用于發電以及提高石油采收率的系統和方法

用于發電以及提高石油采收率的系統和方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于生產適于EOR的純化二氧化碳產物以及余電的方法，其使用了氣態烴進料以及SOFC系統。SOFC系統包括冷凝物排出系統、酸性氣體排出系統、加氫脫硫系統、吸附床系統、預重整器、固體氧化物燃料電池、CO2分離系統和CO2脫水系統，其能夠有效地形成純化二氧化碳產物，其中該SOFC系統能夠有效地從由固體氧化物燃料電池生產的電來生產余電。操作預重整器從而使下游固體氧化物燃料電池的內部重整能力最大化的方法使用了預重整器，其流體地連接至固體氧化物燃料電池的上游側。本發明還涉及一種使用SOFC系統從含烴地層中提高烴流體采收率的方法。
【專利說明】用于發電以及提高石油采收率的系統和方法

【技術領域】
[0001] 本發明的領域涉及一種固體氧化物燃料電池（S0FC)工藝和系統。更具體而言，本 領域涉及將使用氣態烴的S0FC工藝和系統用于發電和生產二氧化碳，該二氧化碳適于提 高石油采收率（E0R)。

【背景技術】
[0002] 對于長期生產的油田，利用二氧化碳的E0R是常規操作。二氧化碳注入對油田再 次加壓并且促進含烴地層中的化學反應，這促使了額外的烴產出。純化二氧化碳（純度至 少為95摩爾％ )對E0R是有用的，因為其使含烴地層中的未知或不期望的反應最少化。 [0003] 原油和天然氣的生產和精煉均為能量密集型行業。烴材料的采收通常發生在偏遠 地區，包括海上以及遠離重要人口中心的地區，這里不存在電力傳輸基礎設施，并且電力傳 輸基礎設施不經濟或不可實行的。在這種情況下，本地發電設施是僅有的現實選擇。
[0004] 環境條件會影響小型的本地發電設施。日常冷卻水和氣溫變化可導致發電系統的 一些部件操作受限，例如冷卻容量。由于季節變化，本地烴原料可含有雜質或其組成可發生 變化。另外，每個地區均獲得在烴、污染物和惰性組合物方面略微不同的烴原料，從而使得 更加難以設計"通用"的系統。
[0005] 發電設施產生三種主要產品：電、蒸汽和二氧化碳廢氣。電和蒸汽（在燃燒燃料的 一部分工序以及加熱和冷卻發電工序中產生）在烴生產和精煉操作的所有方面均是有用 的。隨著嚴格的溫室氣體監測和報告的需要，不能二氧化碳簡單地作為"廢物"排放至空氣 中。相反，優選的是捕獲并找到所生產的二氧化碳的用途或者使排放的二氧化碳量最小化。
[0006] 這樣的發電系統和工藝是有利的：其不僅僅能夠處理烴進料的可變性（包括具有 接收不精制的氣態原料的能力），而且能夠有效地向偏遠地區提供電力；并且具有用于捕 獲并精制二氧化碳待用（而不是將其排出）的裝置。


【發明內容】

[0007] -種生產適于提高石油采收率（E0R)的純化二氧化碳產物以及余電（surplus eletricity)的方法使用了氣態烴和S0FC系統。該方法包括將氣態烴引入S0FC系統的步 驟。該方法包括操作S0FC系統，從而形成脫硫工藝氣體并且通入預重整器的步驟。該方法 包括將蒸汽引入預重整器的步驟。該方法包括操作預重整器，從而利用引入的蒸汽并且在 預重整催化劑的存在下，使脫硫工藝氣體中的非甲烷烴轉化為甲烷和氧化碳的步驟，這導 致形成了重整工藝氣體并且使該重整工藝氣體通入固體氧化物燃料電池中。該方法包括操 作S0FC系統，從而生產純化二氧化碳產物和余電的步驟。
[0008] 用于從氣態烴進料生產適于E0R的純化二氧化碳產物以及余電的S0FC系統包括： 冷凝物排出系統、酸性氣體排出系統、加氫脫硫系統、吸附床系統、預重整器、固體氧化物燃 料電池、C0 2分離系統和C02脫水系統（其能夠有效地形成純化二氧化碳產物），其中該S0FC 系統能夠有效地從由固體氧化物燃料電池生產的電來生產余電。
[0009] 操作預重整器從而使固體氧化物燃料電池的內部重整能力最大化的方法使用了 預重整器，其流體地連接至固體氧化物燃料電池的上游側。利用蒸汽并且在活性金屬預重 整催化劑的存在下，預重整器能夠有效地使脫硫工藝氣體中的非甲烷烴轉化為甲烷和氧化 碳，這形成了作為產品的重整工藝氣體。該方法包括將脫硫工藝氣體引入預重整器的步驟。 該脫硫工藝氣體的溫度在約200°C至約450°C的范圍。該脫硫工藝氣體含有甲烷和非甲烷 烴。該方法包括將過熱蒸汽引入預重整器中。該過熱蒸汽的溫度在約250°C至約500°C的 范圍、壓力在約8巴（bar)至約12巴的范圍。所引入過熱蒸汽與所引入脫硫工藝氣體的蒸 汽-碳比（SCR)在約0. 5至約3. 0的范圍。該方法的一個實施方案的SCR在約0. 5至約 1. 5的范圍。該方法的一個實施方案的SCR在約1. 5至約3. 0的范圍。該方法包括操作預 重整器，從而形成重整工藝氣體的步驟。該重整工藝氣體含有甲烷、氧化碳和氫。該重整工 藝氣體的甲烷選擇率在約〇. 90至約0. 99的范圍。
[0010] 一種使用S0FC系統從含烴地層中提高烴流體采收率的方法。該含烴地層含有烴 流體，該烴流體含有伴生氣。可分別通過生產井和注入井到達地層。S0FC系統能夠有效地 接收伴生氣并且從該伴生氣生產適于提高石油采收率的純化二氧化碳產物以及余電。該方 法包括使用生產井從含烴地層中生產烴流體的步驟。該方法包括從所生產的烴流體中分離 伴生氣的步驟。該方法包括將伴生氣引入S0FC系統中的步驟。該方法包括操作S0FC系統， 從而生產用于提高石油采收率的純化二氧化碳產物以及余電的步驟。該方法包括使用注入 井將所生產的純化二氧化碳產物引入含烴地層的步驟。
[0011] S0FC系統和使用方法可生產E0R品質的二氧化碳產物以及余電，它們對其他操作 (包括油氣采收和精煉）是有用的。"余電"意思是所生產的、超過S0FC需要（包括在固體 氧化物燃料電池內部發生的電化學反應）的電。該S0FC系統是靈活的，因為其可使用各種 氣化的烴為原料，包括天然氣、甲烷、伴生氣和其他處于氣態的烴。從單一系統促進原位發 電和二氧化碳生產顯著降低了為了運行采收系統而對燃料和化學品的整體外部需求，以及 消除了提供用于E0R的二氧化碳的需求。二氧化碳和電的原位生產顯著減少了基礎設施， 并且使得探測偏遠的油氣生產點更可行。該S0FC系統還具有將二氧化碳精制到足夠的純 度，以用于其他化學工藝的原料的能力。
