燃料電池反應(yīng)器和將含烴氣體直接轉(zhuǎn)化為更高級烴產(chǎn)物的方法
【專利摘要】一種燃料電池反應(yīng)器，優(yōu)選固體氧化物燃料電池(SOFC)反應(yīng)器，用于進(jìn)行將含烴氣體直接轉(zhuǎn)化為更高級烴產(chǎn)物，該反應(yīng)器是由壁限定，其中反應(yīng)物在陽極隔室中流動且空氣被引入至陰極隔室，并且其中氧氣從所述壁的一側(cè)轉(zhuǎn)移至另一側(cè)以促進(jìn)或避免化學(xué)反應(yīng)。將含烴氣體直接轉(zhuǎn)化為更高級烴產(chǎn)物的方法在所述反應(yīng)器的陽極隔室中進(jìn)行，其中將所述轉(zhuǎn)化限制于平衡的所產(chǎn)生的氫氣與從陰極隔室轉(zhuǎn)移的氧離子原位反應(yīng)以產(chǎn)生蒸汽，從而將所述限制平衡的氫氣從所述反應(yīng)中除去。
【專利說明】燃料電池反應(yīng)器和將含烴氣體直接轉(zhuǎn)化為更高級烴產(chǎn)物的 方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種新的燃料電池反應(yīng)器，和一種將含烴氣體直接轉(zhuǎn)化為更高級烴產(chǎn) 物的新方法，所述方法在所述反應(yīng)器的陽極隔室中進(jìn)行。
[0002] 在一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明涉及一種用于將天然氣直接轉(zhuǎn)化為芳族化合 物、特別是單環(huán)芳族烴的新方法。
[0003] 更高級的烴產(chǎn)物，特別是芳族烴如苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、二甲苯和萘，構(gòu)成化學(xué) 工業(yè)中的重要中間體，且對這些產(chǎn)物的需求持續(xù)上升。通常，它們是通過催化重整由石腦油 獲得，而石腦油是從礦物油獲得的。最近的研究表明，相比于天然氣儲層，全球礦物油儲層 更有限。因此，由可由含烴氣體如天然氣獲得的反應(yīng)物制備芳族烴，是現(xiàn)在也在經(jīng)濟(jì)上受到 關(guān)注的替代方案。天然氣的主要組分通常為甲烷。
[0004] 圖1中方塊圖上概述的方法正由許多研究機(jī)構(gòu)和研究中心進(jìn)行調(diào)查。在該方法中， 在常規(guī)反應(yīng)器中將天然氣或甲烷轉(zhuǎn)化為芳族化合物，特別是苯。熱可以供應(yīng)到反應(yīng)區(qū)中。在 分離單元中分離由產(chǎn)物和未經(jīng)轉(zhuǎn)化的反應(yīng)前體組成的流出物，其中可冷凝產(chǎn)物如苯被冷凝 下來，且非可冷凝化合物在已從其中部分或完全除去氫氣之后被再循環(huán)回至反應(yīng)器。
[0005] 上述方法的替代方法為，如圖2中所示，從反應(yīng)器原位除去氫氣。將高溫膜用于從 反應(yīng)器選擇性且連續(xù)地分離氫氣。這將通過使平衡反應(yīng)向右移位來提高芳烴產(chǎn)生：
[0006]
[0007] 在兩種方法中，使用HZSM5上的W或HZSM5上的Ru~Mo作為催化劑將甲烷轉(zhuǎn)化為苯。 氫氣是該平衡反應(yīng)的副產(chǎn)物，其在熱力學(xué)上限制甲烷轉(zhuǎn)化。
[0008] 將甲烷轉(zhuǎn)化成芳族烴的許多方法是已知的。因此，US 7968759描述了一種由甲烷 生產(chǎn)芳族烴的方法，其中將含甲烷的進(jìn)料供給到含有催化材料的一個或多個反應(yīng)區(qū)，所述 反應(yīng)區(qū)在有效地將至少一部分甲烷轉(zhuǎn)化為芳族烴的反應(yīng)條件下操作。所述反應(yīng)區(qū)（一個或 多個)在逆向溫度分布下操作。
