CN116829498A

CN116829498A - 由co2和蒸汽生产合成气用于燃料合成

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Publication number: CN116829498A
Application number: CN202280009346.0A
Authority: CN
Inventors: K·阿斯伯格-彼得森; P·M·莫滕森
Original assignee: Haldor Topsoe AS
Current assignee: Topsoe AS
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2023-09-29

Abstract

本文描述了一种用于提供烃产物流的系统。电解工段从包含CO₂的第一进料和包含H₂O的第二进料提供合成气流，然后将其通入F‑T工段，在此将其转化为烃产物流和尾气流。电蒸汽重整器工段接收所述尾气流并将其转化为第二合成气流，然后将其再循环到FT工段的上游。还提供了一种在根据本发明的系统中将包含CO₂的第一进料和包含H₂O的第二进料转化为第一烃产物流的方法。本发明的系统可以与气制油(GTL)设备中的提质工段相结合。

Description

由CO2和蒸汽生产合成气用于燃料合成

技术领域

本发明涉及一种用于提供烃产物流的系统。该系统包括费托(F-T)工段、布置在所述F-T工段上游的电解工段、供给到电解工段的包含CO₂的第一进料、供给到电解工段的包含H₂O的第二进料以及第一电蒸汽重整器工段。还提供了使用根据本发明的系统将包含CO₂的第一进料和包含H₂O的第二进料转化为第一烃产物流的方法。该系统可以与气制油(GTL)设备中的提质工段相结合。

背景技术

用于从例如天然气生产合成烃类或燃料(如柴油、煤油、喷气燃料、石脑油)的气制油(GTL)设备通常包括三个主要工段：

1)合成气生产

2)通过费托合成生产烃类粗产品

3)将粗产品提质为最终产品

通过费托合成生产烃类的合成气主要是一氧化碳和氢气的混合物。合成气还可以包括其他组分，例如通常微量的CO₂、蒸汽、氮气和甲烷。现今，合成气生产通常通过使用天然气或类似的含烃原料的自热重整(ATR)进行。用于ATR的氧气通常由空气分离单元(ASU)供应。该工艺可以以相当高的碳效率和能量效率进行。然而，部分进料将不可避免地转化为二氧化碳，从而对气候产生负面影响。

在开发和优化用于从可再生能源(如风能、太阳能)发电的技术方面正在取得重大进展。然而，预计在未来的许多年里，重型交通和航空将需要基于烃类的燃料。

在具有ATR的基于天然气的GTL设备中，部分F-T尾气可以再循环到ATR。这样做既是为了调节合成气的所需H₂/CO比，也是为了提高GTL设备的碳效率。然而，在以CO₂和H₂O作为进料并且通过电解生产合成气的设备中，尾气再循环到电解单元是不可行的。向SOEC单元添加尾气可能导致SOEC电解单元中的碳形成。尾气不能在低温电解单元中转化为合成气。因此，需要找到一种利用尾气来最大限度地提高设备碳效率(和能量效率)的方法。

一种方法是将尾气引导至蒸汽重整器以额外生产合成气。然而，蒸汽重整是一种吸热反应，需要在炉中进行大量燃烧以提供所需的能量。这种燃烧将导致额外的二氧化碳排放，并降低整体碳效率。此外，燃烧所需的燃料最初将由利用电力的电解产生。这显著增加了设备的电力消耗。

因此，希望开发一种用于生产合成烃类如柴油和喷气燃料的技术，该技术使用CO₂作为主要含碳原料并利用可再生能源。与现今使用的技术相比，这可以减少气候影响。理想情况下，这种技术应将进料中尽可能高比例的二氧化碳转化为所需的最终产品，如柴油和煤油。

在申请人的共同未决申请EP20216617.9中描述了相关技术。

发明内容

现在令人惊讶地发现，利用电蒸汽重整器将来自FT工段的尾气转化为合成气降低了合成气生产的总电力需求和/或降低了GTL设备中的CO₂排放。这是令人惊讶的，因为这样的电蒸汽重整器本身利用电力。