[0012] 作為一部分而包含在S0FC系統中的預重整器解決了氣態烴進料的類型、質量和 條件的可變性，這使得適用的潛在原料的數目和類型最大化。在S0FC系統中包含預重整器 產生了幾個與工藝相關的操作優點。高碳烴（即，非甲烷烴）比甲烷具有更高的化學活性。 將所有非甲烷烴轉化為甲烷使得用于固體氧化物燃料電池的進料組合物穩定為氫、二氧化 碳、水和甲烷。進入固體氧化物燃料電池的烴進料流的組成穩定性進而使發電以及在固體 氧化物燃料電池中發生的內部重整反應穩定。提供甲烷（而非高碳烴）還提高了固體氧化 物燃料電池的效率，結果可更多地發電。與可變烴進料的完全重整所需相比，對進入固體氧 化物燃料電池的進料的預重整還允許固體氧化物燃料電池在更低的蒸汽-碳比（SCR)下操 作。固體氧化物燃料電池中甲烷內部重整為氫和一氧化碳是吸熱的，這除去了大量的熱。 比起不使用預重整器的系統相比，S0FC系統整體上需要更少冷卻。預重整器還對于任何潛 在的硫穿透（sulfur breakthrough)充當"犧牲硫槽（sacrificial sulfur sink)"。雖然 S0FC系統的實施方案包括脫硫系統，但是預重整器催化劑為固體氧化物燃料電池催化劑增 加了又一個保護層。
[0013] 附圖簡要說明
[0014] 結合以下優選實施方案的詳細說明、權利要求以及附圖，可更好理解本發明的以 上以及其他特征、方面和益處，其中：
[0015] 圖1為固體氧化物燃料電池的一個實施方案的工藝流程圖。
[0016] 優選實施方案詳述
[0017] 說明書（包括
【發明內容】
、附圖簡要說明、和優選實施方案詳述）以及所附的權利要 求描述的是本發明的具體特征（包括工藝和方法步驟）。本領域技術人員理解本發明包括 所有本說明書中所描述的具體特征的組合以及應用。本領域技術人員理解本發明并不限于 說明書中所給出的實施方案的描述或被其限制。只要是在說明書和所述權利要求的精神 內，本發明的主題不受限制。
[0018] 本領域技術人員還理解用于說明具體實施方案的術語并不限制本發明的范圍或 寬度。在解讀說明書和所附權利要求過程中，應當與各個術語上下文一致的最寬的可能方 式解讀所有術語。除非另有定義，否則說明書和所附權利要求中所用的所有技術和科學術 語都與本發明所屬領域內的技術人員所理解的含義相同。
[0019] 除非文中另有說明，否則在說明書和所附權利要求中所用的單數形式"一個（a) "、 "一者（an)"和"所述（the)"包括復數指代。術語"包含"及其變化形式應當解釋為以非窮 舉的方式表示元件、組件或步驟。所指代的元件、組件或步驟可能與未明確指代的元件、組 件或步驟并存、使用或組合。動詞"連接"及其變化形式意思是使任何類型的所需結合（包 括電學的、機械的或流體的）完整，從而由兩個或更多個事先非連接的物體形成單一物體。 如果第一裝置與第二裝置連接，該連接可以直接發生或通過常規連接器來發生。"可選地" 及其各種形式意思是，其后描述的事件或狀況可能也可能不會發生。該描述包括事件或狀 況發生的情況以及未發生的情況。"能夠有效地"及其各種形式是指適合于其合理的功能和 預期應用。
[0020] 空間術語描述一個物體或一組物體相對于另一個物體或一組物體的相對位置。空 間關系涉及沿著縱軸和橫軸方向。方向和關系詞語包括"上游"和"下游"以及其他類似術 語，并且除非另有說明，這些術語是為了便于說明而非限制。
[0021] 當在說明書和所附權利要求中提到數值的范圍時，應該理解為該區間涵蓋上限與 下限之間的每一個中間值，以及上限和下限。本發明涵蓋并限定進行任何具體排除的區間 的更小范圍。"基本上不含"意思是小于所用測量單位的1 %，并且優選為小于0. 1 %。
[0022] 在說明書和所附權利要求中涉及包括兩個或更多個限定步驟的方法時，除非上下 文排除了該可能性，否則所限定的步驟可以任意順序實施或者同時實施。
[0023] 圖 1
[0024] 圖1示出了 S0FC系統的實施方案的工藝流程圖。圖1是為了便于說明的簡圖。本 領域技術人員理解這種系統結構復雜，并具有使其適于其預期目的的輔助設備和子系統。
[0025] S0FC系統100能夠有效地由氣態烴原料生產余電和適于提高石油采收率的精制 二氧化碳產物。伴生氣管道2將伴生氣引入S0FC系統100中，以將其轉化為E0R品質的二 氧化碳和余電。伴生氣管道2連接至S0FC系統100外的井口分離器，并且收集從原油和液 體冷凝物中分離的伴生氣。
[0026] 伴生氣管道2連接至冷凝物排出系統4的工藝氣體進口，并且將伴生氣引入冷凝 物排出系統4。冷凝物排出系統4能夠有效地將伴生氣分離為干燥的含硫氣體和氣體冷凝 物。冷凝物管道6通過液體出口連接至冷凝物排出系統4,并且將氣體冷凝物通入SOFC系 統100外的冷凝物處理操作。
[0027] 干燥的含硫氣體管道8將冷凝物排出系統4的工藝氣體出口連接至酸性氣體排出 系統10的工藝氣體入口，并將干燥的含硫氣體引入酸性氣體系統10。酸性氣體排出系統 10將干燥的含硫氣體分離為酸性氣體、二氧化碳富集氣體和脫硫工藝氣體。酸性氣體管道 12連接至酸性氣體排出系統10并且向S0FC系統100外的硫處理操作提供酸性氣體。二氧 化碳氣體管道14連接至酸性氣體排出系統10并將二氧化碳富集氣導入C0 2處理系統16。
[0028] 脫硫工藝氣體管道18將酸性氣體排出系統10的工藝氣體出口連接至加氫脫硫系 統20的工藝氣體進口，并將脫硫工藝氣體引入加氫脫硫系統20。系統循環管道22將加氫 脫硫系統20連接至C0 2分離系統24并將氫富集循環氣體引入至加氫脫硫系統20。加氫脫 硫系統20能夠有效地將從系統循環管道22引入的氫和從脫硫工藝氣體管道18引入的有 機硫化合物轉化為硫化氫。來自加氫脫硫系統20的工藝氣體通入吸附床26,其將硫化氫從 工藝氣體中除去從而形成脫硫工藝氣體。
[0029] 脫硫工藝氣體管道28將吸附床26的工藝氣體出口連接至所述預重整器30的工 藝氣體入口，并將脫硫工藝氣體（其含有甲烷和非甲烷烴）引入預重整器30。過熱蒸汽管 道32連接至所述預重整器，并從S0FC系統100外的蒸汽產生系統向所述預重整器中引入 過熱蒸汽。預重整器30能夠有效地將脫硫工藝氣體中的非甲烷烴和來自過熱蒸汽的水轉 化為甲烷、氧化碳、氫和水，從而形成重整工藝氣體。
