CN115087762A - 一种用于向耗氧过程供应富氧气体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于向耗氧过程供应富氧气体的方法，其中通过将包含CO2的阳极侧进料气体供应至固体氧化物电解池的阳极侧产生具有低的氮含量的富氧气体，在固体氧化物电解池的阳极侧产生氧。以这种方式，形成了阳极侧产物气体，其至少一部分包含富氧气体。富氧气体具有低的氮含量，并且离开固体氧化物电解池的富氧气体的温度为600℃至1000℃。该方法具有多个优点，首先是节能。
Description
本发明涉及一种用于向耗氧过程供应富氧气体的方法，其中通过向操作的固体氧化物电解池(SOEC)的阳极侧供应包含CO2的阳极侧进料气体来产生具有低的氮含量的富氧气体。本发明还涉及一种供应有包含CO2的进料气体的固体氧化物电解池，其中所述电解池的阳极侧与耗氧过程流体连接。
氧燃料燃烧是在贫氮环境中，通常在几乎纯氧或氧气和二氧化碳的混合物的流中燃烧烃燃料的过程。在例如燃煤电厂中使用氧燃料燃烧的主要目的是产生具有非常高浓度的CO2和水蒸气的烟道气，使得可以从烟道气中分离或捕获CO2，同时避免CO2与气态氮的昂贵分离。重要的是要注意，即使当使用氧燃烧时，烟道气仍含有杂质，例如残余氮、未燃烧的氧、SO2、氮氧化物和颗粒材料。这些中的多数仍然必须被去除，以便产生足够纯的二氧化碳以用于碳捕获和储存或用于其它下游用途。
用于CO2捕获的氧燃料燃烧包括四个主要部件：1)空气分离单元(ASU)，其提供用于燃烧的富氧氧化剂流；2)锅炉或燃气涡轮机，其中燃料燃烧并产生热量；3)烟道气处理单元，其中从烟道气清除不希望的物质，例如灰、大部分硫和氮氧化物；和4)CO2处理单元(CPU)，其中进行用于运输、储存和/或利用的CO2的最终纯化。
当烃燃料在纯氧中燃烧时，火焰温度远高于其在空气中燃烧时。与常规超临界锅炉中1700℃相比，峰值温度可以达到2500℃。在典型的燃气涡轮机循环中，燃烧温度限于约1300-1400℃；在使用当前技术的氧燃料燃煤锅炉中，燃烧温度限于约1900℃。为了缓解材料腐蚀问题，其最终可导致锅炉故障，离开锅炉的一些富含CO2的烟道气通常与供应到燃烧器的富氧流混合。这稀释了氧气并将火焰温度的水平降低到类似于常规风吹设备中发现的水平。
对于煤粉的燃烧，Croiset和Thambimuthu的中试规模测试已经报道，当在氧燃料燃烧中使用的进料气体具有大约35体积％O2和65体积％干的再循环CO2的组成时，气体的火焰温度和热容量匹配燃料在空气中的燃烧(参阅，空气中21体积％为O2，其余为N2)。
氧燃料燃烧发电厂中的另一个重要方面是理解氮氧化物(NOx)的路径，因为这些氮氧化物在CO2加工单元的烟道气压缩过程中有助于不期望的HNO3形成。氮氧化物(NOx)形成的三个主要途径是已知的：1)热NOx形成，2)快速型NOx形成；和3)燃料氮转化为NOx。在氧燃料燃烧中，由于不存在来自空气的N2，因此，N2浓度非常低，通常可以忽略热NOx和快速型NOx形成途径。因此，来自燃料氮的NOx形成是使用氧燃料燃烧的锅炉中最重要的途径。大约95％的总NOx由一氧化氮(NO)组成，剩余部分由二氧化氮(NO2)和少量一氧化二氮(N2O)和其它氮氧化物组成。
富氧流在燃氧煅烧炉或氧煅烧炉中也是有益的。事实上，由于它们在例如涉及钙循环的直接空气捕获设备中的潜在用途，燃氧煅烧炉获得了更广泛的关注。例如，DavidW.Keith等人描述了从大气中捕获CO2的过程(Joule 2,1573-1594(2018))。更具体地，描述了用于从大气中直接从空气中捕获CO2的每年1兆吨CO2的设备。所述设备的工艺化学基于两个回路：碱回路(CO2+KOH到K2CO3到KOH)和钙回路(CaCO3到CaO+CO2到Ca(OH)2到CaCO3)。CO2通过与KOH反应而被捕获，生成K2CO3。该K2CO3与Ca(OH)2反应以再生KOH并产生CaCO3，后者随后在燃氧煅烧炉中煅烧以释放CO2并再生Ca物质。重要的是，煅烧步骤需要在贫氮气氛中进行，因为CO2(在煅烧过程中释放)和N2一旦混合就很难分离。更详细地说，在钙回路中形成的碳酸钙(CaCO3)被引导至煅烧炉，在此该固体材料被再生为CaO和CO2，后者被引出反应器进行纯化和压缩。煅烧炉需要额外的热源以将温度提高到900℃左右，这是满足吸热煅烧反应的热量需求所必需的。产生这种热量的最明显方法是使用氧燃料燃烧，如前所述，这种燃烧产生的烟道气主要含有CO2。同样，氧燃料燃烧需要ASU。氧煅烧炉的效率取决于用于煅烧过程的富氧流的氧浓度：氧浓度越高，效率越高。较高的O2浓度的优势在于较低的通往熔炉的总气体流量，从而降低了熔炉的热量需求。较小的热量需求意味着较小的燃料输入，从而减少了所需的氧气流量。较小的熔炉降低了设备的投资成本，这很重要，特别是在钙循环过程中，其中煅烧炉是一个绝缘反应器。
现有技术的氧燃烧和氧煅烧炉设备使用ASU，通常是低温ASU以用于提供用于锅炉或煅烧炉室的富氧气流。ASU是非常昂贵的(就资本支出(CAPEX)以及操作费用(OPEX)而言)。ASU消耗约225kWh的能量/每吨产生的O2，并且是氧燃料燃烧设备和氧煅烧炉设备中最昂贵的一种装置。本发明的目的是提供一种用于将富氧气体供应到耗氧过程的替代方法，例如上述氧燃烧或氧煅烧炉过程。更具体地，本发明提出通过将包含CO2的阳极侧进料气体供应到操作的固体氧化物电解池(SOEC)的阳极侧而产生具有低的氮含量的富氧流，由此获得富氧的阳极侧产物气体。
固体氧化物电解池(SOEC)可用于将H2O还原至H2，将CO2还原为CO或将H2O和CO2的组合还原成合成气(H2和CO)。这种转化发生在固体氧化物电解池的阴极(燃料)侧。在电解池的阳极(氧)侧，氧是电化学产生的。在本发明的上下文中，术语"电化学产生的"是指化学物质通过电化学过程(即，化学过程涉及电子转移)形成。这样的方法包括例如析氧反应(2O2-＝O2+4e-)，水还原反应(H2O+2e-＝H2+O2 -)和二氧化碳还原反应(CO2+2e-＝CO+O2-)。注意，水煤气变换或逆水煤气变换反应不涉及电化学步骤。
