現(xiàn)自發(fā)運(yùn)行，若輔以一定的外加電壓，則可實(shí)現(xiàn)過(guò)程的高效運(yùn)行，極大的降低了電堆的電耗水平。同時(shí)煤層氣經(jīng)電堆內(nèi)部部分氧化后所得的低品質(zhì)產(chǎn)物，通過(guò)催化氧化可以為原料氣預(yù)熱，從而進(jìn)一步降低了原過(guò)程的能耗水平，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的低能耗運(yùn)行。

本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)低濃度煤層氣輔助電解CO₂/H₂O制備合成氣，不僅可達(dá)到有效利用能源的作用，還可以減少氣體排放對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)以廢制廢，達(dá)到節(jié)能減排的作用，并獲得環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)三重效益。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為現(xiàn)有SOEC電解CO₂/H₂O制備合成氣原理示意圖。

圖2為本發(fā)明所述低濃度煤層氣輔助SOEC電解CO₂/H₂O制備合成氣原理示意圖。

圖3為(a)現(xiàn)有SOEC電解CO₂/H₂O制備合成氣能量理論計(jì)算圖(b)本發(fā)明所述低濃度煤層氣輔助SOEC電解CO₂/H₂O制備合成氣能量理論計(jì)算圖。