[0009] US 4642403公開了一種用于生產(chǎn)芳族烴的方法，所述方法包括使含有至少10重 量％的02烴、優(yōu)選至少50重量％的02烴的烴原料，在500至750 °C的溫度下與氣相的催化劑 組合物接觸。所述催化劑組合物包含：（i)裝載有作為鎵化合物和/或鎵離子的鎵并具有至 少5:1的二氧化硅與氧化鋁摩爾比的鋁硅酸鹽，和（i i)選自銠和鉑的第VIII族金屬。所述裝 載有鎵的鋁硅酸鹽優(yōu)選是MFI或MEL型沸石。
[0010] 由US 4350835可知，可通過鎵活化的沸石將乙烷轉(zhuǎn)化為芳族烴。更具體地，提供了 一種將含乙烷的氣態(tài)原料轉(zhuǎn)化為液體芳族烴的催化方法，其通過在不加入空氣或氧氣的情 況下在轉(zhuǎn)化條件下使所述氣態(tài)進(jìn)料與具有引入其中的微量鎵的結(jié)晶沸石催化劑接觸，從而 將所述原料中的乙烷轉(zhuǎn)化為芳族烴并回收苯、甲苯和二甲苯的液體混合物。所述結(jié)晶沸石 選自ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12、ZSM-35和ZSM-38，且所述沸石優(yōu)選為酸形式。
[0011] 根據(jù)US 6552243,呈現(xiàn)MFI晶體結(jié)構(gòu)且具有約50:1的二氧化硅與氧化鋁比率的裝 載有鉬的結(jié)晶鋁硅酸鹽分子篩可用于使烴進(jìn)料流芳化。結(jié)晶鋁硅酸鹽優(yōu)選具有通過無定形 氧化硅層選擇性鈍化的外表面酸度。使甲烷芳化的方法包括單步驟或多步驟方法，其中使 包含至少甲烷的進(jìn)料流在烴轉(zhuǎn)化條件下與包含優(yōu)選的分子篩的催化劑組合物接觸，所述烴 轉(zhuǎn)化條件包括600°C至800°C的溫度、小于5個大氣壓的絕對壓力和Ο.Γ^ΙΓ1的重時空速 (WHSV)，其中結(jié)晶鋁硅酸鹽的外部表面酸度優(yōu)選被無定形二氧化硅層選擇性鈍化。C6+芳族 烴優(yōu)選通過中間體分離步驟從所述方法回收。
[0012] 最后，US 2011/0303550描述了將具有1至4個碳原子的脂族烴轉(zhuǎn)化為芳族烴的方 法，其包括以下步驟:a)在非氧化條件下在催化劑的存在下，將包含至少一種具有1至4個碳 原子的脂族烴的反應(yīng)物流轉(zhuǎn)化為包含芳族烴和氫氣的產(chǎn)物流;和b)通過氣密膜-電極組件 以電化學(xué)方式從該產(chǎn)物流除去至少一些在所述轉(zhuǎn)化中形成的氫氣，所述氣密膜-電極組件 具有至少一個選擇性質(zhì)子-傳導(dǎo)膜(proton-conducting membrane)且在該膜的每一側(cè)上具 有至少一種電極催化劑。通過該膜的滯留側(cè)上的陽極催化劑，將至少一些氫氣氧化為質(zhì)子， 且通過該膜之后，質(zhì)子在陰極催化劑上的滲透側(cè)上在施加電壓下部分被還原為氫氣，而部 分與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生水來產(chǎn)生電力，所述氧氣源自與該膜的滲透側(cè)接觸的含氧氣流。
[0013] 由脂族烴獲得芳族烴的一種可能反應(yīng)路線是非氧化脫氫芳化(DHAM)的路線。此 處，所述反應(yīng)是在非氧化條件下實現(xiàn)，特別是在排除氧氣的情況下實現(xiàn)。在DHAM中，進(jìn)行脂 族烴的脫氫和環(huán)化以產(chǎn)生對應(yīng)的芳族經(jīng)，其中釋放氫氣。以此方式，由6mol甲烷形成lmol苯 和9mol氛氣。