因此，在第一方面，本发明涉及一种用于提供第一烃产物流的系统，所述系统包括：

-费托(F-T)工段，

-布置在所述F-T工段上游的电解工段，

-供给到电解工段的包含CO₂的第一进料，

-供给到电解工段的包含H₂O的第二进料，

-第一电蒸汽重整器工段，

其中

-所述电解工段被布置为从所述第一进料和所述第二进料提供第一合成气流，

-所述F-T工段被布置为至少接收所述第一合成气流的至少第一部分并将其转化为第一烃产物流和尾气流，

-并且其中任选地，所述第一电蒸汽重整器工段被布置为接收所述第一合成气流的至少第二部分并将其转化为第二合成气流，

-所述第一电蒸汽重整器工段被布置为接收所述尾气流的至少第一部分并将其转化为第二合成气流，

并且其中所述第二合成气流被布置为优选与第一合成气流混合供给到F-T工段。

在另一方面，本发明提供了一种GTL设备，其包括本文所述的系统，所述GTL设备还包括布置为接收第一烃产物流并提供最终产物流的提质工段。

还提供了在根据本发明的系统中将包含CO₂的第一进料和包含H₂O的第二进料转化为第一烃产物流的方法。

本发明的其他方面和细节在以下描述文本以及所附权利要求和附图中提供。

附图的简要说明

图1-2示出了根据本发明的系统的各种实施方案的示意性布局。

发明详述

除非另有说明，否则气体含量的任何给定百分比均为体积％。

术语“合成气(“synthesis gas)”可与术语“合成气(syngas)”互换使用，并且是指包含氢气、一氧化碳、二氧化碳和少量其他气体(如氩气、氮气、甲烷、蒸汽等)的气体。

具体实施方式

本发明描述了一种用于提供第一烃产物流的系统。

一般而言，所述系统包括：

-费托(F-T)工段，

-布置在所述F-T工段上游的电解工段，

-供给到电解工段的包含CO₂的第一进料，

-供给到电解工段的包含H₂O的第二进料，

-第一电蒸汽重整器工段。

以下将描述系统的这些组件及其关系。

包含CO₂的第一进料

将包含二氧化碳的第一进料提供给电解工段。适当地，第一进料基本上由CO₂组成。CO₂的第一进料适当地是“富含CO₂的”，意味着该进料的主要部分是CO₂；即，该进料的超过75％，例如超过85％，优选超过90％，更优选超过95％，甚至更优选超过99％是CO₂。二氧化碳的第一进料的一个来源可以是来自一个或多个化学设备的一个或多个废气流。二氧化碳的第一进料的一个来源也可以是从一种或多种工艺流或大气中捕获的二氧化碳。第一进料的另一个来源可以是从例如来自火焰加热器、蒸汽重整器和/或发电厂的烟道气中捕获或回收的CO₂。除了CO₂之外，第一进料可以包含例如蒸汽、氧气、氮气、含氧化合物、胺、氨、一氧化碳和/或烃类。

在一个方面，第一进料包含微量烃类(通常为甲烷)，优选烃类的量为所述第一进料的体积的小于10％，例如小于5％，或最优选地小于3％。

在被提供到电解工段之前，包含二氧化碳的第一进料可以通过CO₂清洁单元以去除杂质，例如Cl(如HCl)、硫(如SO₂、H₂S、COS)、Si(如硅氧烷)和/或As。这确保了对下游单元特别是后续电解工段的保护。

包含H₂O的第二进料

将包含水(例如蒸汽形式)的第二进料提供给电解工段。适当地，第二进料基本上由H₂O组成。H₂O的第二进料适当地是“富含H₂O的”，意味着该进料的主要部分是H₂O；即，该进料的超过75％，例如超过85％，优选超过90％，更优选超过95％，甚至更优选超过99％是H₂O。

H₂O的第二进料的一个来源是工艺蒸汽，其通常可在工业设备中获得。H₂O的第二进料也可以从本发明的系统或设备中的其他单元、反应器或工段获得。在一个实施方案中，蒸汽由用于冷却来自电重整反应器的流出物流的废热锅炉提供。

