CN103999277B - 利用石油燃料联合生产氢气和电的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于生产精制二氧化碳产物、电力和压缩氢气产物的SOFC系统。该工艺的步骤为：向SOFC系统中引入烃燃料和蒸汽，运行SOFC系统使得预重整器中蒸汽‑碳摩尔比在约3:1至约4:1范围，重整器燃烧室中的氧是过量的，该工艺中产生的大于90％的二氧化碳形成精制二氧化碳产物。具有SOFC系统的替代燃料供应站能用于对电替代燃料车和氢气替代燃料车加燃料。所述使用方法的步骤为：引入蒸汽和烃燃料，运行替代燃料供应站，将替代燃料车连接至替代燃料供应站，引入一定量的替代燃料并使替代燃料车脱离。

Description

利用石油燃料联合生产氢气和电的方法和系统
技术领域
本发明的领域涉及固体氧化物燃料电池(SOFC)工艺和系统。更具体而言，所述领域涉及利用液态烃同时生产电、氢气和二氧化碳的SOFC工艺和系统。
背景技术
诸如石脑油、煤油和柴油等液态石油馏分是易携带、广泛可得的，并且可在大气条件下容易储存。
全球对于非汽油和非柴油作为动力的机动车的商业应用越来关注。今天，材料和设计研究的重点在于氢燃料电池车(HFCV)和电动车(EV)。一个经常被问到的问题是这些车辆如何以及在何处加燃料？目前，以BTU计，氢气的运输非常昂贵。大多数国家的电力基础设施和输电线路将需要显著扩容和升级，以处理来自运动用户的电力需求。
发电和化学加工设施产生三大主要产物：初级产物(化学品/电)、蒸汽/热和二氧化碳。电/化学品和蒸汽/热(作为加热和冷却发电工艺的过程的一部分产生)是有用的，并且可转换成其他形式出口、输送或本地使用。直到最近，二氧化碳(和其他有毒气体，如一氧化碳)仍作为废产物被释放到大气中。随着更严格的温室气体的监测和报告的要求，以及诸如化学品生产和提高石油采收率(EOR)等其它用途，生产设施的目的不仅希望降低产生二氧化碳的量，而且尽可能将其捕获以供使用。
纯化的二氧化碳能够注入含烃地层(作为提高石油采收率操作的一部分)从而每吨原油额外提取1.89桶原油。
这样的系统是有利的，其不仅生产电和氢气作为机动车可移动动力的来源以供本地使用，并且也能够有效地捕获二氧化碳以截留或 者在下游或井下工艺使用。
发明内容
一种使用SOFC系统的方法生产精制二氧化碳产物、电力和压缩氢气产物。所述方法包括将烃燃料和蒸汽引入SOFC系统的步骤。所述方法包括下列步骤：运行SOFC系统，使得一定量的阳极再循环废气通入预重整器，使得预重整器中蒸汽与碳的摩尔比在约3:1至约4:1的范围；一定量的氧气通入重整器燃烧室，其中氧气的量超过重整器燃烧室中存在的所有烃和氢气完全燃烧所需的化学计量；所述SOFC系统产生精制二氧化碳产物、电力和压缩氢气产物；并且SOFC系统中产生的大于总量90％的二氧化碳转化为精制二氧化碳产物。
一种用于生产精制二氧化碳产物、适用于电动车的电力和适用于氢燃料电池车的压缩氢气产物的SOFC系统，其利用蒸汽和烃燃料。SOFC系统包括加氢脱硫系统、具有催化反应器管和重整燃烧室的蒸汽重整器、水煤气变换反应器系统、氢气纯化系统、氢气压缩和储存系统、预重整器、固体氧化物燃料电池、氧气发生系统以及CO2纯化和液化系统。SOFC系统的一个实施方案包括SOFC系统的氧气发生系统电连接至固体氧化物燃料电池，并且产生氢气和氧。
用于对电替代燃料车和氢气替代燃料车加燃料的替代燃料供应站包括SOFC系统。替代燃料供应站还包括输电网路，其电连接至SOFC系统的固体氧化物燃料电池并且能够有效地将由SOFC系统产生的电流输送至电替代燃料车。替代燃料供应站还包括压缩氢气管线，其连接至SOFC系统的氢气压缩和储存系统，并能够有效地将压力为约350巴至约700巴以及氢气摩尔纯度为99.99％的压缩氢气输送至氢气替代燃料车。
一种使用替代燃料供应站对替代燃料车加燃料的方法，其使用具有如前所述的SOFC的燃料供应站。替代燃料车具有替代燃料储存设备。使用替代燃料供应站的方法包括将蒸汽和烃燃料引入替代燃料供应站以及运行替代燃料供应站以生产替代燃料的步骤。所述方法包括将替代燃料车连接至替代燃料供应站，使得在替代燃料供应站的 SOFC系统和替代燃料储存设备之间形成管线的步骤。所述方法包括将一定量的替代燃料引入替代燃料车，使得所述量不超过替代燃料储存设备的储存容量的步骤。所述方法包括将替代燃料车与替代燃料供应站分离的步骤。
固体氧化物燃料电池(SOFC)系统和使用方法生产高度精制的压缩氢气产物，其有利于对氢气纯度敏感的系统，包括氢气驱动车的燃料电池。SOFC系统和工艺也产生“余量”的电力。电力(特别是直流电)有利于对移动电池储存系统进行充电并将能量输出至电网。本领域技术人员能够理解“余量”是指其量超出在使用期间支持SOFC系统运行(包括固体氧化物燃料电池中的电化学反应)所需的量。使用SOFC系统的方法生产高度精制的、压缩的液态二氧化碳产物，其可用于化学品制备工艺、提高石油采收率以及其他应用。
SOFC系统使用烃燃料既作为能量源，又作为反应物源。SOFC系统在靠近用于HFCV和EV的零售补充燃料位置产生氢气和电力，从而降低了将这些产物移动至燃料供应站的运输设施需求和成本。捕获二氧化碳和形成高品质、压缩冷却的CO2产物允许靠近潜在的商业终端用户的现货市场交易，或容易运输至偏远地区以截留或者使用。重要的是也防止了二氧化碳排放到环境中。
为了允许使用不同类型的烃燃料，SOFC系统包括蒸汽重整器和预重整器。蒸汽重整器能够由含烃材料的蒸汽驱动的催化转化制备氢气。预重整器将新的和回收的蒸汽转化为甲烷，以使固体氧化物燃料电池的内部重整容量最大化，这降低了将燃料转化为电的整体效用的需求并且提高了工作效率。
在SOFC系统中引入预重整器提供了若干操作优点。与甲烷转化为合成气组分相比，非甲烷烃更容易重整为甲烷。将非甲烷烃转化为甲烷稳定了固体氧化物燃料电池的原料组成。组成原料稳定性进而导致固体氧化物燃料电池运行的稳定性，导致稳定的电和阳极废气的产生。使原料组合物中的甲烷最大化促进了内部重整，这冷却了燃料电池内部。固体氧化物燃料电池在转化期间产生大量的热。依赖内部重整过程来支持固体氧化物燃料电池的内部冷却而不是提供内部冷 却系统，节约了能量并且同时在能量使用和大小方面降低了系统成本。
氧气发生系统的引入保证了“氧燃烧室”中产生的废气基本上是纯的二氧化碳。这可以减少二氧化碳的量以及清洁所述系统所需的惰性物质的量。电解单元提供了超过重整器燃烧室原料中存在的碳的化学计量的纯氧。这保证了燃烧不会形成除二氧化碳之外的其他物质。
附图简要说明