在本发明的上下文中，术语"流"，"气体"和"气流"可互换使用。
在本发明的上下文中，术语一定气体流的"至少一部分"应理解为使用整个气流或流的一部分。气流可以简单地分成相同组成的部分。这并不意味着指分离气体的组分。例如，这可以涉及如果希望将一部分气流再循环到固体氧化物电解池中。进料至氧气/H2/CO消耗过程的部分可以例如是富氧气体或富含H2和/或CO气体的5％至上限10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。
阴极侧进料气流也可称为燃料进料且阳极侧进料气流也可称为冲洗进料。
除非另有说明，否则任何给定的气相百分比是体积％。
当包含H2O的阴极侧进料气体被进料到操作的SOEC的阴极侧时，H2O的至少一部分被电化学还原成H2(即，电化学生成H2)，从而形成富含氢的阴极侧产物气体。在本发明的上下文中，术语"富含X"被理解为"与相应进料气体中的X的浓度相比，流中X的浓度增加"。换句话说，富含氢的阴极侧气流(离开电解池)比阴极侧进料气体(进入固体氧化物电解池)具有更高的氢气浓度。类似地，如果包含CO2的阴极侧进料气体被供给到操作的SOEC的阴极侧，则CO2的至少一部分被电化学还原成CO(即，电化学生成CO)，从而形成富含CO的阴极侧产物气体。此外，如果包含H2O和CO2的混合物的阴极侧进料气体被供给到操作的SOEC的阴极侧，则H2O或CO2或该两者的至少一部分被电化学还原，从而形成富含氢和CO的阴极侧产物气体。类似地，富含O2的阳极侧气流(离开电解池)具有比阳极侧进料气流(进入固体氧化物电解池)更高的O2浓度。注意，根据该定义，如果阳极侧进料气流具有低于10％的氧含量，则可以认为具有10％O2，90％CO2的阳极侧产物气流富含O2。类似地，根据该定义，认为具有10％O2，90％CO2的阳极侧产物气流富含O2，尽管该气体中的氧含量低于大气中的氧含量。
SOEC的典型操作温度在约600℃至1000℃之间：需要高温以便在用作电解质的陶瓷膜中达到足够的氧化物离子电导率。常用的电解质材料包括稳定化的氧化锆，例如氧化钇稳定化的氧化锆(YSZ)、掺杂的氧化铈、掺杂的镓酸镧等。通常使用的氧电极材料包括钙钛矿材料，例如Sr-掺杂的LaMnO3(LSM)；Sr-掺杂的LaFeO3(LSF)；Sr-掺杂的LaCoO3(LSC)；Sr-掺杂的La(Co,Fe)O3(LSCF)；Sr-掺杂的SmCoO3等。钙钛矿材料进一步与掺杂的氧化铈混合以形成复合氧电极(SOEC阳极)。Sr以外的例如Ca、Ba的掺杂剂是已知的材料，除了钙钛矿，例如Ruddlesden-Popper相也是已知的。
申请人的WO 2013/131778A2和US 10,494,728B2均描述了通过在固体氧化物电解池或SOEC堆中电解CO2来生产高纯度CO。
通常，空气(N2/O2)用作SOEC阳极侧的冲洗气体。离开固体氧化物电解池的阳极侧的气流中的O2的浓度取决于阳极侧进料气体的流速以及SOEC的操作电流。原则上，如果没有使用进料气体，或者如果使用纯氧作为进料，则可以在阳极侧产生接近100％的氧。然而，由于在高的氧气分压和高温下各种堆部件的劣化风险较高，通常不这么进行。然而，在此获得的优势比缺点更重要。
在本发明的方法中，包含具有低的氮含量的CO2的流而不是空气用作SOEC的阳极侧上的进料气体(有时也称为冲洗气体)。所得产物气体富含氧并且适合用作许多耗氧过程中的氧化剂。在本发明的上下文中，术语"耗氧过程"是指氧与其它化学物质反应从而氧化后者物质的过程。耗氧过程的实例包括氧燃烧、氧煅烧和气化。
更具体地，本发明涉及一种用于向耗氧过程供应富氧气体的方法，其中提供具有阴极侧和阳极侧的至少一个操作的固体氧化物电解池，以及
a)向至少一个固体氧化物电解池的阴极侧供应包含蒸汽或CO2或它们的混合物的阴极侧进料气流，
b)在固体氧化物电解池中电化学还原所述阴极侧进料气流的至少一部分，从而形成富含氢气、一氧化碳或它们的混合物的阴极侧产物气流，
c)将阴极侧产物气流的至少一部分供应至氢和/或一氧化碳消耗过程，
d)向固体氧化物电解池的阳极侧供应包含CO2的阳极侧进料气流；以及
e)在固体氧化物电解池的阳极侧电化学产生氧，从而形成富含氧的阳极侧产物气流，其中
-将包含富含氧的阳极侧产物气流的至少一部分的富氧气体进料至耗氧过程，
-富氧气体具有低的氮含量，所述氮含量低于10体积％，和
-离开固体氧化物电解池的富氧气体具有600℃至1000℃的温度；以及
-所述耗氧过程是氧燃烧过程或氧煅烧过程。
在本发明的上下文中，术语"氢-和/或一氧化碳-消耗过程"是指这样的过程，其中氢或一氧化碳或该两者反应以形成其它化学物质。氢-和/或一氧化碳-消耗过程的实例包括甲醇生产、氨生产、加氢处理、甲烷化、氢化、羰基化、氢甲酰化(羰基合成)和氧化羰基化。
包含CO2的阳极侧进料气流可以例如包含0-100体积％的CO2，例如20-100，40-100，50-100，60-100，70-100，80-100体积％的CO2。
在本文中，氧燃烧或氧燃烧过程是指使用基本上纯的氧作为氧化剂的过程，并且重要的是，该过程在存在少量氮(N)的情况下进行。所述氧燃烧是指燃料的完全燃烧，从而产生非还原的产物气体。在产物气体中不存在剩余的加热值。
气化是指燃料的亚化学计量燃烧。产物气体将是还原性的，并且在产物气体中将存在剩余的加热值。
在本文中，氧煅烧是指一种氧燃烧过程，在该过程中，固体碳酸盐分解成相应的氧化物，例如CaCO3分解为CaO，以生产水泥。
术语"燃烧"意指化学物质可以被氧化以产生热(放热氧化反应)。