除了H₂O之外，第二进料可以例如包含微量氮气、氩气、二氧化碳、氢气和/或烃类。

包含CO₂的第三进料

任选地，包括CO₂的第三进料可以提供给上述系统中的第一电蒸汽重整器工段。适当地，第三进料基本上由CO₂组成。与包含CO₂的第一进料(上述)有关的所有细节同样适用于包含CO₂的第三进料。在一个优选的系统中，将包含CO₂的单一进料供应至该系统，并将其布置为分裂成包含CO₂的第一进料和第三进料。将CO₂供给到电蒸汽重整器工段是有利的，因为这允许利用该工段的典型高温从CO₂生产CO。

在一个实施方案中，第三进料是所述电解工段的流出物的一部分，因此将包含CO和CO₂。在这种配置中，来自电解工段的未转化的CO₂可以在电蒸汽重整器工段中以更高的产率转化为CO。该流可以由例如第一电解单元或单个电解单元提供。

在另一个实施方案中，第三进料可以包括H₂，并且适当地是所述电解工段的流出物的一部分。该流可以由例如第二电解单元或单个电解单元提供。当根据反应方案用作CO₂逆水煤气变换反应的反应物时，H₂作为共进料可能是有利的。此外，H₂有助于降低通常与CO生产有关的碳形成的风险。

电解工段

电解工段被布置为从第一进料和所述第二进料提供第一合成气(synthesis gas、syngas)流。

电解工段可以包括一个或多个电解单元。单个电解单元可以包括具有相关设备的多个电解堆。电解工段根据需要可以另外包括压缩机单元和/或混合器单元。

蒸汽和CO₂的电解通过反应(1)和(2)进行：

H₂O→H₂+¹/₂O₂ (1)

CO₂→CO+¹/₂O₂ (2)

反应(1)和(2)的电解产物是H₂和CO；即合成气的主要成分。

在一些情况下，不可能在一个或多个电解单元中转化所有的CO₂和/或H₂O。产物流的分离可以在电解单元的下游进行，随后将部分或全部未转化的CO₂和/或蒸汽再循环到电解单元的入口。

在一些情况下(有或没有再循环)，未转化的CO₂包含在第一合成气中。大多数未转化的H₂O通常将在电解单元的下游冷凝，在第一合成气中仅留下少量H₂O(通常小于5％，优选小于2％)。

上述两种反应都需要电力才能在电解单元中进行。因此，电解工段包括电力供应，该电力供应优选地至少部分地是可再生能源供应，例如风能和太阳能。

反应(1)可以在低温电解单元如碱性电解(AEL)或聚合物电解质电解(PEM)中进行。反应(1)也可以在诸如固体氧化物电解(SOE)单元的高温电解单元中发生。反应(2)也可以在SOE单元中发生。

反应(1)和(2)可以在具有分别包含蒸汽和CO₂的单独进料的单独电解单元中发生。在这种情况下，将来自蒸汽电解单元和CO₂电解单元的流出物流合并以产生合成气流。因此，在该方面，电解工段包括至少第一电解单元和第二电解单元，其中第一电解单元被布置为将包含CO₂的第一进料转化为包含CO的第一流，并且其中第二电解单元被布置为将包含H₂O的第二进料转化成包含H₂的第二流，并且其中所述电解工段进一步被布置为将所述包含CO的第一流与所述包含H₂的第二流合并成所述第一合成气流。

另一种可能性是，反应(1)和(2)都在具有包含蒸汽和CO₂二者的进料的同一电解单元中发生。因此，在根据本发明的系统中，电解工段可以包括单个电解单元，该单个电解单元被布置为将所述第一进料和所述第二进料转化为第一合成气流，优选地其中第一进料与所述第二进料被布置为在被供给到电解工段之前进行混合。换句话说，第一和第二进料在该相同的“单个”电解单元中被转化。在这种情况下，还可能发生各种其他反应：