参照下面的优选的实施方案的详述、所附权利要求书和附图，本发明的这些以及其他特征、方面和优点将会变得更容易理解。
图1是SOFC系统的一个实施方案的工艺流程图。
优选实施方案详述
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。
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。
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。
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。
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。
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。
所有压力值应理解为仪表压力。
图1
图1示出了SOFC系统的一个实施方案的工艺流程图。SOFC系统能够有效地由烃进料产生电力、适于EOR的液化二氧化碳产物和适用于HFCV的氢气。为了便于描述，图1为简图。本领域技术人员能够理解这样的系统是具有使其能够有效地用于预期目的的辅助设备和子系统的复杂结构。
SOFC系统100使用系统外来源的气化的液态烃来提供用于制备精制氢气的烃类。烃进料管线2将气化的液态烃引入SOFC系统100中，用于转化为适用于HFCV的氢气和EOR品质的二氧化碳。烃进料管线2连接至SOFC系统100外部的液态烃进料储存设施。
烃进料管线2连接至加氢处理器4的工艺入口，并且将一部分气化的液态烃引入加氢处理器4中。加氢处理器4能够有效地使用氢 气在加氢处理催化剂存在下将有机硫化合物转变为硫化氢和烷烃，从而产生经加氢处理的气体。氢气循环进料管线6将加氢处理器连接至H2压缩机8，并且将一部分压缩氢气引入加氢处理器4从而为加氢处理提供氢气。经加氢处理的气体由加氢处理器4通入吸附剂床10。吸附剂床10使用金属氧化物吸附剂从经加氢处理的气体中吸附硫化氢，并且形成脱硫的烃气体作为产物。
尽管为了艺术的便利性在图1中以彼此堆叠示出，本领域技术人员能够理解蒸汽重整器12实际上具有通过燃烧室16的含有重整催化剂的催化反应器管14。重整进料管线18将吸附剂床10连接至催化反应器管14，并将脱硫的烃气体引入催化反应器管14中。在重整催化剂的存在下，催化反应器管14能够有效地利用蒸汽将脱硫烃气体中的烷烃转化为重整合成气。重整合成气主要由氢气、氧化碳和水构成。痕量的甲烷和惰性物质也可存在。过热蒸汽管线20连接至催化反应器管14，并将来自SOFC100外部的蒸汽发生系统的过热蒸汽引入催化反应器管14中。催化反应器管14接收由燃烧室16转移的热，这是催化反应器管14中发生的重整过程的主要的热动力。
重整产物管线22将蒸汽重整器12的催化反应器管14连接至水煤气变换反应器系统24的工艺入口，并将重整合成气引入水煤气变换反应器系统24。水煤气变换反应器系统24能够有效地将重整合成气中的一氧化碳和水转化为二氧化碳和氢气，形成经转换的合成气。冷凝水管线26通过液体出口连接至水煤气变换反应器系统24，并将冷凝水通入SOFC系统100外部的水处理设施。
水-反应器产物管线28将水煤气变换反应器系统24连接至氢气变压吸附器(PSA)30，并将经转换的合成气引入氢气PSA30。氢气PSA30能够有效地从经转换的合成气中提取氢气，形成低压废气和精制氢气。PSA废气管线32连接至固体氧化物燃料电池34，并引导低压废气(包含甲烷、氧化碳、惰性物质和一些氢气)进入固体氧化物燃料电池34。
产物氢气管线36将氢气PSA30连接至氢气压缩机8，并将精制氢气引入氢气压缩机8中。电解氢气管线38将电解单元40连接至氢 气压缩机8，并将电解氢气引入氢气压缩机8中。氢气压缩机8将精制氢气和电解氢气加压成为适合运输和HFCV使用的压缩氢气产物。压缩氢气产物管线42将不用于再循环进入加氢处理器4的压缩氢气引入SOFC系统100外部的压缩氢气产物储存设施。
SOFC系统100使用来自该系统外部来源的气化的液态烃，从而为精制氢气、适于EOR的二氧化碳和电的制备提供烃类。烃进料管线44连接预重整器46，并由SOFC系统100的外部来源引入气化的液态烃。蒸汽再循环管线48也连接预重整器46的加工侧，并且引入来自固体氧化物燃料电池34的一部分阳极废气(包含蒸汽)作为进料。在预重整器催化剂的存在下，预重整器46利用蒸汽将气化的烃进料和阳极废气转化为预重整的工艺气体。所述预重整的工艺气体包含二氧化碳和甲烷，以及一些一氧化碳、氢气和水。
预重整器产物管线50将吸附剂床连接至所述预重整器46，并将预重整的工艺气体引入吸附剂床52中。吸附剂床52吸附预重整的工艺气体中存在的硫化氢(在预重整器46中形成)。吸附剂床52在从所述预重整的工艺气体中除去硫化氢后形成脱硫工艺气体。
吸附剂床产物管线54连接至吸附剂床52的出口。吸附剂床产物管线54和PSA废气管线32下游连接以形成阳极进料管线56。来自吸附剂床52的脱硫工艺气体和来自氢气PSA30的PSA废气混合并形成含有甲烷、氧化碳、氢气和水的阳极进料气。
阳极进料管线56将氢气PSA30和吸附剂床52连接至固体氧化物燃料电池34的阳极58，并将阳极进料气引入阳极58中。阳极58在内部将阳极进料气中所含的甲烷和水重整为氢气和氧化碳，从而形成阳极废气。
压缩空气管线60连接至固体氧化物燃料电池34的阴极62，并将来自SOFC系统100外部的空气处理系统的压缩空气引入阴极62。在阴极中，固体氧化物燃料电池34利用电从阴极62中的压缩空气提取氧离子，在阴极62中形成贫氧空气。阴极空气缺乏管线64连接至阴极62，并将贫氧空气通入SOFC系统100外部的空气处理系统。
固体氧化物燃料电池34促进提取的氧阴离子与阳极58的阳极 进料气中存在的氢气和一氧化碳之间的电化学反应，从而形成水和二氧化碳。所述电化学反应释放电子，其中一些可用于通过提取阴极62上的其他氧离子来使该电化学反应继续进行。阳极废气管线66连接至阳极58，并且将阳极废气引导至所述预重整器46和燃烧室16。阳极废气含有水蒸气和二氧化碳，以及痕量的氢气、甲烷和一氧化碳。
输电网路68连接至固体氧化物燃料电池38，并将由固体氧化物燃料电池34产生的过量的电引导至电网管线70和电解输电网路72。电网管线70将一部分电引导至SOFC系统100外部的电分配，而电解输电网路72将电流引导至电解单元40用于氧和氢气的生成。