根据本发明的实施方案，在将阳极侧进料气体和/或阴极侧进料气体进料到固体氧化物电解池之前，加热阳极侧进料气体和/或阴极侧进料气体。在本发明的另一个实施方案中，在将富氧气体进料至耗氧过程之前不加热富氧气体。由于来自固体氧化物电解池的富氧气体的出口温度高，通常高于600℃，或者甚至高于700、800或900℃，可以省略加热。
本发明还涉及一种固体氧化物电解池，其中所述电解池的阳极侧与耗氧过程流体连接，并且其中所述电解池根据上述方法进行操作。
本发明的方法具有多个优点。
首先，只要将具有低氮含量的阳极侧进料气体提供给固体氧化物电解池的阳极侧，离开该电解池的富氧流也具有低氮含量，从而其非常适合用作氧燃烧或氧煅烧炉中的氧化剂。
根据本发明的实施方案，富氧流中的氮含量低于10体积％，例如低于5体积％，3体积％，2体积％，1体积％或0.1体积％。氮越少越好。
如果不是空气，而是富氧且同时具有低的氮含量的气流被用作氧化剂，则通过热的NOx形成和快速型NOx形成途径被最小化。其次，离开耗氧过程的烟道气具有更低的氮(N2)含量。具有技术挑战性的从N2中分离CO2例如用于碳捕获、储存或利用目的任务将由此变得更容易。注意，即使富氧流是无氮的，如果在氧燃烧或氧煅烧过程中使用的燃料含有氮，则烟道气仍可含有一些N2或NOx。第三，由于与空气中的氮含量相比，富氧流中的氮含量低，所以用于将流加热到耗氧过程的入口温度的能量要求(即，燃料消耗)显著降低，因为空气的氮组分没有被加热。第四，使用具有低氮含量的富氧流允许在氧燃烧和氧煅烧窑中实现更高的火焰温度。第五，通过使用SOEC来供应富氧气体，不再需要低温ASU或其它ASU进行空气分离。如上面提到的，ASU是昂贵的，无论是从资金成本方面还是在操作费用方面。第六，由于SOEC的操作温度大约在600℃至1000℃之间，所以离开固体氧化物电解池的阳极侧的富氧流在进入氧燃烧或氧煅烧窑之前不需要(或仅需要非常少的)预热，从而使该过程更有效。应注意，使用低温空气分离产生的氧将需要非常显著的预热。第七，虽然在固体氧化物电解池的阳极侧进料的包含CO2的阳极侧进料气体需要预热，与没有SOEC的现有技术方案相比，加热要求较低。这是因为电化学产生并且形成富氧流的一部分的氧可以使用由SOEC生成的焦耳热至少部分地加热。第八，经电化学产生的通常被认为是电解过程的低值副产物的氧气可以被利用，而不是被排掉，从而提高电解过程的效率和盈利能力。因此，如果利用来自SOEC的两种产物气体，即富含氧的阳极侧产物气体用于耗氧过程，并且同时将富含H2和/或CO的阴极侧产物气体用于氢和/或一氧化碳使用过程中，则是特别有利的。第九，该方法提供了简单方式来控制进入耗氧过程的富氧流中的氧含量。这是因为通过改变阳极侧进料气体的流速或SOEC的操作电流，可以容易且快速地改变气流中的O2浓度。第十，如果离开SOEC阴极侧的富含氢和/或一氧化碳的流的一部分用作氧燃料燃烧或氧煅烧过程的燃料，并且离开SOEC的阳极侧的富氧流同时用作相同的氧燃料燃烧或氧煅烧过程的氧化剂，则然后可以潜在地进行该过程而不需要额外的燃料。如果可再生或其它低碳能量源用于产生用于运行SOEC的电能，则本发明的方法可以以非常低的CO2排放进行。
富氧的二氧化碳气体中的O2浓度(在本文中，浓度与含量相同)为0＜[O2]≤100体积％。根据一个实施方案，氧气浓度的下限为0.1体积％。在另一个实施方案中，氧气浓度在10％至60％之间，更优选20％至40％之间。每当电化学产生两分子的CO和/或H2，就产生一分子的O2。
因此，氢或一氧化碳或氢和一氧化碳的混合物在至少一个固体氧化物电解池的阴极侧电化学产生，并且氧气以2:1的(H2+CO)：O2摩尔比在至少一个固体氧化物电解池的阳极侧电化学产生。
在固体氧化物燃料电池和电解领域中，CO2负面地影响含Sr的阳极材料(例如LSC、LSCF和LSM)是公知的。更具体地，已经示出了在CO2的存在下这种材料分解并形成SrCO3和其它相。例如，V.Esposito等人,Solid State Ionics,227(2012)46-56已经证明，当在800℃下暴露于纯CO2时，具有La0.6Sr0.4CoO3-δ组成的LSC分解为La0.6Sr0.4-xO3-δ”+x SrCO3+0.5(δ’+δ”)O2+x CoO。此处，δ’和δ”是指钙钛矿中的氧非化学计量，x是指分解的程度(0<x≤0.4)。通过x射线衍射和热重分析证实了分解。当膜在780℃下暴露于纯CO2时，通过LSC膜的氧通量(即性能)降低了4倍多。Esposito等人得出"CO2的使用在800℃以下特别有害"的结论。
S.Darvish等人(Journal ofPower Sources,336(2016)351-359)还使用热力学和电化学计算研究了SrCO3形成概率随温度、CO2分压、O2分压以及LSCF组成的变化。他们提出，在CO2富集条件下的LSCF分解通过以下反应发生：
LSCF(反应物)+CO2＝LSCF(产物)+SrCO3+(Co,Fe)3O4+Fe2O3,
其中LSCF(反应物)是CO2暴露之前的LSCF样品，LSCF(产物)是CO2暴露后的样品(由于新相形成，其可以具有与LSCF(反应物)不同的组成)，(Co,Fe)3O4是具有尖晶石结构的钴-铁混合氧化物，其中Co∶Fe的比率可以变化，并且Fe2O3是刚玉。Darvish等人证实了高CO2分压和低O2分压增加了SrCO3形成的热力学概率。更具体地，他们证明：1)在高于427℃的温度下，SrCO3在所有研究的温度下在较低的氧分压下变得稳定；2)温度越高，氧分压的任何变化对SrCO3的稳定性的影响越大。甚至更具体地，他们证明，多于50％的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)应在727℃下在还原条件(10-5atm的氧分压)下在暴露于30体积％CO2时热力学分解成SrCO3。此外，当LSCF中的Sr浓度增加和/或LSCF中的Fe浓度降低时，SrCO3变得更加稳定。它们还比较了(La0.8Sr0.2)0.98MnO3(LSM)和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)的稳定性，并且得出结论：在富含CO2的气体中，LSM比LSCF更稳定。