CO+H₂O→CO₂+H₂ (3)

3H₂+CO→CH₄+H₂O (4)

无论使用哪种类型的电解单元，通常都不可能实现蒸汽和CO₂的完全转化。具体地，对于CO₂转化，碳形成的风险通常为可以实现多高的转化率设定了一个有限的极限，否则鲍氏反应可能会根据以下反应发生：

2CO→C+CO₂ (5)

在其中单个电解单元用于H₂O和CO₂二者电解的情况下，CO分解反应也根据以下反应限制了可允许的向CO的转化：

CO+H₂→C+H₂O (6)

碳形成是不希望的副反应。

在这种情况下，在反应(4)中产生的甲烷(和任何其他烃)直接通过F-T工段，并且可以在尾气中包括从F-T工段排出的烃的一部分。然后，该烃在电蒸汽重整器工段(下文将详细描述)中被转化。这种布置也在本发明的系统和方法中提供了改进的灵活性。

电解工段中的一个或所有电解单元可以包括固体氧化物电解(SOE)单元。第二电解单元(用于电解H₂O的第二进料)可以是碱性/聚合物电解质膜电解单元，例如碱性/PEM电解单元。当H₂O电解成H₂是基于液态水时，节省了水的蒸发热。SOE和碱性/PEM电解单元在本领域中是众所周知的，特别是碱性/PEM电解。例如，申请人的WO 2013/131778描述了SOEC-CO2。一个实施方案是SOEC-CO2和碱性/PEM电解的组合。

正如所述，电解工段被布置为从第一进料和所述第二进料提供第一合成气(synthesis gas，syngas)流。第一合成气流可具有以下组成(按体积计)：

-40-70％的H₂(干)

-10-30％的CO(干)

-2-30％的CO₂(干)

-0.5-8％的CH₄，优选0-8％的CH₄

在一个方面，CO₂的电解可以部分地发生。因此，产生的合成气可以具有0.2或更高的CO/CO₂摩尔比。电解可以有目的地进行，从而产生更多的CO，并且得到的CO与CO₂的摩尔比高于0.2，例如高于0.3或高于0.4或0.5，例如0.6或0.7，或0.8或0.9，从而能够更容易地将所得合成气中CO、CO₂和H₂的相对含量调整为如下所述的合适的模数以用于随后的转化。

在一个方面，可以存在变压吸附(PSA)单元、变温吸附(TSA)单元和/或再循环压缩机系统以纯化来自CO₂电解的流。PSA单元提供富含CO的流，通常高于90％，例如高于95％或甚至高于99％的CO，以及富含CO₂的流，其在低压下排出，因此可以被压缩并再循环到CO₂电解中。

在将第一合成气流(和第二合成气流，或合并的第一和第二合成气流)供给到F-T工段之前，可以对其进行各种操作。

在大多数情况下，合成气流将被冷却至低于露点，以在合成气流被输送至F-T工段之前冷凝出部分水。对合成气的其他调节，例如去除部分或全部CO₂或者部分或全部H₂O，也可以在合成气被引导至F-T工段之前进行。

合并的第一和第二合成气中所需的H₂/CO摩尔比称为(H₂/CO)_Ref。在F-T工段的入口处，(H₂/CO)_Ref通常为1.8至2.2，例如1.9至2.1或约2。

合成气从电解工段输送至F-T工段。

费托(F-T)工段

F-T工段被布置为接收第一合成气流的至少一部分(即第一部分)并将其转化为第一(粗)烃产物流和尾气流。烃产物流通常被送至提质工段进行进一步精制。来自F-T工段的粗烃产物流的组成取决于F-T工艺中使用的催化剂类型、反应温度等。

F-T工段包括一个或多个F-T反应器。FT技术在本领域中是众所周知的，并且特别参考Steynberg A.和Dry M.“Fischer-Tropsch Technology”，Studies in SurfaceSciences and Catalysts，第152卷。