阳极废气管线66将固体氧化物燃料电池34的阳极58的工艺出口连接至所述预重整器46和蒸汽重整器12的燃烧室16的工艺入口。由于蒸汽的水含量和热，一部分阳极废气通过蒸汽循环管线48再循环至所述预重整器46。剩余的阳极废气通过重整器进料管线74引入蒸汽重整器12的燃烧室16。
电解输电网路72将固体氧化物燃料电池34电连接至电解单元40。电解输电网路72将电引入电解单元40。电解水管线76将来自SOFC系统100外部的水处理的水引入电解单元40中。电解单元40能够有效地由电分解水制备电解氢气和电解氧。电解氢气管线38将所产生的电解氢气引入氢气压缩机8，并且电解氧管线78将电解氧引入蒸汽重整器12的燃烧室16。
SOFC系统100使用来自该系统外部来源的气化的液态烃，从而为将固体氧化物燃料电池34废气燃烧成EOR-品质的二氧化碳提供烃类，并且为蒸汽重整器12的催化反应器管14中的催化重整提供热。
烃进料管线82将气化的液态烃引入蒸汽重整器12的燃烧室16中。燃烧室16能够有效地由气化的液态烃和阳极废气及电解氧的燃烧形成废气。该废气主要为二氧化碳以及可能的痕量氧和水。
废气管线84将燃烧室16连接至CO2纯化系统86的工艺入口。废气管线84将废气引入CO2纯化系统86。CO2纯化系统86能够有效地从废气中分离二氧化碳，并将其转化为液态二氧化碳产物。CO2纯化系统86也产生清除气体和水作为分离工艺的一部分。CO2产物 管线88将液态二氧化碳产物引入SOFC系统100外部的CO2产物储存。水管线90将冷凝水引入SOFC系统100外部的水处理。气体清除管线92将来自CO2纯化系统的气体导向SOFC系统100外部。
烃燃料
SOFC系统能有效地接收各种烃燃料作为能量来源以及作为可用于产生氢气、氧和电的反应物来源。用于SOFC系统中的有用烃燃料的例子包括天然气及其级分以及其混杂物，包括：氢气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)和天然气液体(NGL)；天然和精炼汽油；伴生气体凝析液；常压原油馏分，包括石脑油(特别是重质石脑油)、煤油和汽油；柴油；精炼后的纯的、混杂的或被污染的石油化学品，包括混合的BTEX(苯/甲苯/乙苯/二甲苯)；以及液态真空原油馏分。常压原油馏分(包括石脑油、煤油和柴汽油)是有益的烃燃料，这是由于它们相对易获得、可携带以及密度。这些烃燃料也不需要额外的冷却或加热以保持其储存和流体流动性状态。
使用SOFC系统的方法包括将非液态的烃燃料引入SOFC系统中。所述方法包括将烃燃料以气体、气化液体、雾化液体或是这三种的任意组合的形式引入。雾化可用于最终沸点(FBP)高于170℃的烃类液体以避免由于过度加热以得到非液体状态导致的焦化。可能需要雾化的烃燃料的例子包括重质石脑油、煤油、柴油燃料和燃油。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在约380℃的温度下引入烃燃料。
使用方法的一个实施方案包括向整个SOFC系统中引入组成类似的烃燃料。在这样的实施方案中，将烃燃料引入加氢脱硫系统(其为氢气产生过程提供原料)、预重整器(其为电产生过程提供原料)和重整器燃烧室(其为二氧化碳产生过程提供原料)。图1所示的SOFC系统的实施方案由单一烃燃料来源引入烃燃料。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将第一烃燃料引入SOFC系统的一部分，并且将第二烃燃料引入SOFC系统的不同部分，其中所述第一和 第二烃燃料具有不同的组成。在运行SOFC系统时，这样的实施方案提供了灵活性，从而基于不同的可获得烃原料、产品目录、消费者需求和原料价格优化氢气、电和二氧化碳的产生。
加氢脱硫系统
液态烃(特别是原油的常压馏分)包含有机硫化合物。有机硫化合物的例子包括硫化烷烃和硫化环烷烃、硫醇、二硫化物、多硫化物和噻吩。有机和无机硫化合物毒害大部分重整器和电化学催化剂。SOFC系统包括这样的加氢脱硫系统，其能够有效地在加氢催化剂的存在下利用氢气将有机硫化合物转化为硫化氢。加氢脱硫系统也能够有效地从工艺气体中除去硫化氢使其改善。
加氢脱硫系统的加氢处理器接收氢气以将有机硫化合物转化为硫化氢。该氢气可以为经纯化的或是混合的。所述氢气可以来源于SOFC系统内部或外部来源。SOFC系统的一个实施方案的包括氢气从SOFC系统的下游再循环至加氢处理器。SOFC系统内部的含氢气蒸汽包括来自氢气纯化系统的废气和产物气，来自氧气发生系统的氢气和由水煤气变换反应器系统处理的工艺气体。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将来自氢气产物压缩器的部分压缩的产物氢气再循环至加氢处理器。在加氢处理催化剂(钼钴催化剂)的存在下，氢气与杂有机化合物反应。
SOFC系统包括能够有效地从经加氢处理的气体中除去硫化氢的吸附剂床。吸附剂床使用固体金属氧化物干燥剂除去硫化氢，产生脱硫烃气体。有用的金属氧化物的例子包括锡氧化物、铁氧化物和锌氧化物。
蒸汽重整器
SOFC系统包括蒸汽重整器，其包括穿过燃烧室或炉的催化反应器管。重整器的催化反应器一侧能够有效地将烃转化为氢气以及少量的甲烷和氧化碳。炉侧通过燃烧烃和产生二氧化碳为催化反应器一侧供热。炉侧燃烧产生的热辐射催化反应器管，并且促进裂解反应。蒸 汽重整器包括多个催化反应器管。
重整催化反应器管
在SOFC系统中，催化反应器管连接至加氢脱硫系统的吸附剂床，并接收脱硫烃气体。在重整催化剂的存在下，催化反应器管利用蒸汽重整产生合成气(其主要含有氢气和少量的甲烷)。小部分氧化碳也存在。
催化反应器管也接收蒸汽，由于重整是吸热过程，该蒸汽为重组反应提供水以及内热。蒸汽可以为湿、干或过热蒸汽。过热蒸汽是有益的。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将温度约650℃的过热蒸汽引入催化反应器管中。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括以蒸汽与碳的进料摩尔比(SCR)在约2:1至约4:1的范围将蒸汽引入催化反应器管中。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括以SCR值为约3:1将蒸汽引入催化反应器管中。SCR是用于供应至催化反应器管的脱硫液化烃原料中每摩尔碳的蒸汽(以水的形式)的摩尔量。