[0030] 重整工藝氣體34將預重整器30的工藝氣體出口與固體氧化物燃料電池38的陽 極側36的工藝氣體入口連接，并將重整工藝氣體引入固體氧化物燃料電池38的陽極側36。 陽極側36將重整工藝氣體中的甲烷和水在內部重整為氫和氧化碳。
[0031] 壓縮空氣管道40連接至固體氧化物燃料電池38的陰極側42,并將壓縮空氣從 S0FC系統100外的空氣處理系統引入陰極側42。固體氧化物燃料電池38從陰極側42的 壓縮空氣提取氧，從而在陰極側42上形成貧氧空氣（oxygen-deficient air)。陰極的貧氧 空氣管道44連接至陰極側42,并將貧氧空氣從S0FC38通入S0FC系統100外的空氣處理系 統。
[0032] 固體氧化物燃料電池38促使提取的氧陰離子與氫和一氧化碳在陽極側36的反 應，從而在陽極側36中產生含水陽極廢氣以及二氧化碳。氫氧之間以及一氧化碳和氧之間 的電化學反應釋放電子，其中固體氧化物燃料電池38聚集這些電子。固體氧化物燃料電池 38利用一些自由電子，從而進一步促進陰極側42中借助于氧氣提取的電化學反應。輸電網 路46傳送由固體氧化物燃料電池38提供的電。輸電網路46向S0FC系統100外的配電系 統提供余電。
[0033] 陽極廢氣管道48將固體氧化物燃料電池38的陽極側36的工藝氣體出口連接至 水煤氣變換反應器50的工藝氣體入口，并將陽極廢氣（其含有一些一氧化碳和水）引入水 煤氣變換反應器50。過熱蒸汽管道52連接至水煤氣變換反應器50,并將過熱蒸汽從S0FC 系統100外的蒸汽產生系統向水煤氣變換反應器50中引入過熱蒸汽。水煤氣變換反應器 50能夠有效地使用該過熱蒸汽將引入的陽極廢氣中的一氧化碳和水轉化為二氧化碳和氫， 從而形成變換的陽極廢氣。
[0034] 變換的陽極廢氣管道54將水煤氣變換反應器50的工藝氣體出口連接至C02分離 系統24的工藝氣體入口，并將變換的陽極廢氣引入C0 2分離系統24。C02分離系統24能夠 有效地將變換的陽極廢氣分離為二氧化碳富集氣體以及前面描述的氫富集循環氣體以及 冷凝水。系統循環管道22將C0 2分離系統24連接至加氫脫硫系統20,并將氫富集循環氣 體引入加氫脫硫系統20。連接至C02分離系統24的水冷凝管道56將冷凝水導入固體氧化 物燃料電池100外的冷凝物處理。水冷凝管道56連接至C0 2分離系統24并將冷凝水提供 至S0FC系統100外的冷凝水處理操作。系統清潔管道58連接至系統循環管道22并對來 自C0 2分離系統24的氫富集循環氣體的一部分進行系統清潔。
[0035] 二氧化碳氣體管道14將酸性氣體排出系統10的二氧化碳氣體出口連接至C02處 理系統16的二氧化碳入口，并將二氧化碳富集氣體導入C0 2處理系統16。C02氣體管道60 將C02分離系統24的二氧化碳氣體出口連接至C0 2處理系統16的二氧化碳入口，并將二氧 化碳富集氣體導入C02處理系統16。C02分離系統24能夠有效地對二氧化碳富集氣體進行 分離、精制、脫水和壓縮，從而形成精制的二氧化碳產物和冷凝水。水冷凝管道62連接至C0 2 處理系統16的液體出口，并將冷凝水提供至S0FC系統100外的冷凝物處理操作。C02產物 管道連接至C0 2處理系統16的二氧化碳產物出口，并將精制二氧化碳產物通入S0FC系統 100外的二氧化碳處理操作。
[0036] 氣態烴
[0037] S0FC系統能夠有效地接收和處理作為原料的氣態烴，從而生產余電和精制的二 氧化碳產物。可用作進料的氣態烴的例子包括天然氣、蒸發的液體冷凝物、石腦油和其他 輕質石油液體饋分；合成氣（包括木煤氣、焦油氣和煤氣）；甲燒、乙燒、丙燒、液化石油氣 (LPG)、丁烷、戊烷及其他純凈的預先精制的氣體或者該氣體與輕質液體烷烴、環烷烴和芳 烴的混合物；以及從地下含烴地層中生產的與烴流體伴生的烴氣體。
[0038] 從來自原油和液體冷凝物生產的油田分離單元和分離罐的塔頂鎦出物 (overhead)分離出來的伴生氣為氣態烴進料。石油生產井口上的油田分離單元對液體與氣 體提供粗的物理分離。伴生氣進料集管的網絡從多個生產井和油田分離單元聚集伴生氣。 該網絡將該氣體作為烴進料導入氣體回收和處理系統（包括S0FC系統）。
[0039] 伴生氣的主要部分為甲烷。伴生氣還包括非甲烷烴的部分，包括乙烷、丙烷、丁烷、 戊烷、己烷以及高碳烷烴和環烷烴。伴生氣可包括一定量的低碳芳香族化合物，包括BTEX 化合物。伴生氣通常包括一定量的惰性氣體，包括氮氣和稀有氣體（noble gas)。通常含 有每百萬分之一份的雜有機化合物（Heterorganic compound),包括有機硫（例如，硫醇類 (mercaptan)、砂醇類（thiols)、二硫化物），含氧化合物和含氮化合物。通常存在于伴生氣 中的其他化合物包括氧化碳、硫化氫、氧、水和氫。
[0040] 冷凝物排出系統
[0041] 可選地，S0FC系統具有冷凝物排出系統。在某些情況下，尤其是使用伴生氣作為 原料的情況下，氣態烴含有高碳物質，有利的是在繼續處理進料之前從所引入的烴流提取 出該高碳物質。冷凝物排出系統能夠有效地接收氣態烴進料，并從所引入的氣態烴中分離 高碳物質，從而形成作為產物的液體冷凝物和干燥含硫氣體。從工藝氣體中以液體冷凝物 形式分離C5+烴使得S0FC工藝易于控制，使用較少能量來保持更高的溫度以及更低壓力的 工藝氣流，并且回收大宗化學品，以用于另外處理。干燥含硫氣體為這樣的體系產物，其通 常由甲烷、輕質烷烴、雜有機化合物（包括有機硫）、硫化氫、惰性物質和氧化碳構成。
[0042] S0FC系統的一個實施方案具有冷凝物排出系統，其使用低溫冷卻液體（例如乙二 醇、丙烷）來冷卻氣態烴。冷卻氣態烴形成液體冷凝物和干燥含硫氣體。冷卻氣態烴還除 去任何的水。S0FC系統的一個實施方案使用透平膨脹機（turbo expander)來增強低溫冷 卻液體冷凝物排出系統的性能。
[0043] S0FC系統的一個實施方案具有使用吸收-提取工藝的冷凝物排出系統，其使用吸 收溶劑從氣態經除去經冷凝物。貧吸收溶劑（lean absorbing solvent)與高碳燒經和芳 香族物質具有親和性，并且從氣態烴中選擇性吸收高碳烷烴和芳香族物質，從而形成油脂 吸收溶劑和干燥含硫工藝氣體。提取塔從油脂吸收溶劑中回收液體冷凝物。吸收-提取工 藝具有無需使用低溫工藝的優點。
[0044] 酸性氣體排出系統