现在令人惊讶的证明，在一些条件中，钙钛矿在富含CO2的气体中分解的问题远小于预期的严重程度。更具体地，当在典型的SOEC操作温度下以纯CO2(即，在CO2的分压接近1且氧分压为大约10-5atm的条件下)进料至操作的电解池或堆的阳极侧时，我们观察到基于LSCF的电极的非常少或没有降解。虽然SrCO3的形成在具有这样组成的气体中是热力学上强烈有利的，但是由通过电解质向阳极供应的恒定的氧离子流显著地降低了SrCO3形成的驱动力。因此，尽管SOEC阳极暴露于包含CO2的进料气体，但SOEC可以在没有显著性能劣化的情况下操作。
关于现有技术，燃氧煅烧炉由于其潜在用途而获得了更广泛的关注，例如涉及钙循环的直接空气捕获设备。例如，如前所述，David W.Keith等人描述了从大气中捕获CO2的过程(Joule 2,1573-1594(2018))。
通常，正如David W.Keith等人中提到的那样，燃氧煅烧炉的氧气是通过低温空气分离获得的。然而，如前所述，ASU非常昂贵(就CAPEX和OPEX而言)，因此如果可以以较低的能量需求提供氧气，同时降低气体混合物中的氮含量，这将是非常有利的。
US 9.975.100教导了使用基本上不含氮的富氧气流来煅烧CaCO3晶体聚集体的重要性。这种气流可以通过低温ASU获得，但价格昂贵，特别是对于较小规模的应用。因此，US9.975.100证实了避免在送入氧燃料煅烧炉的氧化剂流中存在氮的必要性。
WO 2008/039783描述了另一种用于高纯度氢气生产的钙循环过程，包括以下步骤：(a)将燃料气化成粗合成气，该合成气包含CO、氢气和蒸汽，以及H2S、COS和HX形式的硫和卤化物污染物，其中X是卤素；(b)将粗合成气通过注入了CaO和蒸汽的水煤气变换反应器(WGSR)，CaO与变换气体反应以去除包含CaCO3、CaS和CaX2的固相含钙产物中的CO2、硫和X；(c)将固相含钙产物与富集的气态氢产物分离，和(d)在蒸汽存在下，在CO2存在下，在合成气的存在下，在H2和O2的存在下，在部分真空下，以及它们的组合下，通过煅烧固相含钙产物使CaO再生。CaO可具有至少12.0m2/g的表面积和至少0.015cm3/g的孔体积，CaO具有每千克CaO至少约70克CO2的吸附能力。
US 2010/0239924描述了具有阳极废气的部分再循环的燃料电池系统。该文件仅提及固体氧化物燃料电池系统和一些再循环系统，但并未涉及在氧侧包含CO2的流中生产O2。此外，固体氧化物燃料电池的阳极指的是燃料电极，即通常包含金属Ni的电极。
US 9.637.393教导了一种钙循环系统，其中包括煅烧炉。CaCO3晶体聚集体反应重新形成氧化钙，该氧化钙用于该过程的前一个步骤，并通过反应CaCO3(s)-＞CaO(s)+CO2(g)释放出含有CO2的气流。
该反应发生在大约900℃，需要热能作为输入，并在通常称为煅烧炉的单元中进行。热量可以通过烃的燃烧，例如天然气、燃料油、煤或生物质，或通过使用太阳能、电力或它们的组合来提供给煅烧炉。所用的煅烧炉可以是回转窑、竖窑、闪蒸煅烧炉或流化床煅烧炉。当燃料流与气流中的氧气燃烧时提供必要的热量，气流可能由空气或来自ASU的氧气组成。
属于申请人的US 9.284.651公开了一种用于通过在固体氧化物电解池堆中电解CO2并随后使用气体分离单元来生产高纯度CO的设备。
同样属于申请人的WO 2014/154253教导了在阳极侧使用不同的冲洗气体的可能性。具体而言，它公开了一种在SOEC堆中由CO2生产CO的方法。CO2通过施加的电流被引导到堆的燃料侧，多余的氧气被输送到堆的氧气侧，任选使用空气或氮气来冲洗氧气侧。来自SOEC堆的产物流(含有与CO2混合的CO)经受分离。
关于属于申请人的上述文件，已经表明可以在SOEC的氧侧使用CO2。然而，在这些文件中，在阳极侧使用CO2代替空气的原因是为了避免N2通过SOEC电解质中不可避免存在的小缺陷和针孔泄漏到电解池的燃料(阴极)侧。如果SOEC的目标是在产物侧生产高纯度CO，则N2泄漏是不可取的，因为一旦存在，从CO气体中去除N2既困难又昂贵。在本发明中，想法是故意将包含CO2的气体用作阳极侧进料气体以获得CO2和O2的混合物，以在下游用于氧煅烧炉或其他耗氧过程中。
SOEC或SOEC堆可在阴极侧由H2O产生H2和/或由CO2产生CO。这意味着任何需要H2和/或CO的过程都可以将SOEC用于这些目的。通过本发明，现在还可以更容易地利用在SOEC阳极侧产生的氧气。这反过来又意味着SOEC现在可以更好地整合到需要H2和/或CO和O2/CO2混合物的各种工艺或系统中。这种不同工艺的例子包括生物质气化和氧燃料(非化石燃料)工艺等。在CO2的各种上游排放源中，例如水泥和钢铁厂，现在可以在本发明的帮助下再循环CO2以获得CO和O2/CO2混合物。重要的是，来自离开气化器(例如燃氧)的富含CO2气体的逸出流可用作SOEC的阳极侧进料流。
根据本发明的一个方面，提供了一种设备，其包括具有阳极侧(17A)和阴极侧(17C)的固体氧化物电解池(17)，其中电解池的阳极侧(17A)与选自氧燃烧单元或氧煅烧单元的耗氧单元(10,20)流体连接，并且所述电解池的阴极侧与氢和/或一氧化碳消耗单元(18)流体连接，并且其中所述设备被配置为操作前述权利要求任一项所述的方法。氧燃烧单元是包括用于进行氧燃烧过程的相关硬件的单元，例如前面提到的氧燃烧过程。氧煅烧单元是包括用于进行氧煅烧过程(例如前面提到的氧煅烧过程)的相关硬件的单元。