为了有利于甲烷化作用，催化反应器管在低于通常蒸汽重整器条件的压力和温度下运行。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将催化反应器管中的温度维持在约775℃至约825℃的范围。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将催化反应器管中的温度维持在约800℃。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将催化反应器管中的压力维持在约8巴至约10巴。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将催化反应器管中的压力维持在约9.7巴。
催化反应器管中的重整催化剂具有至少一种活性金属。该活性金属重整催化剂材料优选地包含至少一种第8至10族金属，并且更优选地为镍。镍由于其活性、低成本和易获得性因而是优选的。作为活性金属重整催化剂的有用的金属的例子包括钴、镧、铂、钯、铱、铑、锇、镍、铁和钌。用于活性金属重整催化剂的载体材料包括金属氧化物和混合金属氧化物(MMO)。适合的载体材料的例子包括α-氧化铝和γ-氧化铝、镁-铝氧化物、铈氧化物、铈-锆氧化物、锰氧化 物、镧氧化物、铌氧化物、钼氧化物、铝酸钙、锌氧化物、硅氧化物和钛氧化物。尽管不期望受到理论的束缚，许多金属氧化物和混合金属氧化物被强烈怀疑具有催化活性，因而在重整反应中能够有效地作为助催化剂。催化剂载体的结构优选地抵抗热循环，从而防止催化剂破碎。
重整合成气产物包含氢气、甲烷、氧化碳和水。一系列换热器能够在合成气从催化反应器管中穿过时将其冷却至约300℃以再捕获热并支持下游的分离。
重整器燃烧室
在SOFC系统中，重整器燃烧室连接至固体氧化物燃料电池以接收一部分阳极废气。重整器燃烧室也接收气化的液态烃作为初始燃料。重整器燃烧室也连接提供氧气进料的氧气发生系统。“氧燃烧器”的主要产物为含有大部分二氧化碳的废气和热。来自燃烧的热转移至重整催化反应器管以支持重整。
氧是重整器燃烧室中的反应物。SOFC系统包括氧气发生系统，其能够有效地将氧引入重整器燃烧室。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括引入超过引入所述重整器燃烧室中的所有烃和氢气完全燃烧所需的化学计量的氧气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括引入超过引入所述重整器燃烧室中的所有烃和氢气完全热燃烧所需的化学计量至少10％的氧气。额外的氧气保证烃和氢气完全燃烧成为二氧化碳和水。引入的氧气可以为混合的或纯的；然而为了避免形成NOx，空气或“高氧空气”不是优选的。
使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将炉的运行温度维持在约900℃。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括维持所述重整器燃烧室与催化反应器管的温度差至少为90℃以促进热转移。
废气产物几乎为纯的二氧化碳。一系列换热器能够在气体从重整燃烧室穿过时将其冷却至约30℃至50℃以再捕获热。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在气体从重整燃烧室穿过时将其冷 却至约38℃。
水煤气变换反应器系统
SOFC系统包括水煤气变换反应器系统，其能够有效地在水煤气变换催化剂的存在下利用水将重整合成气中存在的大部分一氧化碳转化为二氧化碳和氢气。重整合成气具有小量的一氧化碳，其需要转化为二氧化碳。另外，水煤气变换反应器系统产生氢气产物。水煤气变换反应器系统产生经转换的合成气产物。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行水煤气变换反应器系统，使得重整合成气中的一氧化碳转化为二氧化碳的总转化率为约96％。
SOFC系统使用两级水煤气变换反应器系统：第一级，其为高温转换(HTS)反应器；和第二级，其为低温转换(LTS)反应器。运行HTS反应器，以将重整合成气中的一些一氧化碳和水转化为二氧化碳和氢气，形成部分转换的重整合成气。SOFC工艺的一个实施方案包括运行HTS反应器，使得其维持约300℃的温度。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行HTS反应器，使得引入的重整合成气中约75％的一氧化碳转化为二氧化碳。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括绝热地运行HTS。
HTS反应器将部分转换的重整合成气通入LTS反应器中。也运行LTS反应器以将重整合成气中的一些一氧化碳和水转化为二氧化碳和氢气。来自LTS反应器的产物为经转换的重整合成气，仅存在小量的一氧化碳。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将部分转换的重整合成气冷却至约200℃至约230℃的温度范围，然后引入LTS反应器中。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将部分转换的重整合成气冷却至约216℃的温度。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行LTS反应器，使得引入的部分转换的重整合成气中约80％的一氧化碳转化为二氧化碳。
使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将经转换的重整合成气冷却至约30℃至约50℃的范围。
氢气纯化系统
SOFC系统包括氢气纯化系统，其连接至水煤气变换反应系统的LTS反应器。氢气纯化系统能够有效地从引入的经转换的重整气中分离氢气，形成纯化的氢气和废气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括形成氢气纯度在约99.50摩尔％至约99.99摩尔％范围的纯化氢气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括形成氢气纯度在约99.99摩尔％的纯化氢气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括形成压力在约5巴至约10巴的范围的纯化氢气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括形成压力为约7巴的纯化氢气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括形成压力在约0.4巴至约1.0巴的范围的废气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括形成压力为约0.4巴的废气。氢气纯化系统的废气包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水和氢气。