该尾气通常包括各种组分，例如H₂(5-40％)、CO(5-40％)、CO₂(10-70％)、CH₄(5-40％)，以及各种其他组分，如C₂-C₆链烷烃和C₂-C₆烯烃，其量较少，通常小于5％(对于每种组分)。

电蒸汽重整器工段。

来自费托工段的尾气被引导至电蒸汽重整器工段。因此，第一电蒸汽重整器工段被布置为接收所述尾气流的至少第一部分，并且优选大于70％、大于80％、大于90％或大于95％，并将其转化为第二合成气流。

在可选的方面，第一电蒸汽重整器工段被布置为接收所述第一合成气流的至少第二部分并将其转化为第二合成气流。换言之，第一合成气流被送至F-T工段和第一电蒸汽重整器工段两者。这允许利用电蒸汽重整器工段的高温以同样地根据逆水煤气变换单元将第一合成气流中未转化的CO₂的一部分转化为CO，以及蒸汽重整第一合成气流中的潜在甲烷。这从而减少了合成气中未反应气体的量，并形成了更有效的费-托工段。

第一电蒸汽重整器工段可以包括一个或多个电蒸汽重整器。用于本发明的电蒸汽重整器工段的合适的电蒸汽重整器如在共同未决的申请WO2019228797和WO/2019/228798中公开的。

在电蒸汽重整器中，发生以下反应：

(7，上述反应4的逆反应)

(8，等于上述反应3)

即(7)是蒸汽甲烷重整，并且(8)是水煤气变换，并且(8)的逆反应是逆水煤气变换。

F-T尾气中也可能存在高级烃类(具有2个或更多个碳原子的烃类)。如果是这样的话，这些也根据以下反应进行转化：

C_nH_m+nH₂O→nCO+(m/2+n)H₂ (9)

反应(7)是非常吸热的，并且需要大量的能量输入以达到期望的转化率。优选地，电蒸汽重整器的出口温度为850℃或更高，例如900℃或更高，例如950℃或甚至1000℃或更高。

在一些情况下，可能优选的是在将尾气引导至电重整器之前对其进行预处理。尾气可包含烯烃，在这种情况下，部分或全部烯烃可在电蒸汽重整器上游转化为链烷烃。这根据以下氢化反应进行：

C_nH_m+H₂→C_nH_(m+2) (10)

因此，根据本发明的系统还可以包括布置在F-T工段和第一电蒸汽重整器工段之间的尾气流中的氢化工段，所述氢化工段被布置为对尾气流进行氢化。

适当地，氢化工段是技术人员已知的。氢化可以例如在添加蒸汽之前在绝热反应器中进行。合适的催化剂可以包括铜。氢化温度可为100℃至200℃，但也可以采用其他温度。

尾气还包含CO。可能希望在电蒸汽重整器上游转化一部分CO。这可以例如根据反应(8)在绝热水煤气变换反应器中进行。因此，根据本发明的系统还可以包括布置在F-T工段和第一电蒸汽重整器工段之间的尾气流中的CO转化工段，所述CO转化工段被布置为对尾气流进行水煤气变换反应和/或甲烷化。合适的CO转化工段，特别是合适的绝热水煤气变换或甲烷化反应器，是技术人员已知的。

如果实施尾气预处理，则一个优选的实施方案是进行烯烃氢化，然后进行蒸汽添加和水煤气变换反应。离开水煤气变换反应器的所得气体然后被引导至电重整器。

因此，根据本发明的系统可以包括布置在F-T工段和第一电蒸汽重整器工段之间的尾气流中的CO转化工段和氢化工段，其中氢化工段被布置在CO转化工段的上游。

在EP1860063和WO2011151012中特别描述了来自F-T反应的尾气的处理。

尾气还可以包含高级烃类(具有2个或更多个碳原子的烃类，例如乙烷、丙烷等)。可能希望在电重整器上游去除或减少这种高级烃类的含量。这可以例如在绝热预重整器中实现。在绝热预重整器中，高级烃类根据反应(9)进行转化。在绝热预重整器中，通常也会发生反应(7)和(8)(包括这些反应的逆反应)，根据这些反应产生处于或接近化学平衡的气体。绝热预重整通常用以镍作为活性材料的颗粒型催化剂进行。