[0014] 本發(fā)明是基于該反應(yīng)路線。更具體地，根據(jù)以下平衡反應(yīng)將甲烷轉(zhuǎn)化為苯和/或其 它芳族烴：
[0015]
[0016] 其中氫氣與從陰極隔室轉(zhuǎn)移的氧離子原位反應(yīng)以產(chǎn)生蒸汽。
[0017] 本發(fā)明和上述US 2011/0303550兩者都涉及通過克服熱力學(xué)平衡阻礙以增強轉(zhuǎn) 化，來由甲烷或輕烴氣體產(chǎn)生更高級烴的方法。這種情況是通過取出氫氣副產(chǎn)物而進(jìn)行的。 然而，本發(fā)明與US 2011/0303550之間存在根本差異。后者通過將氫原子氧化成質(zhì)子并通過 質(zhì)子(H+)膜將這些質(zhì)子轉(zhuǎn)移出反應(yīng)器而從反應(yīng)室除去氫氣。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在反 應(yīng)室內(nèi)部通過與經(jīng)由氧離子膜進(jìn)入反應(yīng)室的氧離子反應(yīng)而將氫氣氧化。在US 2011/ 0303550中，將電力施加至膜上以將H+離子轉(zhuǎn)移出反應(yīng)室，而在本發(fā)明的方法中，由膜產(chǎn)生 電力。
[0018]此外，在US 2011/0303550中，使從反應(yīng)室除去的氫氣在陰極隔室中與氧氣反應(yīng)， 而在本發(fā)明的方法中，通過氧氣與氫氣在陽極表面上的反應(yīng)而在反應(yīng)室內(nèi)部產(chǎn)生水。由于 這些差異，在US 2011/0303550中在反應(yīng)期間的總H/C比率下降，而在本發(fā)明的方法中總H/C 比率恒定。
[0019] 更具體地，本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行將含烴氣體直接轉(zhuǎn)化為更高級烴產(chǎn)物的燃料 電池反應(yīng)器，所述燃料電池反應(yīng)器是由壁限定，其中反應(yīng)物在陽極隔室中流動且將空氣引 入至陰極隔室，并且其中氧氣從該壁的一側(cè)轉(zhuǎn)移至另一側(cè)以促進(jìn)或避免化學(xué)反應(yīng)。此外，本 發(fā)明涉及在燃料電池反應(yīng)器的陽極隔室中將含烴氣體直接轉(zhuǎn)化為更高級烴產(chǎn)物的方法，其 中將使轉(zhuǎn)化限制于平衡的所產(chǎn)生的氫氣除去，或使所述氫氣與從陰極隔室轉(zhuǎn)移的氧離子原 位反應(yīng)以產(chǎn)生蒸汽，從而從該反應(yīng)除去所述限制平衡的氫氣。
[0020] 優(yōu)選所述燃料電池反應(yīng)器為固體氧化物燃料電池 (S0FC)反應(yīng)器。
[0021] 含烴氣體可以為含有甲烷的任何氣體，如天然氣、生物氣、合成天然氣或頁巖氣。 優(yōu)選其為天然氣。
[0022] 更高級烴產(chǎn)物可以是氣態(tài)或液體產(chǎn)物。
[0023] 優(yōu)選清潔該含甲烷的氣體以去掉雜質(zhì)如硫、氮和任何非烴物類?？梢赃M(jìn)一步處理 該經(jīng)清潔的氣體以除去或轉(zhuǎn)化除了甲烷之外的任何烴物質(zhì)，以產(chǎn)生用于該固體氧化物燃料 電池反應(yīng)器的富含甲烷進(jìn)料氣體。
[0024]烴處理單元優(yōu)選是預(yù)重整器，其在優(yōu)化的條件下操作，以用蒸汽將更高級烴即C2+ 轉(zhuǎn)化為氫或碳氧化物。