在本文中，“流体连接”是指在运行和停止运行时确保自由流体通道，除非采取或已经采取主动行动来关闭连接。可以存在被配置为控制或分流流向耗氧单元和/或流向氢和/或一氧化碳消耗单元的气流的控制装置。
根据本发明的一个实施方案，该设备的耗氧单元可以是氧煅烧单元，并且氢和/或一氧化碳消耗单元可以是一个相同的氧煅烧单元。
根据本发明的一个实施方案，该设备包括控制装置，该控制装置被配置为控制从固体氧化物电解池的阳极侧到耗氧单元的流动。这种控制装置包括用于减少或分流气流的阀或其他硬件。
根据本发明的一个实施方案，该设备包括控制装置，该控制装置被配置为控制从固体氧化物电解池的阴极侧到氢和/或一氧化碳消耗单元的流动。这种控制装置包括用于减少或分流气流的阀或其他硬件。
在以下实施例中更详细地描述了本发明。
实施例1(比较例)
在图1中，呈现了根据现有技术水平的方法(1)，其中富氧气体(104)进料到氧煅烧炉(10)且富氧气体(104)源自低温空气分离装置(11)。更具体地，将空气流(101)进料到低温空气分离单元(11)并由此分离成富氧气流(102)和缺氧气流(103)。使用预热器(12)将气流(102)预热(例如到大约650℃)，然后将预热的气流(104)进料到氧煅烧炉(10)。同时，将燃料流(105)进料到氧煅烧炉(10)，并且任选地预热该流(未显示)。使用第二预热器(13)将包含碳酸钙的固体材料流(106)预热(例如到大约650℃)，并且将预热的固体材料流(107)进料到氧煅烧炉(10)。燃料(105)与富氧气流(104)中的氧气反应，放热燃烧反应将氧煅烧炉(10)中的温度升高到900℃左右，这导致固体材料(107)中的碳酸钙在氧煅烧炉(10)中分解成氧化钙和二氧化碳。用于该目的的合适的氧煅烧炉设计是循环流化床(CFB)煅烧炉。将来自氧煅烧炉的输出流(108)(包含氧化钙、二氧化碳和蒸汽)进料到第一分离器(14)，例如旋风分离器，在此将流分离成包含氧化钙的流(109)和包含二氧化碳和蒸汽的流(110)。将流(110)进一步进料至第二分离器(15)，例如水分离容器，在其中流(110)被分离成包含H2O的流(111)和包含二氧化碳的流(112)。
假设富氧流(102,104)中的氧含量约为95％，具有每小时可煅烧300吨碳酸钙的容量的氧煅烧炉需要每小时约13吨甲烷或天然气作为燃料和每小时约60吨富氧气体作为氧化剂。源自空气分离单元(11)的富氧流(102,104)中的主要杂质是氮。富氧流(102)中所需的氧含量越高，空气分离单元(11)的效率越低。来自300吨/小时氧煅烧炉的输出流例如是流速为165吨/小时的包含氧化钙的流(109)，流速为30吨/小时的包含H2O的流(111)和流速约为170吨/小时的包含二氧化碳的流(112)。包含二氧化碳的流(112)的组成例如为97％CO2、1％O2、1.5％N2和0.01％H2O。尽管预热器(12,13)和分离器单元(14,15)在图1中显示为单独的单元，但预热和分离可以在结合了预热器功能和分离器功能的单元，例如固气旋风分离器中进行。例如，富氧流(102)的预热可以在来自氧煅烧炉的氧化钙产物的存在下在旋风分离器中进行。
实施例2
在图2中，呈现了根据本发明的方法的优选实施方案(2)，其中将富氧气体(206)进料到氧煅烧炉(10)中，富氧气体(206)通过用包含CO2的进料气体(205)冲洗至少一个运行中的固体氧化物电解池(17)的阳极(氧)侧(17A)而获得，并且其中至少部分包含一氧化碳和/或氢气的第一阴极侧产物气体(203)被供应至氢和/或一氧化碳消耗过程(18)。更具体地，使用阴极侧预热器(16)预热包含水或蒸汽或CO2或它们的混合物的第一阴极侧进料流(201)，并且此后将经预热的第一阴极侧进料流(202)供给至至少一个固体氧化物电解池(17)的阴极侧(17C)。
同时，使用阳极侧预热器(19)对包含二氧化碳的第一阳极侧进料气体(204)进行预热，并将经预热的第一阳极侧进料气体(205)供给至固体氧化物电解池的阳极(氧)侧(17A)。将外部电压施加到固体氧化物电解池(17)，从而为将第一阴极侧进料流(202)中的至少部分二氧化碳和/或蒸汽电化学还原成一氧化碳和/或氢气提供驱动力，从而形成富含氢气、一氧化碳或它们的混合物的第一阴极侧产物气体(203)。将部分(未显示)或全部第一阴极侧产物气体(203)供应至氢和/或一氧化碳消耗过程(18)，例如甲醇生产过程，氨生产过程，加氢处理过程，甲烷化过程，氢化过程，羰基化过程，氢甲酰化(羰基合成)过程或氧化羰基化过程。外部施加的电压驱动固体氧化物电解池的阳极侧(17A)上的电化学氧化反应，由此氧离子(O2 -)被转化为分子氧(O2)。电化学产生的O2与经预热的包含二氧化碳的第一阳极侧进料气体(205)混合，从而形成具有低氮含量的第一阳极侧产物气体，富氧气体(206)。固体氧化物电解池(17)的操作温度通常在600℃至1000℃之间，优选在600℃至900℃之间、700℃至850℃之间。由于固体氧化物电解池的高操作温度，富氧流(206)在被送入氧煅烧炉(10)之前不需要进一步加热，而是可以通过热交换器(未示出)。进一步理解的是，其他上述流可以通过热交换器以实现更好的热整合。
同时，将燃料流(105)进料到氧煅烧炉(10)并且任选地预热该流(未显示)。使用预热器(13)例如固气旋风分离器将包含碳酸钙的固体材料流(106)预热(例如至约650℃)，并使用经预热的固体材料流(107)被送入氧煅烧炉(10)。燃料(105)与富氧流(206)中的氧气反应，放热燃烧反应将氧煅烧炉(10)中的温度升高到大约900℃，这导致固体材料中的碳酸钙(107)在氧煅烧炉(10)中分解成氧化钙和二氧化碳。来自氧煅烧炉的输出流(108)(包含氧化钙、二氧化碳和蒸汽)被送入第一分离器(14)，例如旋风分离器，在此将流分离成包含氧化钙的流(109)和包含二氧化碳和蒸汽的流(110)。将流(110)进一步进料到另一个分离器(15)，例如水分离容器，在其中流被分离成包含H2O的流(111)和包含二氧化碳的流(112)。