电蒸汽重整器工段提供第二合成气流。该第二合成气流的组成通常(按体积计)为：

-40-70％的H₂(干)

-10-30％的CO(干)

-2-20％的CO₂(干)

-0.5-5％的CH₄

第二合成气流被布置为优选与第一合成气流混合供给到F-T工段。

气制油(GTL)设备

本发明还提供了一种GTL设备，其包括本文所述的系统和提质工段。提质工段被布置为接收第一烃产物流(即“粗产物流”)并提供最终产物流。最终产物流优选为柴油流、煤油流、液化石油气(LPG)流、石脑油流，或其两种或更多种，要么单独地要么组合地。

来自F-T工段的粗产物流可以被提质为所需的最终产品，如煤油、柴油、石脑油和LPG。

在一些情况下，只有柴油、煤油和石脑油是所需的最终产品。在这种情况下，LPG可以被再循环到合成气生成单元。然而，在电解单元中处理再循环的LPG而没有碳形成是不可能的。相反，可以将蒸汽添加到LPG中，并且可以根据反应(9)将LPG例如在电蒸汽重整器工段中处理成额外的合成气。反应(9)将伴随甲烷化反应和水煤气变换反应(8)。

因此，在其中提质工段被布置为提供LPG流的情况下，GTL设备还可以包括被布置为接收所述LPG流的至少一部分并将其转化为第三合成气流的第二电蒸汽重整器工段。第三合成气流被布置为被供给到F-T工段。任何形成的LPG或石脑油都可以作为尾气添加到相同的电蒸汽重整器中。

在一个实施方案中，第一电蒸汽重整器工段(其将尾气转化为第二合成气流)和第二电蒸汽重整器工段(其将LPG转化为第三合成气流)是相同的电重整器。因此，第一和第二电蒸汽重整器工段由组合的电蒸汽重整器工段组成，其中由所述LPG流的至少一部分和所述尾气流的所述至少第一部分产生合并的合成气流，其中所述合并的合成气流被布置为作为所述第二合成气流供给到F-T工段。

在一些情况下，LPG可能含有催化剂毒物，如硫。在这种情况下，硫在相关的电蒸汽重整器的上游被去除。如果LPG含有烯烃，则可以根据反应(10)在电重整器的上游转化这些烯烃。

还可能希望转化LPG中的全部或部分高级烃类，以降低在电重整器中碳形成的可能性。在一个实施方案中，这可以通过使用绝热预重整器来实现。在绝热预重整器中，高级烃类根据反应(9)与蒸汽反应。反应(7)和(8)也将在绝热预重整器中发生。通常，绝热预重整器在350℃至550℃的温度下运行。来自绝热预重整器的流出物被引导至电重整器。

在一些情况下，石脑油可能不是所需的最终产品。在这种情况下，石脑油可以以类似于如上所述的LPG的方式再循环回合成气生成单元用于额外的合成气生产。

方法

本发明还提供了一种在本文所述的系统中将包含CO₂的第一进料和包含H₂O的第二进料转化为第一烃产物流的方法。上面描述的系统的所有细节都与本发明的方法相关，作必要的修改。

该方法包括以下一般步骤：

-在所述电解工段中将所述第一进料和所述第二进料转化为第一合成气流，

-将所述第一合成气流的至少第一部分供给到F-T工段并将其转化为第一烃产物流和尾气流，

-任选地，将所述第一合成气流的至少第二部分供给到第一电蒸汽重整器工段并将其转化为第二合成气流，

-将所述尾气流的至少一部分供给到所述第一电蒸汽重整器工段并将其转化为第二合成气流，以及

-将第二合成气流优选与第一合成气流混合供给到F-T工段。

在本发明的方法中，在F-T工段的入口处，(H₂/CO)_Ref通常为1.8至2.2，例如1.9至2.1或约2。

为了减少该方法的碳排放，驱动电解工段和/或电蒸汽重整器工段所需的电力可以至少部分地由可再生来源提供，例如风能和太阳能。

本发明还描述了一种提供最终产物流(即纯化的产物流)例如柴油流、煤油流、LPG流或石脑油流的方法，所述方法包括进行上述方法，随后通过提质工段(在提质工段中)对第一烃产物流进行提质并提供最终产物流。