[0045] 可選地，S0FC系統具有酸性氣體排出系統。在某些情況下，尤其是使用油田提取 烴或伴生氣作為原料的情況下，氣態烴進料含有應該除去的硫化氫。硫化合物對下游工藝 單元的大多數金屬氧化物催化劑是有毒的。酸性氣體排出系統連接至冷凝物排出系統，并 從其中接受干燥含硫氣體作為進料。酸性氣體排出系統能夠有效地從所引入的干燥含硫氣 體中提取硫化氫。S0FC系統工藝的一個實施方案能夠有效地從所引入的干燥含硫氣體中提 取二氧化碳。在從所引入的干燥含硫氣體中選擇性地除去硫化氫和二氧化碳（通常，一些 一氧化碳，如果存在的話）之后，形成二氧化碳富集氣體。酸性氣體以及干燥脫硫氣體作為 產物。二氧化碳是S0FC工藝的所期望的產物，但是可作為下游工藝單元的稀釋劑。
[0046] 該酸性氣體產物為硫化氫，其適于在S0FC系統外進行化學處理，包括通過克勞斯 過程（Claus process)將其轉化為元素硫以及用于產生硫酸。酸性氣體排出系統的產物干 燥脫硫氣體通常包括甲烷、輕質烷烴、包括有機硫的雜有機化合物和惰性物質。在產生二氧 化碳富集氣體的S0FC工藝的實施方案中，以摩爾計，二氧化碳的組成基本上不含非二氧化 碳組分。
[0047] S0FC系統的一個實施方案具有酸性氣體排出系統，其使用反應性液體從而從干燥 的含硫工藝氣體提取硫化氫和二氧化碳，從而形成干燥脫硫工藝氣體。作為適合的反應性 液體的胺的例子包括單乙醇胺（MEA)、二乙醇胺（DEA)、甲基二乙醇胺（mDEA)、二異丙基胺 (DIPA)和二乙二醇胺（DGA)(氨基乙氧基乙醇）
[0048] S0FC系統的一個實施方案包括酸性氣體排出系統，其使用物理溶劑從干燥的含 硫工藝氣體中提取硫化氫和二氧化碳，從而形成干燥的脫硫工藝氣體。物理溶劑和使用它 們的方法的例子包括：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。使用該物理溶劑的方法可 分別或同時提取硫化氫和二氧化碳。S0FC工藝的一個實施方案使用物理溶劑從而提取硫化 氫和二氧化碳，接著分別釋放硫化氫和二氧化碳從而獨立的二氧化碳富集氣體和酸性氣體 產物。
[0049] S0FC系統的一個實施方案將酸性氣體排出系統連接至C02脫水系統。S0FC工藝 的一個實施方案直接將酸性氣體排出系統所產生的二氧化碳富集氣體作為支流通入co 2脫 水系統，用于精煉和最終用途。
[0050] 以摩爾計，二氧化碳富集氣體至少為95%的二氧化碳。以摩爾計，S0FC工藝的一 個實施方案涉及來自酸性氣體排出系統的二氧化碳富集氣體至少為98%的二氧化碳。
[0051] 加氫脫硫和吸附床系統
[0052] S0FC系統包括加氫脫硫系統。該加氫脫硫系統連接至酸性氣體排出系統，并從其 中接收干燥脫硫氣體作為進料。在加氫處理催化劑的存在下，該加氫脫硫系統（還稱為"加 氫處理器"）能夠有效地利用氫氣將所引入的干燥脫硫氣體中的雜有機化合物（特別是有 機硫化合物）轉化為烷烴和可被吸附至吸附床的吸附床材料上的化合物。有機硫化合物在 裂解后可使金屬氧化物催化劑中毒。可被吸附至吸附床上的化合物包括硫化氫、氨和水。 雜有機化合物向可吸附化合物的轉化將干燥的脫硫氣體轉化為處理氣，其包括硫化氫、氨、 水、氫、甲烷和非甲烷烴。
[0053] 加氫脫硫工藝使用氫氣對干燥脫硫氣體加氫處理。引入至加氫脫硫系統的氫氣可 以是純的或與其他組分混合，其他組分包括甲烷、非甲烷烴、惰性氣體和氧化碳。S0FC系統 的一個實施方案將加氫脫硫系統連接至C0 2分離系統，從而允許在C02分離系統中形成的氫 富集氣體的至少一部分作為系統循環氣體通入加氫脫硫系統中。S0FC工藝的一個實施方案 包括將C0 2分離系統中形成的氫富集氣體的一部分引入加氫脫硫系統中，以用作加氫處理 進料。
[0054] 氫解反應在加氫處理催化劑的存在下進行。有用的加氫處理催化劑的例子包括這 樣的催化劑，其中在高表面積催化劑載體上，活性金屬組分含有鑰、釕、鎳、鎢、或鈷。催化劑 載體的例子包括金屬氧化物，如α-氧化錯和γ-氧化錯。
[0055] S0FC工藝的一個實施方案包括，在引入加氫脫硫系統之前，將干燥脫硫工藝氣體 預加熱至在約300°C至約400°C范圍的溫度。
[0056] S0FC系統包括吸附床。該吸附床連接至加氫脫硫系統并從其中接受作為進料的處 理工藝氣體。該吸附床能夠有效地從所引入的處理工藝氣體中提取化合物（其可被吸附床 中含有的吸附床材料所吸附），以形成脫硫工藝氣體。雖然僅僅為百萬分之一份的濃度，但 在一段長時間的暴露之后，來自轉化含硫雜有機化合物和含氮雜有機化合物的硫化氫或氨 能夠使下游的重整催化劑中毒。該脫硫工藝氣體包括甲烷和非甲烷烴、惰性物質，以及痕量 的氫、氧化碳和水。以摩爾計，該脫硫工藝氣體基本上不含硫或含硫化合物。
[0057] 吸附床含有金屬氧化物，其能夠有效地結合硫化氫和氨。金屬氧化物例子包括氧 化錫、氧化鐵（"海綿鐵"）和氧化鋅。金屬氧化物還可從處理工藝氣體中除去二氧化碳。 硫化氫和金屬氧化物的反應形成水。
[0058] S0FC工藝的一個實施方案包括，在吸附床中，將處理工藝氣體的溫度維持在約 200°C至約450°C的范圍。該溫度范圍促進脫硫并且加熱預重整器。
[0059] 預重整器
[0060] S0FC系統包括預重整器。預重整器連接至吸附床并從其中接收脫硫工藝氣體作為 進料。在預重整催化劑的存在下，預重整器能夠有效地利用蒸汽將脫硫工藝氣體中的非甲 烷烴轉化為甲烷和氧化碳。非甲烷烴轉化為甲烷和氧化碳可將脫硫工藝氣體轉化為重整工 藝氣體，其富含甲烷和二氧化碳，而氫氣和一氧化碳較少。
[0061] 引入預重整器的脫硫工藝氣體是富含烴的氣體流，其含有甲烷和非甲烷烴，并具 有少量氧化碳（主要是二氧化碳）和一些惰性氣體。SOFC工藝的一個實施方案包括將脫硫 工藝氣體引入預重整器中，其中甲烷含量為組成的約51摩爾％至約66摩爾％的范圍，非甲 烷烴的含量為組成的約33摩爾％至約45摩爾％的范圍，氧化碳的含量為組成的約0. 1摩 爾％至約1摩爾％的范圍，并且惰性物質的含量為組成的約1摩爾％至約3摩爾％的范圍。 以摩爾計，該脫硫工藝氣體基本上不含硫或含硫化合物。該脫硫工藝氣體組成是以干重計。 S0FC工藝的一個實施方案包括引入脫硫工藝氣體，其中甲烷摩爾百分比與非甲烷烴摩爾百 分比的比值在約1. 0至約2. 0的范圍。S0FC工藝的一個實施方案包括將脫硫工藝氣體引入 預重整器中，其中脫硫工藝氣體的溫度在約350°C至約400°C的范圍。
