[发明专利]生产包含一氧化碳和氢气的合成气

说明书

本发明涉及一种生产包含一氧化碳和氢气的合成气的方法，包括：a)提供包含甲烷和二氧化碳的原料气体，b)将原料气体转化为包含二氧化碳和水蒸气的中间产物气体，以及c)通过电解将步骤b)中得到的中间产物气体转化为包含一氧化碳和氢气的合成气。通过所述方法和所述设备(1)，可以特别高效地从沼气中获得包含一氧化碳和氢气的合成气。为此，将燃料电池(2)中沼气的转化与电解池(8)中的共电解相耦合。

本发明涉及一种用于生产包含一氧化碳和氢气的合成气的方法和设备。

包含一氧化碳和氢气的合成气含有碳、氧和氢元素，这些元素是生产重要有机化学品所必需的。因此，这种合成气适用于许多石化工艺，例如用于生产合成燃料、天然气、甲醇或甲醛。因此，这种合成气适合替代化石原料。这可以为能源转型做出重要贡献。特别地，合成燃料可用于以环境友好的方式驱动机动车辆，而无需对机动车辆的设计进行大量改变。

因此需要生产包含一氧化碳和氢气的合成气。现有技术已知用于生产合成气的方法。特别地，当通过电解提供能量时，合成气可以由气态二氧化碳和水蒸气获得。这个过程被称为“共电解”。这是“Power-to-X”概念的一部分，其中化学物质(“X”)是从能量(“Power”)中获得的。通过使用破坏气候的二氧化碳作为起始材料并使用可再生能源，这一概念能够有助于减少全球变暖。

通过共电解生产合成气的已知方法效率低，特别是由于这些方法必须蒸发水。

以此为出发点，本发明出于至少部分克服现有技术已知问题的目的，特别地，提出了一种用于生产包含一氧化碳和氢气的合成气的方法和设备，使用该方法和设备可以提高效率。

这些目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的其他有利实施方式在从属权利要求中详细说明。在从属权利要求中单独列出的特征可以以技术上有意义的方式彼此组合并且可以定义为本发明的又一些实施方式。此外，在说明书中更详细地描述和解释了权利要求中指定的特征，由此显示了本发明的其他优选实施方式。

根据本发明，提出了一种用于生产包含一氧化碳和氢气的合成气的方法。该方法包括：

a)提供包含甲烷和二氧化碳的原料气体，

b)将原料气体转化为包含二氧化碳和水蒸气的中间产物气体，以及

c)通过电解将步骤b)中得到的中间产物气体转化为包含一氧化碳和氢气的合成气。

可以通过所述方法生产含有一氧化碳和氢气的合成气。这种合成气适用于许多石化工艺，例如用于生产合成燃料、天然气、甲醇或甲醛。所述方法是“Power-to-X”概念的一部分。

在所述方法中，合成气通过电解(步骤c)由二氧化碳和水蒸气获得。在所述方法中，用于电解的起始材料(二氧化碳和水蒸气)作为中间产物由包含甲烷和二氧化碳的原料气体形成(步骤b)。

在所述方法中，两个化学过程相互结合：一方面，中间产物气体从原料气体中获得(步骤b)。另一方面，合成气由中间产物气体生产得到(步骤c)。由于第一个过程的产物(包含二氧化碳和水蒸气的中间产物气体)用作第二个过程的起始材料，使得这两个过程相互结合。由此可以实现特别高的效率，特别是因为中间产物气体包含水蒸气。因此不必为电解而蒸发水。

所述方法的步骤b)和c)优选在700至900℃范围内的温度下进行。为此，优选在步骤a)中在该温度下提供原料气体，或者将原料气体加热或冷却至该温度。在实施步骤b)和c)期间，温度优选保持在750至850℃的范围内。

在步骤a)中，提供原料气体。原料气包含甲烷和二氧化碳。此外，原料气体可包含其他组分，例如水蒸气。原料气优选具有至少30％，特别是至少50％的甲烷含量。原料气优选具有至少15％，特别是至少30％的二氧化碳含量。优选具有至少50％的甲烷含量和至少30％的二氧化碳含量的原料气体的组合。