氢气纯化系统可以使用化学加工业中熟知的各种技术分离经转换的重整合成气，包括低温液化、湿法擦洗(例如Benfield法)及洗涤后甲烷化、选择性膜分离和变压吸附(PSA)系统。SOFC系统的一个实施方案包括能够有效地纯化氢气的PSA。氢气纯化系统将纯化氢气通入氢气压缩系统。氢气纯化系统将废气引入固体氧化物燃料电池用于发电。
氢气压缩和储存系统
SOFC系统包括氢气压缩器和储存系统。氢气压缩器和储存系统连接至氢气纯化系统，接收纯化氢气并且能够有效地压缩和储存氢气产品作为适于终端用途的压缩氢气产物，所述用途包括运输、低温下长期储存和对HFCV加燃料。
在SOFC工艺中，氢气压缩和储存系统使用第一压缩系统将纯化氢气加压至约170巴以用于大量氢气存储。氢气压缩和储存系统使用第二压缩系统将纯化氢气加压至约430巴以用于级联储存。在级联储存压力下，压缩氢气产物有利于以零售方式分配至HFCV。考虑到氢气分配零售市场的需求，分配压力在比级联储存压力略低(约350 巴)至极高(约700巴)的范围。可用于将氢气加压至这些服务和储存压力的各种压缩技术是本领域技术人员已知的，并且包括单级压缩器和多级压缩器、中间冷却器和除雾器。
SOFC系统的一个实施方案包括氢气压缩和储存系统，其连接至加氢处理系统，并能够有效地将一部分压缩氢气产物通入加氢处理系统。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在约为大量氢气储存压力的压力下将压缩氢气产物通入加氢处理系统。
SOFC系统的一个实施方案包括将氢气压缩和储存系统，其连接至氧气发生系统。在这样的实施方案中，氢气压缩器系统能够有效地接收来自氧气发生系统的纯化氢气。氢气压缩器系统用于将来自氧气发生系统的纯化氢气与来自重整器的纯化氢气混合并加压成为压缩氢气产物。
预重整器
SOFC系统包括预重整器。预重整器能够有效地将引入原料中的非甲烷烃转化为富含甲烷的流体。富含甲烷的流体有益于下游SOFC进行内部重整，然后电化学转化为氧化碳，该过程产生电。
在SOFC系统中，预重整器接收气化的液态烃。SOFC工艺的一个实施方案包括将气化的液态烃组合物引入预重整器中，所述预重整器具有与引入加氢脱硫系统相同的液态烃组成。利用水蒸气并在预重整器催化剂的存在下，预重整器能够有效地将引入的气化的液态烃中的非甲烷烃转化为含有甲烷和氧化碳的预重整器合成气产物。
在SOFC系统中，预重整器连接至SOFC的阳极出口。预重整器能够有效地接收一部分固体氧化物燃料电池阳极废气作为阳极再循环废气蒸气。阳极废气包括大部分的二氧化碳和水蒸气以及一定量的甲烷、氢气和一氧化碳。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将阳极再循环废气引入预重整器中，使得蒸汽与碳的原料摩尔比在约3:1至约4:1的范围。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将阳极再循环废气引入预重整器中，使得蒸汽与碳的摩尔比为3.5:1。“蒸汽”为SOFC阳极废气中的摩尔水(蒸汽形式)。“新鲜碳” 指引入的气化的液态烃中的摩尔碳。由于SOFC阳极废气包含大量的已经加热的水蒸气，因此可以运行SOFC系统中的预重整器，使得不需要“新鲜”或“补充”蒸汽作为进料。使用SOFC系统的方法的一个实施方案将蒸汽引入预重整器中，使得蒸汽与碳的摩尔比在约3:1至约4:1的范围。
使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括绝热地运行预重整器。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在约350℃至约400℃的温度范围运行预重整器。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在约9巴的压力下运行预重整器。
预重整器中发生的重整过程在预重整催化剂的存在下进行。SOFC系统的一个实施方案包括含有耐硫的活性贵金属催化剂的预重整器。贵金属包括铂、钯、铱、铑、钌、银和金。预重整催化剂也可以包括能够改善其选择性和重整活性的材料，包括氧化钐掺杂的氧化铈(SDC)、氧化钆掺杂的氧化铈和氧化钇掺杂的氧化铈。在预重整催化剂的存在下，杂有机化合物(包括前述的有机硫化合物)转化为烷烃和硫化氢。烷烃进一步转化为甲烷和氧化碳，然后脱离预重整器作为预重整器合成气产物的一部分。
预重整器合成气产物是甲烷和氧化碳的混合物，其在SOFC中用于发电。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行预重整器，使得其产生以干摩尔计甲烷占约15％至约20％的预重整器合成气产物。用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行预重整器，使得其产生以干摩尔计甲烷占约17％的预重整器合成气产物。预重整器合成气产物的剩余物主要为氢气和氧化碳。
SOFC预吸附剂床
SOFC系统包括能够有效地从所述预重整器合成气产物中除去硫化氢的吸附剂床。从所述预重整器合成气产物中除去硫化氢保护了固体氧化物燃料电池中的陶瓷电极和重整催化剂。吸附剂床连接至所述预重整器的出口并且接收预重整器合成气。吸附剂床含有能吸附硫化氢的金属氧化物。金属氧化物的例子包括锡氧化物、铁氧化物和锌 氧化物。吸附剂床产生脱硫的预重整器合成气。
固体氧化物燃料电池
SOFC系统包括固体氧化物燃料电池，其具有与阳极和阴极侧相连的陶瓷电极。在重整催化剂的存在下，SOFC的阳极侧能够有效地将甲烷和水内部重整为一氧化碳和氢气，然后将形成的合成气与氧阴离子电化学转化为二氧化碳和水，从而产生自由电子。阴极侧能够有效地使用自由电子将氧转化为氧阴离子。氧离子通过陶瓷的离子传导电极从阴极侧传送至阳极侧，并且与电极表面的合成气反应。固体氧化物燃料电池产生过量的电作为SOFC工艺的产物。