[0062] 預重整工藝使用蒸汽對脫硫工藝氣體進行重整。所使用的蒸汽可以是濕的、干的 或過熱的。蒸汽向所述預重整器提供用于重整反應的水，以及支持重整反應的內在加熱。 S0FC工藝的一個實施方案包括向所述預重整器中引入過熱蒸汽，其中該過熱蒸汽的溫度在 約250°C至約500°C的范圍，并且壓力為在約8巴至約12巴的范圍。優選地，該蒸汽來自新 鮮的或循環的鍋爐給水（BFW)或者蒸汽冷凝物，以確保向所述預重整器中引入污染物的可 能性最小化。
[0063] 蒸汽-碳比（SCR)為引入至所述預重整器的水（以蒸汽的形式）的摩爾量與通過 脫硫工藝氣體引入至所述預重整器的烴和其他預重整反應物的摩爾量之比。等式1定義了 SCR的值。
[0064] SCR =水的摩爾流速ΛΗ2+ΟΗ(ν5烷烴的摩爾流速）（Eq. 1)
[0065] S0FC工藝的一個實施方案包括，向所述預重整器中引入蒸汽，使得SCR的值在約 0. 5至約3. 0的范圍。該方法的一個實施方案的SCR的值在約0. 5至約1. 5的范圍。該方 法的一個實施方案的SCR的值在約1. 5至約3. 0的范圍。雖然并非受到理論束縛，但對于 預重整器來說，此范圍的SCR可支持由高碳烴優先形成甲烷，同時使一氧化碳和氫的形成 最少化。
[0066] 預重整器的溫度管理可以是絕熱、等溫或通過石油精煉和處理工業中任何已知的 可操作的技術，從而生產用于固體氧化物燃料電池的甲烷富集工藝氣體。S0FC工藝的一個 實施方案包括絕熱地操作預重整器。雖然并非受到理論束縛，但是據信，絕熱操作同時還限 定通過過熱蒸汽所引入的水量，使得非甲烷烴優先重整為甲烷和二氧化碳，同時防止氫和 一氧化碳的大量形成，這在完全重整和合成氣生產中是更常見的。S0FC工藝的一個實施方 案中包括，通過預重整器所形成的重整工藝氣體的溫度比所引入的脫硫工藝氣體的溫度低 約55°C至約80°C的范圍。
[0067] 重整反應在預重整催化劑的存在下發生。預重整催化劑包含在預重整器內的催化 劑床中，并且與合并的蒸汽和脫硫工藝氣體流體接觸。活性金屬重整催化材料優選含有至 少一種第8-10族金屬，更優選為鎳。可用作活性金屬重整催化劑的金屬的例子包括鈷、鑭、 鉬、鈀、銥、銠、鋨、鎳、鐵和釕。優選為鎳，因為其活性、成本低并且易得。有用的催化劑載體 材料的例子包括金屬氧化物、混合金屬氧化物（ΜΜ0)，例如α-氧化錯和γ-氧化錯、鎂-錯 氧化物、鈰氧化物、鈰-鋯氧化物、錳氧化物、鑭氧化物、鈮氧化物、鑰氧化物、鈣-鋁酸鹽、鋅 氧化物、硅氧化物和鈦氧化物。雖然并非受到理論束縛，但是許多金屬氧化物和混合金屬氧 化物的催化劑活性受到質疑，因而用于重整中的助催化劑。
[0068] 所生產的重整工藝氣體為甲烷富集合成氣。S0FC工藝的一個實施方案包括產生重 整工藝氣體，其中甲烷組分的含量為組成的約78摩爾％至約88摩爾％的范圍，氧化碳的含 量為組成的約9摩爾％至約12摩爾％的范圍，氫的含量為組成的約0. 5摩爾％至約10摩 爾％的范圍并且惰性物質的含量為組成的約0. 5摩爾％至約2摩爾％的范圍。所描述的重 整工藝氣體以干重計。SOFC工藝的一個實施方案包括形成重整工藝氣體，其中二氧化碳組 分的含量為組成的至少10摩爾％。SOFC工藝的一個實施方案包括形成重整工藝氣體，其中 以摩爾計，其基本上不含非甲烷烴。SOFC工藝的一個實施方案包括形成重整工藝氣體，其中 以摩爾計，其基本上不含硫和含硫化合物。
[0069] 重整工藝氣體的甲烷選擇率（MSR)為甲烷的量與甲烷加上其他合成氣產物（一氧 化碳和氫）的量之比。MSR反映的是預重整器在避免完全重整為合成氣產物的同時，將非甲 烷烴轉化為甲烷的效率。等式2定義了用于重整工藝氣體的MSR的值。
[0070] MSR = CH4 摩爾 ％ ACH4 摩爾 ％ +H2 摩爾 ％ +C0 摩爾 ％ ) (Eq. 6)
[0071] SOFC工藝的一個實施方案包括，操作預重整器，使得重整工藝氣體的MSR值在約 0. 90至約0. 99的范圍。S0FC工藝的一個實施方案包括，重整工藝氣體的MSR值在約0. 93 至約0. 99的范圍。S0FC工藝的一個實施方案包括，重整工藝氣體的MSR值在約0. 97至約 0. 99的范圍。操作預重整器使得重整工藝氣體的MSR值接近1有利于使固體氧化物燃料電 池的內部重整能力最大化。
[0072] 固體氧化物燃料電池
[0073] S0FC系統包括固體氧化物燃料電池。固體氧化物燃料電池具有陽極側和陰極側， 它們連接至固體離子傳導材料，并且與之流體接觸。固體離子傳導材料能夠有效地從陰極 側向陽極側傳輸氧離子。固體氧化物燃料電池的陽極側連接至所述預重整器并且從其中接 收重整工藝氣體作為進料。陽極側能夠有效地將所引入的重整工藝氣體中的甲烷和氧離子 一起轉化為二氧化碳和水。甲烷轉化為二氧化碳和水形成了陽極廢氣，其富集有二氧化碳、 水，并且任選的一些氫、一氧化碳和未反應烷烴。S0FC工藝的一個實施方案包括，陽極廢氣 的溫度為約1〇〇〇 °C。
[0074] 固體氧化物燃料電池的陰極側接收作為進料的壓縮空氣。陰極側能夠有效地利用 電流從所引入的空氣中存在的氧分子中提取氧離子從而使壓縮空氣電離。從壓縮空氣進料 中提取氧離子產生了氧貧乏的陰極廢氣。所提取的氧陰離子通過固體離子傳導材料傳輸至 陽極側。S0FC工藝的一個實施方案包括，使陰極廢氣預加熱壓縮空氣進料。
[0075] 固體氧化物燃料電池能夠有效地生產電。通過甲烷的轉化而釋放的自由電子形成 直流。電流從固體氧化物燃料電池的陽極側向陰極側循環以提取氧。由甲烷轉化所產生的 超過電離氧所需的過量電流的至少一部分（如果不是全部）由固體氧化物燃料電池輸出， 從而作為S0FC工藝的余電產品。
[0076] 引入的重整工藝氣體的轉化在重整催化劑和電化學轉化催化劑的存在下發生。 S0FC系統的一個實施方案包括S0FC系統，其能夠有效地允許在固體氧化物燃料電池的陽 極側直接內部重整。在直接內部重整中，將甲烷和水轉化為氫和氧化碳的重整反應，在氧離 子滲入并且與氫和氧化碳反應從而形成水和二氧化碳的同一隔室內發生。S0FC系統的一個 實施方案包括S0FC系統，其能夠有效地允許在固體氧化物燃料電池的陽極側間接內部重 整。在間接內部重整（即，聯合重整）中，甲烷重整為氫和氧化碳發生在含有重整催化劑的 第一部分或隔室中。合成氣向水和二氧化碳的電化學轉化發生在含有電化學轉化催化劑的 第二部分或隔室中。為了優化內部能量利用，聯合重整陽極側的結構使用第二部分中的放 熱反應從而促進第一部分中的吸熱反應。