[0025]根據(jù)以下平衡反應(yīng)將富含甲烷氣體轉(zhuǎn)化為芳族產(chǎn)物：
[0026]
[0027] 其中氫氣與從陰極隔間轉(zhuǎn)移的氧離子原位反應(yīng)以產(chǎn)生蒸汽。
[0028] 優(yōu)選將燃料電池反應(yīng)器中的未轉(zhuǎn)化的進(jìn)料氣體分離并再循環(huán)回到反應(yīng)器中。
[0029] 可將轉(zhuǎn)化催化劑涂布在陽極表面上、裝載在陽極隔室中或兩者的組合。
[0030] 可以使用來自所述燃料電池反應(yīng)器流出物的含有氫氣的氣體的一部分來清潔和 處理所述原料烴進(jìn)料氣體。
[0031] 圖3中圖示了以mol%計的甲烷(CH4)相對于溫度的平衡轉(zhuǎn)化率。從所述曲線圖可 以看出，在低于1073K(800°C)的實際操作溫度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)化率限于約20%的最大值。
[0032]已經(jīng)令人意料不到地證明，通過采用平面或管狀燃料電池反應(yīng)器可以將甲烷至苯 的轉(zhuǎn)化提高為超出所述熱力學(xué)平衡極限，在所述燃料電池反應(yīng)器中消耗所產(chǎn)生的氫氣以產(chǎn) 生蒸汽和電，參見圖4。
[0033]為此而優(yōu)選的S0FC反應(yīng)器為特殊種類的S0FC，其中不需要陽極活性。由于這個原 因，可以消除陽極活性層，僅留下陰極、電解質(zhì)和可能的陽極支撐層。
[0034] 更具體地，用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的方法的反應(yīng)器為由燃料電池壁限定的反應(yīng)器， 其中反應(yīng)物在陽極隔室中流動且將空氣引入到陰極隔室，并且其中氧氣從該壁的一側(cè)轉(zhuǎn)移 至另一側(cè)以促進(jìn)或避免化學(xué)反應(yīng)。所述化學(xué)反應(yīng)優(yōu)選為非均相催化氣相反應(yīng)。
[0035] 在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中，燃料電池壁為在高溫下操作的任何類型的固體氧化物 燃料電池壁，并且其中催化化學(xué)反應(yīng)是在電池的陽極側(cè)上進(jìn)行，從而引起氧離子從陰極側(cè) (空氣側(cè))轉(zhuǎn)移并在陽極側(cè)(燃料側(cè))上與氫氣反應(yīng)。
[0036] 來自陰極側(cè)的氧氣被離子化并通過電解質(zhì)擴(kuò)散。在進(jìn)行甲烷至苯的轉(zhuǎn)化的陽極側(cè) 上，氫氣(作為副產(chǎn)物形成）與氧氣反應(yīng)形成蒸汽。從陽極表面釋放的電子經(jīng)由閉合電路被 傳送至陰極表面。
[0037] 當(dāng)出于本發(fā)明的目的而使用S0FC反應(yīng)器時，可以兩種可能的方式來設(shè)計反應(yīng)室：
[0038] (1)當(dāng)使用S0FC作為催化劑時，將甲烷至芳族烴的催化劑沉積在陽極表面上。該反 應(yīng)在陽極表面上進(jìn)行，其中連續(xù)地消耗氫氣。
[0039] (2)當(dāng)使用S0FC作為反應(yīng)器壁時，在具有S0FC壁的反應(yīng)器中填充丸劑或塊形式的 甲烷至芳族烴的催化劑。然后所產(chǎn)生的氫氣將在反應(yīng)器壁上轉(zhuǎn)化為蒸汽。
[0040] 設(shè)計（1)和(2)的組合也是可能的。