附图的详细描述

图1示出了根据本发明的示意性系统100。将包含CO₂(并且优选为纯CO₂)的第一进料11供给到电解工段20。在该实施方案中，电解工段20至少包括第一电解单元20b和第二电解单元20c。第一电解单元20b接收第一进料11，并被布置为将该第一进料11转化为包含CO的第一流24。

类似地，将包含H₂O的第二进料12供给到电解工段20，特别是其中的第二电解单元20c。第二电解单元20c接收第二进料12并将其转化为包含H₂的第二流25。

将包含CO的第一流24与包含H₂的第二流25在例如压缩机单元中合并以提供第一合成气流21。在该实施方案中，将整个第一合成气流21送至F-T工段30，在那里将其转化为第一烃产物流31和尾气流32。

第一烃流31被送至提质工段(图1中未示出)进行进一步处理。

尾气流32被部分吹扫，并且一部分32a被供给到第一电蒸汽重整器工段40。尾气流32的该第一部分32a在第一电蒸汽重整器工段40中被转化为第二合成气流41。第二合成气流41被布置为在F-T工段30的入口处被供给到F-T工段30，在那里它可以被处理成额外的烃产物流31和尾气流32。如图1所示，第二合成气流41优选被布置为与第一合成气流21混合供给到F-T工段30。

图2示出了类似于图1的系统。在图2中，电解工段20包括单个电解单元20a，该电解单元20a被布置为将第一进料11和第二进料12转化为第一合成气流21。优选地，第一进料11和第二进料12被布置为在被供给到电解工段20、20a之前被混合。

在上述实施方案的每一个中，优选来自可再生来源的电力被提供给电解工段20和第一电蒸汽重整器工段40。

尽管已经参考多个方面和实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员可以组合来自各个方面的要素，同时保持在权利要求书中定义的本发明的范围内。

Claims

1.一种用于提供第一烃产物流的系统(100)，所述系统(100)包括：

-费托(F-T)工段(30)，

-布置在所述F-T工段(30)上游的电解工段(20)，

-供给到所述电解工段(20)的包含CO₂的第一进料(11)，

-供给到所述电解工段(20)的包含H₂O的第二进料(12)，

-第一电蒸汽重整器工段(40)，

其中

-所述电解工段(20)被布置为从所述第一进料(11)和所述第二进料(12)提供第一合成气流(21)，

-所述F-T工段(30)被布置为接收所述第一合成气流(21)的至少第一部分并将其转化为第一烃产物流(31)和尾气流(32)，

-并且其中任选地，所述第一电蒸汽重整器工段(40)被布置为接收所述第一合成气流(21)的至少第二部分并将其转化为第二合成气流(41)，

-所述第一电蒸汽重整器工段(40)被布置为接收所述尾气流(32)的至少第一部分(32a)并将其转化为第二合成气流(41)，

并且其中所述第二合成气流(41)被布置为优选与所述第一合成气流(21)混合供给到所述F-T工段(30)。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电解工段(20)包括单个电解单元(20a)，所述单个电解单元(20a)被布置为将所述第一进料(11)和所述第二进料(12)转化为第一合成气流(21)，优选地其中第一进料(11)与所述第二进料(12)被布置为在被供给到电解工段(20)之前进行混合。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电解工段(20)包括至少第一电解单元(20b)和第二电解单元(20c)，其中第一电解单元(20b)被布置为将包含CO₂的第一进料(11)转化为包含CO的第一流(24)，并且其中第二电解单元(20c)被布置为将包含H₂O的第二进料(12)转化成包含H₂的第二流(25)，并且其中所述电解工段(20)进一步被布置为将所述包含CO的第一流(24)与所述包含H₂的第二流(25)合并成所述第一合成气流(21)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中电解工段(20)中的一个或所有电解单元(20a、20b、20c)是固体氧化物电解(SOE)单元。