[0077] 水煤氣變換反應器系統
[0078] 可選地，S0FC系統包括水煤氣變換反應器系統。在某些情況下，陽極廢氣含有少 量的一氧化碳，這對精制二氧化碳的質量產生不利影響。可選的水煤氣變換反應器可提高 得自該系統的氣體中二氧化碳的百分比。當作為一部分包含在S0FC系統中時，水煤氣變換 反應器連接至固體氧化物燃料電池的陽極側，并從其中接收陽極廢氣作為進料。在水煤氣 變換催化劑的存在下，水煤氣變換反應器能夠有效地將陽極廢氣中的一氧化碳轉化為二氧 化碳和氫。一氧化碳向二氧化碳的轉化將陽極廢氣轉化為變換的陽極廢氣，其主要含有二 氧化碳、水和氫。該變換的陽極廢氣基本上不含一氧化碳。
[0079] 水煤氣變換反應在至少一種催化劑的存在下發生。高溫變換催化劑對于高進料一 氧化碳濃度和高進料陽極廢氣溫度是有用的。高溫變換催化劑的例子包括鐵氧化物（例 如，磁鐵礦）與其他金屬氧化物促進劑或共催化劑（包括氧化鉻）。低溫變換催化劑對低溫 工藝氣體是有用的，并具有較高選擇性，并且即使在高濃度氫的存在下，也可促進水煤氣變 換反應。低溫變換催化劑的例子包括混合氧化鋅/氧化鋁載體上的銅類催化劑。
[0080] S0FC工藝的一個實施方案包括，在將陽極廢氣引入至水煤氣反應器系統之前，將 其預冷卻至約225°C至約300°C范圍的溫度。
[0081] 在不具有水煤氣變換反應器系統的S0FC系統中，熱交換器可冷卻陽極廢氣，使得 陽極廢氣中的蒸汽水冷凝并從氣相中滴出。不具有水煤氣變換反應器系統的S0FC系統的 一個實施方案將從陽極側背面離開的一部分氣體循環至陽極側進料從而完成燃料利用。
[0082] C02分離和脫水系統
[0083] S0FC系統包括C02分離系統。S0FC系統的一個實施方案包括C02分離系統，其連 接至固體氧化物燃料電池的陽極側，并從其中接收陽極廢氣。S0FC系統的一個實施方案包 括C0 2分離系統，其連接至水煤氣變換反應器系統并從其中接收變換的陽極廢氣。陽極廢 氣進料（變換或未變換的）含有大量可選擇性回收的二氧化碳。C0 2分離系統能夠有效地 從引入的陽極廢氣（變換或未變換的）提取二氧化碳。該S0FC系統工藝還能夠有效地從 引入的陽極廢氣中提取水。在從所引入的陽極廢氣中除去二氧化碳和水之后，二氧化碳富 集氣體和氫富集氣體均形成為系統產物。以摩爾計，該二氧化碳富集氣體的二氧化碳至少 為 95%。
[0084] 氫富集氣體產物含有大量的氫氣以及惰性物質和甲烷。氫富集氣體適于用作外部 能量或發熱工序、以及用于內部循環的氫源。S0FC系統的一個實施方案將加氫脫硫系統與 C02分離系統連接，以向加氫脫硫系統提供作為循環流的至少一部分氫富集氣體。S0FC工 藝的一個實施方案包括將在C0 2分離系統形成的一部分氫富集氣體提供至加氫脫硫系統， 以進行加氫處理。
[0085] C02分離系統優選使用反應性液體或選擇性聚合物膜分離系統，以從陽極廢氣中 分離二氧化碳。S0FC系統的一個實施方案包括C0 2分離系統，其使用反應性液體從陽極廢 氣中提取二氧化碳，從而形成二氧化碳富集氣體和氫富集氣體。S0FC系統的一個實施方案 包括C0 2分離系統，其使用物理溶劑來提取二氧化碳。反應性液體和物理溶劑的例子包括預 先在酸性氣體排出系統中描述的那些。S0FC系統的一個實施方案包括C0 2分離系統，其使 用膜分離工藝從陽極廢氣中提取二氧化碳，從而形成氫富集氣體截留物和二氧化碳富集氣 體滲透物。有用的膜分離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）、聚二甲基娃氧燒、聚苯胺、聚批咯酮（polypyrrolone)、聚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺共混 物、由熱解樹脂、表面活性劑、石墨或聚合物結構構成的碳類膜。有用的膜分離材料和系統 包括由Membrane Technology&Research(Newark, CA)提供的、用于從氫富集廢氣中分離二 氧化碳的那些。S0FC系統的一個實施方案包括C02分離系統，其使用與冷凝物排出系統中 的相關描述類似的低溫冷卻液。S0FC系統的一個實施方案包括C0 2分離系統，其使用變壓 吸附系統（PSA)來提取二氧化碳并生產二氧化碳富集產物流。
[0086] S0FC系統包括C02脫水系統。C02脫水系統連接至C02分離系統并從其中接收二氧 化碳富集氣流。S0FC系統的一個實施方案包括C0 2脫水系統，其能夠有效地接收和處理來 自酸性氣體排出系統的二氧化碳富集氣流。該C02脫水系統能夠有效地從二氧化碳富集氣 體中分離任何殘留的水分，從而形成適于從S0FC系統輸出的純化二氧化碳作為系統產物。 該純化二氧化碳適于用在E0R操作中或作為石化原料。以摩爾計，該純化二氧化碳的二氧 化碳至少為95%。S0FC工藝的一個實施方案包括，以摩爾計，純化二氧化碳的二氧化碳至 少為98%。S0FC工藝的一個實施方案包括，以摩爾計，純化二氧化碳基本上不含非二氧化 碳組分。S0FC工藝的一個實施方案包括，純化二氧化碳保持在約150巴的壓力和環境溫度 下。
[0087] S0FC工藝的一個實施方案包括使純化二氧化碳產物液化從而形成液體純化二氧 化碳。與氣態二氧化碳相比，液體二氧化碳更易于更長距離運輸和儲存。本領域技術人員 理解和領會適于將純化二氧化碳液化的壓縮和制冷技術。
[0088] 使用S0FC系統從含烴地層中提高烴流體采收率的方法
[0089] S0FC系統能夠有效地使用伴生氣從含有烴流體的含烴地層中提高烴流體采收率。 通過生產井可到達含烴地層。該生產井允許從含烴地層向表面生產烴流體。通過獨立的注 入井也能到達含烴地層。注入井允許向含烴地層中引入E0R流體，這提高了烴流體的采收 率。