[0041] 圖5的方塊圖中展示根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性布局。S0FC反應(yīng)器產(chǎn)生芳族烴和 蒸汽。氫氣被消耗產(chǎn)生電力。將溫度為700-800 °C的空氣供給到S0FC壁的陰極側(cè)。分離單元 可以例如是冷凝單元。在液體沉降容器中分離水和芳族烴。未轉(zhuǎn)化的甲烷氣和氫氣被壓縮 并再循環(huán)回到反應(yīng)器入口。
[0042]圖6a為示出一種可能的S0FC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的示意圖。為簡單起見，示出雙通道反應(yīng) 器。天然氣通過通道1。這些通道裝載有用于將甲烷轉(zhuǎn)化成芳族烴的合適催化劑。該反應(yīng)通 道被限定在S0CF(4)的陽極表面和金屬互連件(3)之間。將纏結(jié)式金屬網(wǎng)路插入兩個表面之 間，從而允許電流橫跨通道。
[0043]將空氣吹入通道(2)。這些通道被限定在S0CF(4)的陽極表面和金屬互連件（3)之 間。這里也可提供合適的互連網(wǎng)路以使電流通過?；蛘?，波紋板可用作金屬互連件。
[0044]圖6b示出用于S0FC反應(yīng)器的一個模塊的可能配置的頂視圖。一個反應(yīng)器模塊被限 定在各由陰極層（1)、電解質(zhì)層(2)和陽極層(3)組成的兩個S0FC之間。將催化劑丸劑(4)裝 載在陽極隔室(6)中。使空氣流動通過陰極隔室(7)。兩個隔室通過導(dǎo)電互連件(5)分離。
[0045] 從反應(yīng)器的兩端收集電流。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的方法呈現(xiàn)了優(yōu)于已知方法的許多優(yōu)點。這些優(yōu)點如下：
[0047] -反應(yīng)器中的蒸汽產(chǎn)生將潛在地抑制或避免碳沉積；
[0048] -通過使反應(yīng)向芳族烴產(chǎn)生移動來獲得高甲烷轉(zhuǎn)化；
[0049] -與高溫膜相比，獲得了高氫氣除去率；
[0050] -可以使用簡單/便宜的芳族烴分離單元；
[0051] -將氫氣/氧氣反應(yīng)熱和歐姆損耗熱供應(yīng)至吸熱芳族烴合成反應(yīng);和
[0052] -產(chǎn)生電。
[0053]通過下列實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0054] 實施例1
[0055]參照圖7,使天然氣(NG)在NG HDS(加氫脫硫)單元A中脫硫，并連同來自蒸汽產(chǎn)生 單元C的足夠蒸汽一起進(jìn)料至在相對低溫下操作的預(yù)重整單元B，以僅僅重整更高級烴。經(jīng) 預(yù)重整的天然氣不含任何更高級烴且?guī)缀醪缓谎趸?。將來自預(yù)重整器的流出物在C02/ 水分離單元D中冷卻以使水冷凝下來。在此單元中，還除去干燥氣體中的二氧化碳內(nèi)含物。 在膜單元E中從經(jīng)預(yù)重整的氣體分離部分氫氣，并再循環(huán)回至NG HDS單元A。通過熱交換器K 將與來自S0FC反應(yīng)器F的再循環(huán)氣體混合的來自膜單元的富含甲烷干燥氣體加熱至反應(yīng)器 溫度，并進(jìn)料至S0FC反應(yīng)器，并吹入熱空氣通過S0FC反應(yīng)器的陰極通道。使用所述反應(yīng)器進(jìn) 料氣體將來自陽極通道的產(chǎn)物氣體冷卻下來，接著將該產(chǎn)物氣體引導(dǎo)至相分離單元G，其中 分離有機(jī)相、水相和氣相。吹掃(purged)小部分的氣相，以防止惰性氣體在合成回路中積 聚，清除所述氣體的其余部分并再循環(huán)回至S0FC反應(yīng)器。將有機(jī)相送至蒸餾單元I用于進(jìn)一 步純化最終產(chǎn)物。將水相送至廢水處理單元H。