5.根据权利要求1或3-4中任一项所述的系统，其中第二电解单元(20c)是碱性/聚合物电解质膜电解单元，例如碱性/PEM电解单元。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括布置在F-T工段(30)和第一电蒸汽重整器工段(40)之间的尾气流(32)中的氢化工段，所述氢化工段被布置为对尾气流(32)进行氢化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括布置在F-T工段(30)和第一电蒸汽重整器工段(40)之间的尾气流(32)中的CO转化工段，所述CO转化工段被布置为对尾气流(32)进行水煤气变换反应和/或甲烷化。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其包括布置在F-T工段(30)和第一电蒸汽重整器工段(40)之间的尾气流(32)中的CO转化工段和氢化工段，其中所述氢化工段被布置在所述CO转化工段的上游。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括废热锅炉，所述废热锅炉被布置为冷却来自第一电蒸汽重整器工段(40)的第二合成气流(41)，并且其中由所述废热锅炉提供的蒸汽被提供作为第二进料(12)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括供给到第一电蒸汽重整器工段(40)的包含CO₂的第三进料。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第三进料还包含H₂。

12.一种GTL设备，其包括根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述GTL设备还包括提质工段(50)，所述提质工段(50)被布置为接收第一烃产物流(31)并提供最终产物流(51)，其中所述最终产物流(51)优选为柴油流、煤油流、液化石油气(LPG)流或石脑油流。

13.根据权利要求12所述的GTL设备，其中所述提质工段(50)被布置为提供LPG流(51a)，并且其中所述GTL设备还包括被布置为接收所述LPG流(51a)的至少一部分并将其转化为第三合成气流(61)的第二电蒸汽重整器工段(60)。

14.根据权利要求13所述的GTL设备，其中第一电蒸汽重整器工段(40)和第二电蒸汽重整器工段(60)由组合的电蒸汽重整器工段组成，其中由所述LPG流(51a)的至少一部分和所述尾气流(32)的所述至少第一部分产生合并的合成气流，其中所述合并的合成气流被布置为作为所述第二合成气流(41)供给到F-T工段。

15.一种在根据权利要求1-11中任一项所述的系统(100)中将包含CO₂的第一进料(11)和包含H₂O的第二进料(12)转化为第一烃产物流(31)的方法，所述方法包括以下步骤，

-在所述电解工段(20)中将所述第一进料(11)和所述第二进料(12)转化为第一合成气流(21)，

-将所述第一合成气流(21)的至少第一部分供给到所述F-T工段(30)并将其转化为第一烃产物流(31)和尾气流(32)，

-任选地，将所述第一合成气流(21)的至少第二部分供给到第一电蒸汽重整器工段(40)并将其转化为第二合成气流(41)，

-将所述尾气流(32)的至少一部分供给到所述第一电蒸汽重整器工段(40)并将其转化为第二合成气流(41)，以及

-将第二合成气流(41)优选与第一合成气流(21)混合供给到所述F-T工段(30)。

16.根据权利要求15所述的方法，其中包含CO₂的第一进料(11)包含微量烃类，优选烃类的量为所述第一进料的体积的小于10％，例如小于5％，或最优选小于3％。

17.根据权利要求15-16中任一项所述的方法，其中在F-T工段(30)的入口处的合成气中的H₂/CO比为1.8至2.2，例如1.9至2.1，或约2.0。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中驱动电解工段(20)和/或电蒸汽重整器工段(40)所需的电力至少部分地由可再生来源提供，例如风能和太阳能。

19.一种提供最终产物流(51)如柴油流、煤油流、LPG流或石脑油流的方法，所述方法包括进行根据权利要求15-18中任一项所述的方法，随后通过提质工段(50)对第一烃产物流(31)进行提质并提供最终产物流(51)。