[0090] 使用來自烴流體的伴生氣提高烴流體采收率的方法包括，利用生產井從含烴地層 中生產烴流體的步驟。該方法包括從所生產的烴流體中分離伴生氣的步驟。該方法包括向 S0FC系統引入伴生氣的步驟。該方法包括操作S0FC系統從而生產精制二氧化碳產物的步 驟。該方法包括通過注入井向含烴地層中引入精制二氧化碳產物的步驟。
[0091] 輔助設備
[0092] 本發明的實施方案具有許多額外的標準組件或設備，它們能夠使得所述裝置、工 藝、方法和系統工作并且有效。本領域技術人員已知的這種標準設備的例子包括熱交換器、 泵、鼓風機、再沸器、蒸汽發生裝置（steam generation)、冷凝物處理裝置、膜、一級和多級 壓縮機、分離和分餾設備、閥、開關、控制器，以及壓力傳感、溫度傳感、水平傳感和流動傳感 裝直。
[0093] 可通過人為干預、預編程的計算機控制和響應系統或其組合來實現對工藝或方法 的一部分或整體的操作、控制和性能。
[0094] 具體實施方案的例子有助于更好地理解固體氧化物燃料電池系統和工藝。所述例 子不以任何方式限定本發明的范圍。
[0095] 例子
[0096] 表1-4示出了幾種ASPEN工藝模擬器（Aspen技術公司；Burlington, Mass)對與 圖1所示S0FC系統的一部分的模擬結果。具體而言，該模擬器模擬不同條件下的預重整器 的行為，這些條件包括脫硫工藝氣體組成、重整溫度和SCR。該模型示出了預期的重整工藝 氣體組成。Eq. 1為確定每個模型模擬的SCR值的基礎。Eq. 2為確定每個預期的重整工藝 氣體組成的MSR值的基礎。表1-4示出了輸入和輸出值（以干摩爾百分比計）。
[0097]

【權利要求】
1. 一種用于使用SOFC系統由氣態烴進料生產適于提高石油采收率（EOR)的純化二氧 化碳產物以及余電的方法，所述方法包括以下步驟： 將所述氣態烴引入所述S0FC系統； 將蒸汽引入所述S0FC系統的預重整器；以及 操作所述S0FC系統，使得形成脫硫工藝氣體并且通入預重整器；在預重整催化劑的存 在下，通過將所述脫硫工藝氣體中的非甲烷烴轉化為甲烷和氧化碳，在所述預重整器中形 成重整工藝氣體；將所述重整工藝氣體從所述預重整器通入固體氧化物燃料電池，并且生 產純化二氧化碳產物和余電； 其中所述S0FC系統既能夠有效地接收所述氣態烴進料，又能夠生產所述的脫硫工藝 氣體、所述的純化二氧化碳產物和余電，并且其中所述S0FC系統包括所述預重整器以及所 述固體氧化物燃料電池，所述預重整器流體地連接至所述固體氧化物燃料電池的上游側， 并且既能夠有效地接收所述脫硫工藝氣體，又能夠利用蒸汽并在活性金屬預重整催化劑的 存在下，將非甲烷烴轉化為甲烷和氧化碳；所述固體氧化物燃料電池能夠有效地生產電。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述氣態烴含有伴生氣。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其中引入的蒸汽為過熱蒸汽，并且其溫度在約 250°C至約500°C的范圍，壓力在約8巴至約12巴的范圍。
4. 根據權利要求1至3中任意一項所述的方法，其中所述脫硫工藝氣體的溫度在約 200°C至約450°C的范圍。
5. 根據權利要求1至4中任意一項所述的方法，其中所引入蒸汽與所引入脫硫工藝氣 體的蒸汽-碳比（SCR)在1. 5至3. 0的范圍。
6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的方法，其中所述重整工藝氣體的甲烷選擇率 (MSR)在0. 90至0. 99的范圍。
7. 根據權利要求1至6中任意一項所述的方法，其中均以所述脫硫工藝氣體的干重計， 所述脫硫工藝氣體的甲烷含量為組成的51摩爾％至66摩爾％的范圍，并且非甲烷烴含量 為組成的33摩爾％至45摩爾％的范圍。
8. 根據權利要求1至7中任意一項所述的方法，其中所述脫硫工藝氣體的甲烷摩爾百 分比與非甲烷烴摩爾百分比的比值在1. 0至2. 0的范圍。
9. 根據權利要求1至8中任意一項所述的方法，其中均以所述重整工藝氣體的干重計， 所述重整工藝氣體的甲烷含量為組成的78摩爾％至88摩爾％的范圍，氧化碳含量為組成 的9摩爾％至12摩爾％的范圍，并且氫含量為組成的0.5摩爾％至10摩爾％的范圍。
10. 根據權利要求1至9中任意一項所述的方法，其中以摩爾計，所述重整工藝氣體基 本上不含非甲烷烴。
11. 根據權利要求1至10中任意一項所述的方法，其中以摩爾計，所述重整工藝氣體基 本上不含硫和含硫化合物。。
12. 根據權利要求1至11中任意一項所述的方法，其中以摩爾計，所述純化二氧化碳產 物基本上不含非二氧化碳組分。
13. 根據權利要求1至12中任意一項所述的方法，還包括：操作S0FC系統，從而在酸 性氣體排出系統中形成二氧化碳富集氣體并將該二氧化碳富集氣體通入C0 2脫水系統中的 步驟，其中所述S0FC系統還包括所述酸性氣體排出系統以及所述C02脫水系統，所述酸性 氣體排出系統流體地連接至所述預重整器的上游側，并且能夠有效地形成二氧化碳富集氣 體；所述co2脫水系統流體地連接至所述預重整器和所述酸性氣體排出系統的下游側。
14. 根據權利要求1至13中任意一項所述的方法，還包括：操作SOFC系統，從而在C02 分離系統中形成氫富集氣體并將所述氫富集氣體的一部分通入加氫脫硫系統中的步驟，其 中所述SOFC系統還包括C02分離系統以及加氫脫硫系統，所述C0 2分離系統流體地連接至 所述預重整器的下游側，并且能夠有效地形成氫富集氣體；所述加氫脫硫系統流體地連接 至所述預重整器和所述C0 2分離系統的上游側。
15. -種使用SOFC系統從含烴地層中提高烴流體采收率的方法，包括以下步驟： 使用生產井從所述含烴地層中生產烴流體； 從所生產的烴流體中分離伴生氣； 將所述伴生氣引入所述SOFC系統中； 操作SOFC系統，從而生產用于提高石油采收率的純化二氧化碳產物以及余電；以及 使用注入井將所述純化二氧化碳產物引入所述含烴地層； 其中所述含烴地層含有所述烴流體，并且能夠分別從所述生產井和所述注入井到達； 其中所述SOFC系統能夠有效地接收伴生氣并且從所述伴生氣生產適于提高石油采收率的 純化二氧化碳產物以及余電，并且其中所述烴流體的一部分含有所述伴生氣。