假设富氧流(206)中的氧含量为95体积％，余量为CO2，具有每小时可煅烧300吨碳酸钙的容量的氧煅烧炉需要每小时约13吨甲烷或天然气作为燃料和每小时约61吨富氧气体作为氧化剂。第一阳极侧进料流(204)的所需流速取决于富氧流(206)中所需的氧含量。为了将61吨包含95体积％在CO2中的O2的富氧气体(206)进料到氧煅烧炉，必须向电解单元(17)的阳极侧(17A)供应大约4吨CO2。固体氧化物电解池(17)产生的氧气量由法拉第定律确定：为了每小时生产57吨氧气，所需的通过电解单元的电流约为191000000A。通常，固体氧化物电解池的电流范围为0.5A/cm2至1A/cm2。因此，在上述条件下，电解单元(17)所需的电极面积介于19100m2至38200m2之间。当纯水或蒸汽用作电解池的第一阴极侧进料流(201)时，这样的电解单元将在电解池的阴极侧产生每小时约7吨氢气；或，当纯CO2用作电解池的第一阴极侧进料流(201)时，这样的电解单元将在电解池的阴极侧产生每小时约100吨CO。当电解单元(17)在接近热中性电压的情况下运行时，系统效率最高。
富氧气流(206)的氮含量由第一阳极侧进料气流(204)中的氮含量确定。例如，如果第一阳极侧进料气流(204)具有1体积％的氮含量，并且富氧流(206)中所需的氧含量为95体积％，则所得富氧气流(206)中氮含量约为0.05体积％。
实施例3
在图3中，呈现了根据本发明的方法的优选实施方案(3)，其中将富氧气体(312)进料到氧煅烧炉(10)中，富氧气体(312)通过用包含CO2的阳极侧进料气体(308，309)冲洗至少一个固体氧化物电解池-固体氧化物电解池(17)的阳极(氧)侧(17A)而获得，并且其中至少部分富含一氧化碳和/或氢气的第一阴极侧产物气体(304,305)被供应到氢和/或一氧化碳消耗过程(18)，其中固体氧化物电解池(17)的一部分或全部产物气流(304,310)被再循环回到电解池。更具体地，使用阴极侧预热器(16)预热包含水或蒸汽或CO2或它们的混合物的第一阴极侧进料流(301)。经预热的第一阴极侧进料流(302)任选地与第一阴极侧再循环流(306)混合，从而获得第二阴极侧进料流(303)，将其进料至至少一个固体氧化物电解池(17)的阴极侧(17C)。将外部电压施加到固体氧化物电解池(17)，从而为将第二阴极侧进料流(303)中的至少部分二氧化碳和/或蒸汽电化学还原为一氧化碳和/或氢气提供驱动力，从而形成富含氢气、一氧化碳或它们的混合物的第一阴极侧产物气体(304)。任选地，部分第一阴极侧产物气体(304)作为第一阴极侧再循环流(306)再循环回电化学电池(17)。第一阴极侧产物气体(305)的剩余部分被供应至氢和/或一氧化碳消耗过程(18)。尽管在图3中未具体示出，但将第一阴极侧产物气体(304)分流成流(305)和(306)可以在分离单元中进行，例如变压吸附器或变温吸附器或分离膜。可以包括额外的鼓风机或压缩机以增加流(304)的压力。
同时，使用阳极侧预热器(19)预热包含二氧化碳的第一阳极侧进料流(307)。经预热的第一阳极侧进料流(308)任选地与第一阳极侧再循环流(311)混合，从而获得第二阳极侧进料流(309)，将其进料到至少一个固体氧化物电解池(17)的阳极侧(17C)。外部施加的电压驱动固体氧化物电解池的阳极侧(17A)上的电化学氧化反应，由此将氧离子(O2 -)转化为分子氧(O2)。电化学产生的O2与包含二氧化碳的第二阳极侧进料气(309)混合，从而形成具有低氮含量的第一阳极侧产物气体(310)。任选地，富含氧的部分第一阳极侧产物气体(310)作为第一阳极侧再循环流(311)再循环回电化学电解池(17)。第一阳极侧产物气体的剩余部分，即富氧气体(312)，是氧煅烧炉+SOEC，其中从烟道气再循环到SOEC的CO2被送入氧煅烧炉(10)。尽管在图3中没有具体显示，第一阳极侧产物气体(310)分流成流(311)和(312)，其可以在分离单元中进行，例如变压吸附器或变温吸附器或分离膜。可以包括额外的鼓风机或压缩机以增加流(310)的压力。由于固体氧化物电解池的高的操作温度，富氧流(312)不需要进一步加热，而是可以通过热交换器(未示出)。还应理解，其他上述流可通过热交换器或额外的预热器以实现更好的热整合。
实施例4
在图4中，呈现了根据本发明的方法的优选实施方案(4)，其中将富氧气体(312)进料到氧燃料燃烧室(20)，富氧气体(312)通过用包含CO2的阳极侧进料气体(308,309)冲洗至少一个固体氧化物电解池(17)的阳极(氧)侧(17A)而获得，并且其中至少部分富含一氧化碳和/或氢气的第一阴极侧产物气体(304,305)被供应到氢和/或一氧化碳消耗过程(18)，其中一部分或全部来自固体氧化物电解池的输出气流被再循环回到电解池，如实施例3中所述。有利地，第一阳极侧产物气体(310,312)中的氧含量在20体积％至40体积％之间，例如35体积％，以匹配空气的热容量并获得与空气吹制窑(air-blown kiln)中的火焰温度相似的火焰温度。可以理解，上述流可以通过热交换器或附加的预热器以实现更好的热整合。为此目的，合适的氧燃料燃烧室设计是粉状燃料窑或循环流化床(CFB)窑。同时，固体燃料流(401)，包括例如煤、木材或生物质，可任选地使用预热器(21)预热，从而获得经预热的固体燃料流(402)。将经预热的固体燃料流(402)进料到氧燃料燃烧室(20)。在燃烧室(20)中，固体燃料(402)与富氧气流(312)中的氧气发生反应，并且放热燃烧反应将燃烧器附近(距燃烧器1至4米)的火焰温度升高到1100℃以上且高达1900℃。