在SOFC系统中，固体氧化物燃料电池的阳极连接至氢气纯化系统的废气侧和吸附剂床的出口，所述吸附剂床连接至所述预重整器。两个出口流合并，并且形成含有甲烷、氢气、氧化碳和水的阳极进料流。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将阳极进料流预热至约600℃，然后引入阳极。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括用固体氧化物燃料电池阳极废气预加热阳极进料流。
使阳极进料流中的甲烷组成最大化以及使非甲烷烷烃和氢气最小化提高了固体氧化物燃料电池的内部重整容量并且改善了电的产生。在固体氧化物燃料电池中，内部重整在重整催化剂的存在下发生。内部重整降低了阴极侧使用的压缩空气的量，随着吸热重整反应冷却合成气转化为废气的放热电化学转化，从而冷却了固体氧化物燃料电池的陶瓷电极。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在约500℃至约1000℃的温度下运行固体氧化物燃料电池的阳极侧。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在约725℃至约775℃的温度下运行固体氧化物燃料电池的阳极侧。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在约750℃的温度下运行固体氧化物燃料电池的阳极侧。
在SOFC系统中，阳极连接至所述预重整器入口和重整器燃烧室。阳极废气产物富含二氧化碳和水，但是也含有一些氢气、一氧化碳、水和甲烷。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将一部分 阳极废气冷却至小于150℃的温度并加压至约1.2巴的压力。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括将一部分阳极废气冷却至约93℃的温度。冷却加压的阳极废气由于其水、氢气和甲烷含量能用于作为预重整器的原料。
固体氧化物燃料电池的阴极侧接收由鼓风机驱动的空气，从而为阳极侧上合成气的电化学转化提供必要的氧气，并且冷却陶瓷电极。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在约0.7巴的压力下将空气进料引入固体氧化物燃料电池的阴极侧。对空气进料的预热提高了氧还原为氧阴离子。SOFC工艺的一个实施方案包括将空气进料预加热至约600℃的温度，然后引入阴极。使用SOFC系统的一个实施方案包括对空气进料进行预加热，并且进行缺氧阴极侧排放。
固体氧化物燃料电池产生超过SOFC工艺消耗需求的过量的电。固体氧化物燃料电池系统引导过量的电(即未被固体氧化物燃料电池或其他内部SOFC系统用者使用的电)至外部配电系统。SOFC系统的一个实施方案包括其中固体氧化物燃料电池电连接至氧气发生系统，并且能够有效地将电流传送至氧气发生系统。在这样的实施方案中，固体氧化物燃料电池的电输出支持了氧气发生系统的氧生成过程。外部配电系统包括能够有效地向EV供电的零售配电系统。
氧气发生系统
SOFC系统包括氧气发生系统。氧气发生系统能够有效地产生氧气，然后将氧气引入SOFC系统。氧气发生系统可以使用许多在化学加工工业众所周知的技术，以形成并分配氧，其中包括电解单元、低温空气分离、氧选择性迁移膜分离、真空PSA(VPSA)单元分离和臭氧发生器技术。
SOFC系统中的氧气发生系统连接到重整器燃烧室，并将氧气通入重整器燃烧室作为原料。氧可以作为纯原料或作为共混物进入。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行氧气发生系统，使其产生以干摩尔计纯度为至少80％氧的氧气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行所述氧气发生系统，使其产生以干摩尔计纯度为 至少90％氧的氧气。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行所述氧气发生系统，使其产生以干摩尔计纯度为至少95％氧的氧气。
SOFC系统的一个实施方案包括电解单元作为氧气发生系统，其能够利用水有效地产生电解氧和电解氢气。在这样的实施方案中，电解单元能够有效地使用电将水分解成分开的氧气和氢气产物。这样的电解单元的一个例子是质子电解质膜(PEM)电解单元，它能够产生高纯度的氢气(99.99摩尔％)和氧气。在这样的SOFC系统的一个实施方案中，氧气发生系统连接至重整器燃烧室和氢气压缩器系统，其中电解氧通入重整器燃烧室并且电解氢气通入氢气压缩器系统。该电解氢气可能需要预压缩提高压力后引入氢气压缩器系统。
氧气发生系统可以使用电力将原料转化成用于SOFC系统的氧气。SOFC系统的一个实施方案包括将固体氧化物燃料电池电连接至氧气发生系统，使得来自固体氧化物燃料电池的电促使氧气发生系统中的氧气生成反应。
使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括在氧气生成过程中，将氧气发生系统的温度维持在约50℃的温度。
CO2纯化和液化系统
SOFC系统包括CO2纯化和液化系统。CO2纯化和液化系统能够有效地从重整器燃烧室接收冷却废气，并从冷却废气中分别提取水和氧气，形成精制的二氧化碳气体。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括形成氧浓度小于百万分之10(ppm)摩尔的精制二氧化碳。
CO2纯化和液化系统也能够有效地冷藏和压缩精制二氧化碳气体，以形成液态二氧化碳产物。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括形成温度为约-20℃至约-50℃的范围以及压力为约22巴的液态二氧化碳产物。用于液化精制二氧化碳的合适压缩和制冷技术包括丙烷冷却器。
SOFC工艺和系统能非常有效地容纳和回收产生的二氧化碳用于化工生产、EOR工艺或截留。使用SOFC系统的方法的一个实施方案包括运行所述系统，使得SOFC系统中产生的所有二氧化碳的超 过90％被捕获并转化成液态二氧化碳产物。SOFC工艺清除剩余的二氧化碳和惰性物质。
用于HFCV和EV的替代燃料供应站
替代燃料供应站使用如前所述的SOFC系统以产生压缩氢气和直流电流的供应，这是替代燃料。替代燃料供应站能够有效地分配压缩氢气和直流电流以对替代燃料车加燃料，包括氢燃料电池车(HFCV)和电动车(EV)。替代燃料供应站包括至少一个管线，其能够有效地连接至HFCV并传送压缩氢气至HFCV以对其加燃料。替代燃料供应站还包括至少一个管线，其能够有效地连接至EV并输送电力到EV进行充电。替代燃料供应站能够有效地同时对HFCV和电动车加燃料。