16. -種用于從氣態烴進料生產適于E0R的純化二氧化碳產物以及余電的SOFC系統， 所述SOFC系統包括： 冷凝物排出系統，其能夠有效地接收所述氣態烴進料，并從該氣態烴進料中分離高碳 化合物，從而形成干燥含硫氣體； 酸性氣體排出系統，其流體地連接至冷凝物排出系統，并能夠有效地從所述干燥含硫 氣體中提取硫化氫，從而形成干燥脫硫氣體； 加氫脫硫系統，其流體地連接至所述酸性氣體排出系統，并且在加氫處理催化劑的存 在下，其能夠有效地使用氫氣將所述干燥脫硫氣體中的雜有機化合物轉化為吸附至吸附床 材料的化合物，從而形成處理工藝氣體； 吸附床系統，其流體地連接至所述加氫脫硫系統，并且能夠有效地從所述處理工藝氣 體中提取吸附至所述吸附床材料上的化合物，從而形成脫硫工藝氣體； 預重整器，其流體地連接至所述吸附床系統，并能夠有效地使用蒸汽并且在活性預重 整催化劑的存在下，將所述脫硫工藝氣體中的非甲烷烴轉化為甲烷和氧化碳，從而形成重 整工藝氣體； 固體氧化物燃料電池，其流體地連接至所述預重整器，并能夠有效地使用氧并且在重 整催化劑和電化學轉化催化劑的存在下將所述重整工藝氣體中的甲烷轉化為二氧化碳和 水，從而形成陽極廢氣并生產電； 002分離系統，其流體地連接至所述固體氧化物燃料電池，并能夠有效地從陽極廢氣中 提取二氧化碳，從而形成二氧化碳富集氣體；以及 C02脫水系統，其流體地連接至所述C02分離系統，并能夠有效地從所述二氧化碳富集 氣體中提取水，從而形成純化二氧化碳產物； 其中所述SOFC系統能夠有效地從由所述固體氧化物燃料電池生產的電生產余電。
17. 根據權利要求16所述的SOFC系統，還包括：水煤氣變換反應器系統，其流體地連 接至固體氧化物燃料電池的下游側，并能夠有效地使用水并且在水煤氣變換催化劑的存在 下將所述陽極廢氣中的一氧化碳轉化為二氧化碳和氫，從而形成變換的陽極廢氣，其中co2 分離系統流體地連接至所述水煤氣變換反應器系統而不是所述固體氧化物燃料電池，并且 所述co2分離系統能夠有效地從水煤氣變換反應器系統的變換陽極廢氣而非所述固體氧化 物燃料電池的陽極廢氣中提取二氧化碳，從而形成二氧化碳富集氣體。
18. 根據權利要求16或17所述的SOFC系統，其中所述酸性氣體排出系統還能夠有效 地從所述干燥含硫氣體中提取二氧化碳從而形成二氧化碳富集氣體，并且其中所述C0 2脫 水系統還流體地連接至所述酸性氣體排出系統，以及能夠有效地從來自所述酸性氣體排出 系統的二氧化碳富集氣體中提取二氧化碳。
19. 根據權利要求16至18中任意一項所述的SOFC系統，其中所述C02分離系統還能 夠有效地形成氫富集氣體，并且所述加氫脫硫系統還流體地連接至所述C0 2分離系統，以及 能夠有效地利用來自所述C02分離系統的氫富集氣體作為氫源。
20. 根據權利要求16至19中任意一項所述的SOFC系統，其中所述冷凝物排出系統使 用低溫冷卻液體從所述氣態烴進料中分離高碳化合物。
21. 根據權利要求16至20中任意一項所述的SOFC系統，其中所述冷凝物排出系統使 用吸收-提取工藝從所述氣態烴進料中分離高碳化合物。
22. 根據權利要求16至21中任意一項所述的SOFC系統，其中所述酸性氣體排出系統 使用反應性液體來提取硫化氫。
23. 根據權利要求16至22中任意一項所述的SOFC系統，其中所述固體氧化物燃料電 池的陽極側能夠有效地進行甲烷的間接內部重整。
24. 根據權利要求16至23中任意一項所述的SOFC系統，其中所述固體氧化物燃料電 池的陽極側能夠有效地進行甲烷的直接內部重整。
25. 根據權利要求16至24中任意一項所述的SOFC系統，其中所述C02分離系統使用 變壓吸附來分離二氧化碳。
26. 根據權利要求16至25中任意一項所述的SOFC系統，其中所述C02脫水系統還能 夠有效地使所述純化二氧化碳產物液化。
27. 根據權利要求16至26中任意一項所述的SOFC系統，其中所述氣態烴進料為伴生 氣。
28. -種操作預重整器從而使下游固體氧化物燃料電池的內部重整能力最大化的方 法，包括以下步驟： 將脫硫工藝氣體引入所述預重整器，所述脫硫工藝氣體的溫度在約200°C至約450°C 的范圍，其中均以所述脫硫工藝氣體的干重計，所述脫硫工藝氣體的甲烷含量為組成的51 摩爾％至66摩爾％的范圍，并且非甲烷烴含量為組成的33摩爾％至45摩爾％的范圍； 將過熱蒸汽引入到所述預重整器中，所述過熱蒸汽的溫度在約250°C至約500°C的 范圍、壓力在約8巴至約12巴的范圍，使得所引入過熱蒸汽與所引入脫硫工藝氣體的蒸 汽-碳比（SCR)在0.5至1.5的范圍；以及 操作所述預重整器，使得從所述脫硫工藝氣體和所述過熱蒸汽形成重整工藝氣體，其 中均以所述重整工藝氣體的干重計，所述重整工藝氣體的甲烷含量為組成的78摩爾％至 88摩爾％的范圍，氧化碳含量為組成的9摩爾％至12摩爾％的范圍，并且氫含量為組成的 0. 5摩爾％至10摩爾％的范圍； 其中所述重整工藝氣體的甲烷選擇率在〇. 90至0. 99的范圍，并且其中所述預重整器 流體地連接至固體氧化物燃料電池的上游側，并且既能夠有效地接收所述脫硫工藝氣體， 又能夠利用蒸汽并在活性金屬預重整催化劑的存在下，將非甲烷烴轉化為甲烷和氧化碳。
29. 根據權利要求28所述的方法，其中操作所述預重整器還包括絕熱地操作所述預重 整器的步驟。
30. 根據權利要求28或29所述的方法，其中所產生的重整工藝氣體的溫度比所引入的 脫硫工藝氣體的溫度低55°C至80°C的范圍。
31. 根據權利要求28至30中任意一項所述的方法，其中所述脫硫工藝氣體中的甲烷摩 爾百分比與非甲烷烴摩爾百分比的比值在1. 0至2. 0的范圍。
32. 根據權利要求28至31中任意一項所述的方法，其中以干重計，所述重整工藝氣體 的二氧化碳含量為組成的至少10摩爾％。
33. 根據權利要求28至32中任意一項所述的方法，其中以摩爾計，所述重整工藝氣體 基本上不含非甲烷烴。
34. 根據權利要求28至33中任意一項所述的方法，其中以摩爾計，所述重整工藝氣體 基本上不含硫和含硫化合物。
【文檔編號】H01M8/06GK104094461SQ201280056598
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年11月16日 優先權日:2011年11月16日
【發明者】阿基爾·賈邁勒, 唐·彭, 阿代什·哈拉利 申請人:沙特阿拉伯石油公司