将包含固体燃烧残余物、二氧化碳和蒸汽的来自氧燃料燃烧室(20)的输出流(403)进料到第一分离器(22)，例如旋风分离器，其中将流分离成包含固体燃烧残余物(404)和包含二氧化碳和蒸汽的流(405)。将流(405)进一步进料至第二分离器(23)，例如水分离容器，在其中将流分离成包含H2O的流(406)和包含二氧化碳的流(407)。可能需要进一步的分离步骤并且其是本领域技术人员已知的。
假设富氧流(312)中的氧含量为35体积％，余量为CO2和过量5％的氧，0.21MW中试规模的煤氧燃烧单元需要每小时31公斤的固体燃料(煤)流(401)和每小时233公斤的富氧流(312)。与空气吹制窑相比，来自氧燃料燃烧室(20)的输出流(403)包含更少的氮氧化物(NOx)。NOx浓度随火焰温度变化，因此当使用具有较高氧含量的富氧流(312)时会增加。固体燃料流(401,402)中的氮含量也影响流(403)中的NOx浓度。
实施例5
在图5中，呈现了根据本发明的方法的另一个优选实施方案(5)，其中将富氧气体(206)进料到氧煅烧炉(10)中，富氧气体(206)通过用包含CO2的第一阳极侧进料气体(205)冲洗至少一个固体氧化物电解池(17)的阳极(氧)侧(17A)而获得，其中至少部分含有一氧化碳和/或氢气的气体(203)被供应至氢和/或一氧化碳消耗过程(18)，其中将包含二氧化碳的烟道气流(503)再循环，即，其中进料至电解单元的一种或两种进料气流(201，204)的至少一部分包括至少部分含二氧化碳的烟道气流(503)。具体地，包含二氧化碳的烟道气流(501)被分流成两个相等或不相等的部分，其中包含二氧化碳的流的第一部分(502)被引出过程，而包含二氧化碳的流的第二部分(503)用于向电解堆供应进料气。更具体地，流(503)被分成两个相等或不相等的部分(504,505)，其中流(504)任选地与包含水或蒸汽或CO2或它们的混合物的补充阴极侧进料流(506)混合，从而获得第一阴极侧进料流(201)。流(505)任选地与包含CO2的补充阳极侧进料流(507)混合，从而获得第一阳极侧进料气(204)。在根据本发明的方法的一个实施方案中，补充气流(506)包括蒸汽并且CO2含量低。应当理解，可以将包含二氧化碳的流(503)供应到固体氧化物电解池(17)的任一侧或两侧。
实施例6
在图6中，呈现了根据本发明的方法的另一个优选实施方案(6)，其中将富氧气体(206)进料到氧煅烧炉(10)中，富氧气体(206)通过用包含CO2的进料气体(205)冲洗至少一个固体氧化物电解池(17)的阳极(氧)侧(17A)而获得，并且其中至少部分包含一氧化碳和/或氢气的第一阴极侧产物气体(203)被供应至氢和/或一氧化碳消耗过程(18)，并且其中同时将部分含有一氧化碳和/或氢气的第一阴极侧产物气体(203)作为燃料流(602)提供给氧煅烧炉(10)。更具体地说，第一阴极侧产物气体(203)被分流成两个相等或不相等的部分(601,602)。将流(601)供应给氢和/或一氧化碳消耗过程(18)，而流(602)用作氧煅烧炉(10)中的燃料。富含氢和/或一氧化碳的流(602)可以与额外的燃料(603)混合，例如甲烷、天然气、氢气、一氧化碳等，从而获得混合燃料流(604)，其被送入氧煅烧炉(10)。应当理解，部分流(203,206)可以再循环回到固体氧化物电解池的相应侧，如实施例3和4中所述并且未在图6中明确示出。
实施例7
在图7中，呈现了根据本发明的方法的优选实施方案(7)，其中将富氧气体(703)进料到氧燃料燃烧室(20)，其中富氧气体(703)是通过混合(以相等或不相等的部分)以下气流获得的：富含氧气的第一阳极侧产物气体(312)，其通过用包含CO2的阳极侧进料气体(308,309)冲洗至少一个固体氧化物电解池(17)的阳极(氧)侧(17A)而获得；和烟道气流(701)，其通过将包含CO2的烟道气流(407)分成两个相等或不相等的部分(701,702)而获得。流(702)被引出系统，而流(701)被再循环，如上所述。有利地，第一阳极侧产物气体(310,312)中的氧含量在90体积％至100体积％之间，例如95体积％，以最小化通过固体氧化物电解池的阳极室的总气体流速。有利地，富氧气体(703)中的氧含量在20体积％至40体积％之间，例如35体积％，以匹配空气的热容量并获得与空气吹制窑中的火焰温度相似的火焰温度。
实施例8
两个相同的固体氧化物电解池堆，每个包括75个电池，总有效面积约为8250cm2，在电解模式下运行120小时(图8)。将包含≥99.9％CO2的第一阴极侧进料流(301)与包含CO和CO2的第一阴极侧再循环流(306)混合，从而获得第二阴极侧进料流(303)。在800℃的温度下，将第二阴极侧进料流(303)同时引入到两个堆的阴极侧隔室中(图8a)。电解电流通过两个堆，导致阴极侧进料流中的一部分CO2电化学转化为CO，从而使离开堆的第一阴极侧产物流(304)富集CO。离开堆的流(304)的温度为751-753℃。气体被压缩并送入变压吸附器单元。来自变压吸附器单元的富含CO的出口流(305)被收集作为产物用于例如光气设备，同时将来自变压吸附器单元的贫CO出口流(306)与第一阴极侧进料流(301)混合，如上所述。将包含≥99.9％CO2的第一阳极侧进料流(204)预热至785℃，并将所得经预热的第一阳极侧进料流(205)进料至两个堆的阳极侧。由于电解电流通过堆，在堆中电解池的阳极侧电化学生成气态O2，从而获得富含氧的第一阳极侧产物气体(206)。第一阳极侧产物气体(206)包含CO2和O2并且氮含量显著低。没有测量精确的氮含量，但估计低于50ppm。在实验期间，离开堆的第一阳极侧产物气体(206)的温度为791-793℃。维持大约45A的电解电流所需的堆电压在97V至103V之间(图8b)。令人惊讶的是，在使用包含≥99.9％CO2的阳极侧流操作固体氧化物电解池时，没有观察到显著的性能下降。
Claims (19)