使用替代燃料供应站对替代燃料车加替代燃料的方法包括将烃燃料引入SOFC系统并且运行该SOFC系统以产生替代燃料的步骤。该方法的一个实施方案包括产生压力在350巴至约700巴的范围且氢气摩尔纯度99.99％的压缩氢气。该方法的一个实施方案包括产生直流电。替代燃料车包括具有氢气燃料罐作为替代燃料储存设备的HFCV。替代燃料车包括配有蓄电池作为替代燃料储存设备的EV。该方法还包括将替代燃料车连接至SOFC系统，使得SOFC系统和替代燃料储存设备之间形成管线。该方法还包括向替代燃料车引入一定量的替代燃料，使得引入的量不超过的替代燃料储存设备的容量的步骤。该方法还包括将替代燃料车与SOFC系统分离的步骤。
在不使用零售燃料补充供应站期间，SOFC工艺继续引入烃燃料并制备用于长期储存的氢气和用于分配到连接的电网或现货电力需求储存系统的电力，包括电容器/电池的常规电箱或替代存储装置(例如，具有电连接的发电机和涡轮机的气体压缩/解压缩)。输送电力到连接的电网可能需要从直流电流转换为交流电流(AC)。氢气和电力的连续产生允许SOFC系统稳定状态的运行，从而提高了可靠性、排除故障，并允许SOFC系统在更多“开/关”操作的过程中处理生产或需求水平的突然变化。
支持设备
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置。
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。
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。
实施例
如图1所示的SOFC系统的实施方案由(Aspen Technology公司，伯灵顿，马萨诸塞州)配置，化学过程模拟器运行两种不同类型的气化的液态烃原料：石脑油和煤油。利用图1所示的SOFC系统的工艺模拟产生适用于HFCV的250Nm3/hr的氢气(+99.99摩尔％纯)，以及提供适用于EV的至少370kW的电力。表1给出了模拟结果。
表1：石脑油和煤油烃燃料的图1模拟结果。
表1的结果示出了高热值(HHV)效率，其反映了比传统基于氢气载体的燃料供应站(其效率在23％-25％HHV范围)更显著的优点。由固体氧化物燃料电池以及固体氧化物燃料电池中内部重整甲烷联合产生电提供了显著的能量节约，这由总效率值反映。

Claims (31)

1.一种使用SOFC系统的方法，该方法使用SOFC系统生产精制二氧化碳产物、电力和压缩氢气产物，所述使用SOFC系统的方法包括以下步骤：
将烃燃料引入所述SOFC系统；
将蒸汽引入所述SOFC系统；以及
运行所述SOFC系统，使得阳极再循环废气形成并通入预重整器使得所述预重整器中蒸汽与碳的摩尔比在3:1至4:1的范围；氧气通入重整器燃烧室，其中所述氧气的量超过所述重整器燃烧室中存在的所有烃和氢气完全燃烧所需的化学计量；产生所述精制二氧化碳产物、电力和压缩氢气产物；并且所述SOFC系统中产生的大于总量90％的二氧化碳转化为所述精制二氧化碳产物；
其中所述SOFC系统包括：
加氢脱硫系统，其流体连接至氢气压缩和储存系统并且能够有效地接收烃燃料；
蒸汽重整器，其具有催化反应器管以及所述重整器燃烧室，其中所述催化反应器管与所述加氢脱硫系统相连并且能够有效地接收蒸汽，并且其中所述重整器燃烧室热连接至所述催化反应器管并且均流体连接至固体氧化物燃料电池阳极侧的出口以及氧气发生系统，并且能够有效地接收烃燃料；
水煤气变换反应器系统，其流体连接至所述催化反应器管并且能够有效地将一氧化碳和水转化为二氧化碳和氢气；
氢气纯化系统，其流体连接至所述水煤气变换反应器系统并且能够有效地产生纯化的氢气；
氢气压缩和储存系统，其流体连接至所述氢气纯化系统，并且能够有效地产生压缩氢气产物；
所述预重整器，其流体连接至所述固体氧化物燃料电池阳极侧的出口，并且能够有效地接收烃燃料以及产生预重整器合成气产物；
固体氧化物燃料电池，其能够有效地产生电力并且具有所述阳极侧，所述阳极侧具有流体连接至所述预重整器以及所述氢气纯化系统的入口并且能够有效地产生阳极废气；
所述氧气发生系统，其能够有效地产生氧气；以及
CO2纯化和液化系统，其流体连接至所述重整器燃烧室并且能够有效地产生精制二氧化碳产物。
2.权利要求1所述的方法，其中所述引入所述烃燃料的步骤包括将组成类似的烃燃料引入能够有效地接收所述烃燃料的所述SOFC系统的部分。
3.权利要求1所述的方法，其中所述引入所述烃燃料的步骤包括将第一烃原料组合物引入能够有效地接收烃燃料的所述SOFC系统的一部分，并且将第二烃原料组合物引入能够有效地接收烃燃料的所述SOFC系统的第二部分。
4.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括将所述压缩氢气产物的一部分从所述氢气压缩和储存系统通入所述加氢脱硫系统。
5.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述引入蒸汽的步骤包括引入蒸汽使得所述催化反应器管中蒸汽与碳的进料摩尔比在2:1至4:1的范围。
6.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括将所述催化反应器管的温度维持在775℃至825℃的范围并且将压力维持在8巴至10巴的范围。
7.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中超过所需的化学计量为比所述重整器燃烧室中存在的所有烃和氢气完全燃烧所需的化学计量高出至少10％。
8.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括维持所述蒸汽重整器的所述重整器燃烧室与催化反应器管之间的温度差为至少90℃。
9.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括产生氢气纯度在99.50摩尔％至99.99摩尔％的纯化的氢气。
10.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述催化反应器管中蒸汽与碳的摩尔比小于所述预重整器中蒸汽与碳的摩尔比。
11.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤不包括将补充的蒸汽引入所述预重整器。