1.一种用于向耗氧过程(10,20)供应富氧气体(206,312,703)的方法，其中提供具有阴极侧和阳极侧的至少一个操作的固体氧化物电解池，以及
a)向至少一个固体氧化物电解池(17)的阴极侧(17C)供应包含蒸汽或CO2或它们的混合物的阴极侧进料气流(202,303)，
b)在所述固体氧化物电解池中电化学还原所述阴极侧进料气流(202,303)的至少一部分，从而形成富含氢气、一氧化碳或它们的混合物的阴极侧产物气流(203,304)，
c)将所述阴极侧产物气流(203,304)的至少一部分供应至氢和/或一氧化碳消耗过程(18)，
d)向所述固体氧化物电解池(17)的阳极侧(17A)供应包含CO2的阳极侧进料气流(205,309)；以及
e)在所述固体氧化物电解池的阳极侧电化学产生氧，从而形成富含氧的阳极侧产物气流(206,310)，其中
-将包含富含氧的阳极侧产物气流(206)的至少一部分的富氧气体进料至所述耗氧过程，
-所述富氧气体具有低的氮含量，所述氮含量低于10体积％，和
-离开所述固体氧化物电解池的富氧气体具有600℃至1000℃的温度；以及
-所述耗氧过程是氧燃烧过程或氧煅烧过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其中离开所述至少一个固体氧化物电解池的富氧气体的温度为600℃至900℃，优选700℃至850℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述至少一个固体氧化物电解池的阴极侧上电化学产生氢或一氧化碳或氢和一氧化碳的混合物，并且在所述至少一个固体氧化物电解池的阳极侧以2:1的(H2+CO)：O2摩尔比电化学产生氧。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述耗氧过程是氧燃烧。
5.根据权利要求4所述的方法，其中富含氧的阳极侧产物气体(206,310)具有的氧含量为0＜[O2]≤100％，优选10％至60％，更优选20％至40％。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述耗氧过程是氧煅烧过程。
7.根据权利要求6所述的方法，其中富含氧的阳极侧产物气体(206,310)具有的氧含量为0＜[O2]≤100％，优选80％-100％，更优选95％-100％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述阳极侧产物气体(206,310)的至少一部分被再循环并用作所述阳极侧进料气体(205,309)的至少一部分。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述阴极侧产物气体(203,304)的至少一部分被再循环并用作所述阴极侧进料流(202,303)的至少一部分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从所述氧燃烧过程或所述氧煅烧过程获得的烟道气流(112,407,503,702)包含二氧化碳，并且被再循环并用作进料到所述固体氧化物电解池的阴极侧进料流(202,303)和/或阳极侧进料气体(205,309)的至少一部分。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氢和/或一氧化碳消耗过程(18)包括甲醇生产过程、氨生产过程、加氢处理过程、甲烷化过程、氢化过程、羰基化过程、氢甲酰化(羰基合成)过程或氧化羰基化过程。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述阴极侧进料流(201,301,506)包含CO2，并且所述阴极侧进料气流(201,301,506)和/或所述阳极侧进料气流(204,307,507)中的CO2的至少一部分源自以下中的一个或多个：
冶金过程；水泥生产；碳捕获过程；直接空气捕获过程和基于碳的燃料燃烧过程，包括非化石燃料的燃烧；或在一个或多个流中产生CO2的其他过程。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述富氧流(206,312,703)中的氮含量小于1％。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述富氧流(206,312,703)中的氮含量小于0.1％。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述固体氧化物电解池是在热中性电压或在所述热中性电压±0.2V/电池下操作。
16.一种设备，其包括具有阳极侧(17A)和阴极侧(17C)的固体氧化物电解池(17)，其中电解池的阳极侧(17A)与选自氧燃烧单元或氧煅烧单元的耗氧单元(10,20)流体连接，并且电解池的阴极侧与氢和/或一氧化碳消耗单元(18)流体连接，并且其中所述设备被配置为操作前述权利要求任一项所述的方法。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述耗氧单元是氧煅烧单元，并且所述氢和/或一氧化碳消耗单元是一个相同的氧煅烧单元。
18.根据权利要求16或17所述的设备，其中所述设备包括控制装置，所述控制装置被配置为控制从所述固体氧化物电解池的阳极侧到所述耗氧单元的流动。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的设备，其中所述设备包括控制装置，所述控制装置被配置为控制从所述固体氧化物电解池的阴极侧到所述氢和/或一氧化碳消耗单元的流动。
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