12.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤不包括将新鲜的蒸汽引入所述预重整器。
13.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括绝热地运行所述预重整器。
14.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括将所述预重整器的温度保持在350℃至400℃的范围。
15.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括：以干摩尔计，产生含有在15％至20％范围的甲烷的预重整器合成气产物。
16.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括将所述固体氧化物燃料电池的所述阳极侧的温度保持在725℃至775℃范围。
17.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括以干摩尔计，产生氧气纯度在95.00摩尔％至99.99摩尔％范围的氧气。
18.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述运行所述SOFC系统的步骤包括产生氧浓度小于百万分之10摩尔的所述精制二氧化碳产物。
19.权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述SOFC系统的所述氧气发生系统包括电解单元，其电连接至所述固体氧化物燃料电池并且能够有效地接收水和电力，并且产生电解氢气和电解氧；并且所述氢气压缩和储存系统还流体连接至所述氧气发生系统，所述方法还包括以下步骤：
将水引入所述SOFC系统；以及
运行所述SOFC系统，使得电力通入所述氧气发生系统，从而所述氧气发生系统分别产生电解氧和电解氢气；并且所述电解氢气通入所述氢气压缩和储存系统。
20.一种SOFC系统，该SOFC系统用于利用蒸汽和烃燃料生产精制二氧化碳产物、适于电动车的电力以及适于氢燃料电池车的压缩氢气产物，所述SOFC系统包括：
加氢脱硫系统，其流体连接至氢气压缩和储存系统并且能够有效地接收烃燃料；
蒸汽重整器，其具有催化反应器管和重整器燃烧室，其中所述催化反应器管流体连接至所述加氢脱硫系统并且能够有效地接收过热蒸汽，并且其中所述重整器燃烧室热连接至所述催化反应器管，流体连接至固体氧化物燃料电池阳极侧的出口以及氧气发生系统的出口并且能够有效地接收所述烃燃料；
水煤气变换反应器系统，其流体连接至所述催化反应器管并且能够有效地将一氧化碳和水转化为二氧化碳和氢气；
氢气纯化系统，其流体连接至所述水煤气变换反应器系统并且能够有效地产生纯化的氢气；
氢气压缩和储存系统，其流体连接至所述氢气纯化系统并且能够有效地产生压缩氢气产物；
预重整器，其流体连接至所述固体氧化物燃料电池阳极侧的出口，并且能够有效地接收烃燃料以及产生预重整器合成气产物；
所述固体氧化物燃料电池，其具有所述阳极侧并且能够有效地产生电力，其中所述阳极侧具有流体连接至所述预重整器以及所述氢气纯化系统的入口并且能够有效地产生阳极废气；
所述的氧气发生系统，其能够有效地产生氧气；
CO2纯化和液化系统，其流体连接至所述重整器燃烧室并且能够有效地产生精制二氧化碳产物。
21.权利要求20所述的SOFC系统，其中所述水煤气变换反应器系统包括串联的高温变换反应器和低温变换反应器，并且其中各反应器包含不同的水煤气变换催化剂。
22.权利要求20或权利要求21所述的SOFC系统，其中所述氢气纯化系统为变压吸附单元。
23.权利要求20或21中任意一项所述的SOFC系统，其中所述预重整器包含耐硫的活性贵金属催化剂。
24.权利要求20或21中任意一项所述的SOFC系统，其中所述SOFC系统中的所述氧气发生系统包括电解单元，该电解单元电连接至所述固体氧化物燃料电池，并且能够有效地接收水以及电力，并且产生电解氢气和电解氧，并且其中所述氢气压缩和储存系统也流体连接至所述氧气发生系统。
25.权利要求24所述的SOFC系统，其中所述电解单元为质子交换膜。
26.一种使用替代燃料供应站对具有替代燃料储存设备的替代燃料车加燃料的方法，所述使用替代燃料供应站的方法包括：
将蒸汽和烃燃料分别引入所述替代燃料供应站的SOFC系统，所述SOFC系统是权利要求1或20中所限定的SOFC系统；
运行所述SOFC系统使得所述替代燃料产生；
将替代燃料车连接至所述替代燃料供应站，使得在所述SOFC系统和所述替代燃料储存设备之间形成管线；
将所述替代燃料引入所述替代燃料车使得不超出所述替代燃料储存设备的储存容量；以及
将所述替代燃料车与所述替代燃料供应站分离；
其中所述替代燃料供应站包括所述SOFC系统；输电网路，其能够有效地将电替代燃料车的替代燃料储存设备电连接至所述SOFC系统的所述固体氧化物燃料电池，并能将由所述SOFC系统产生的电流输送至所述电替代燃料车；以及压缩氢气管线，其能够有效地将氢气替代燃料车的替代燃料储存设备流体连接至所述SOFC系统的氢气压缩和储存系统，并将压力为350巴至700巴以及氢气摩尔纯度为99.99％的压缩氢气输送至所述氢气替代燃料车。
27.权利要求26所述的方法，所述方法还包括将水引入所述替代燃料供应站的所述SOFC系统的步骤。
28.权利要求26或权利要求27所述的方法，其中所述替代燃料为压缩氢气产物并且所述替代燃料车为氢燃料电池车。
29.权利要求26或27所述的方法，其中所述替代燃料为电力并且所述替代燃料车为电动车。
30.权利要求26或27所述的方法，其中所述烃燃料选自包括石脑油、煤油及其组合的组。
31.一种用于同时对电替代燃料车和氢气替代燃料车加燃料的替代燃料供应站，所述替代燃料供应站包括：
SOFC系统，所述SOFC系统是权利要求1或20中所限定的SOFC系统；
输电网路，其能够有效地将所述电替代燃料车的替代燃料储存设备电连接至所述SOFC系统的固体氧化物燃料电池，并将由所述SOFC系统产生的电流输送至所述电替代燃料车；以及
压缩氢气管线，其能够有效地将氢气替代燃料车的替代燃料储存设备流体连接至所述SOFC系统的氢气压缩和储存系统，并将压力为350巴至700巴以及氢气摩尔纯度为99.99％的压缩氢气输送至所述氢气替代燃料车；
从而所述替代燃料供应站能够同时对电替代燃料车和氢气替代燃料车加燃料。
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