[0056] 將NG供應(yīng)至30bar壓力下的成套設(shè)備。
[0057] NG HDS單元A在以下操作條件下操作:溫度350°C;壓力30bar;氫氣-進(jìn)料氣體比率 0.04(mol/mol); NG組合物(mol % ): 90 %甲烷，4 %乙烷，2 %丙烷，4 %惰性物；所需的熱 0.79MW。
[0058]預(yù)重整單元B在以下操作條件下操作:溫度350°C;壓力29bar;蒸汽-碳(S/C)比率 0.6(mol/mol);蒸汽消耗5.1MTPD;散熱2.48MW，假定過熱蒸汽入口為350°C。該反應(yīng)器是絕 熱的。
[0059] C02/水分離單元D在下述操作條件下操作:溫度40°C;壓力27bar;水冷凝溫度60°C (可使用空氣冷卻器）；二氧化碳除去產(chǎn)率超過99% ;二氧化碳入口濃度1.8mol %。
[0060]膜單元E，其是任選的單元，在下述操作條件下操作:溫度40°C ;壓力25bar;氫氣摩 爾回收率84% ;甲燒摩爾滑差率9% ;再循環(huán)氫氣壓縮機(jī)功率44kW。
[0061 ] S0FC反應(yīng)器F具有以下技術(shù)數(shù)據(jù)：模塊（電池）尺寸為1 X 2 X 0.05m;電池數(shù)目為 1080;催化劑為HZSM-5上的W，粒徑為1mm;催化劑體積10.8m3;風(fēng)機(jī)功率786kW;凈電功率輸 出3.3MW(5%歐姆和DC/AC轉(zhuǎn)化器損失）；壓降0.9bar。
[0062] 所述反應(yīng)器在下述操作條件下操作:溫度800°C(平均）；所述陰極側(cè)(空氣）的壓力 為0 · 2bar且所述陽極側(cè)（加工氣體)為1 · lbar;空氣利用率5 · 5% ;電流密度2000A/V;氣體 時空速(Ο?^νΗΟΟΟΙΓ1;加工氣體循環(huán)比9.6;再循環(huán)氣體壓縮機(jī)功率16121^;空氣流速 10377Nm3/h。
[0063] 與在相同加工條件下的填充床中的0.57 %的轉(zhuǎn)化相比，甲烷轉(zhuǎn)化率為5.75%。氫 氣消耗速率為2379Nm3/h，其等于1912kg/h的水產(chǎn)生速率。從熱交換器Μ排出的熱空氣在95 °C下可用于公用水加熱。在不考慮歐姆損耗的情況下，所產(chǎn)生熱量等于72.45MW。
[0064]所述相分離單元在下述操作條件下操作：溫度40°C;大氣壓；需要的熱除去 1.86MW。
[0065] 表1中給出用于本實施例的工藝布局的物料平衡值。
[0066] 實施例2
[0067] 圖8示出了圖7所示且實施例1所描述的工藝布局的替代方案。該替代布局與以上 布局的不同之處在于消除了所述膜單元。在此情況下，NG HDS(加氫脫硫)單元所需的氫氣 是從來自S0FC反應(yīng)器的流出物流獲得。
[0068] 實施例3
[0069] 實施例2所描述且圖8所示的工藝布局的替代方案是不具有水和二氧化碳除去單 元的布局。在此布局中，在預(yù)重整器出口溫度下直接從預(yù)重整單元供應(yīng)S0CF進(jìn)料氣體。
[0070]
【主權(quán)項】
1. 一種用于進(jìn)行將含控氣體直接轉(zhuǎn)化為更高級控產(chǎn)物的燃料電池反應(yīng)器，所述燃料電 池反應(yīng)器由壁限定，其中反應(yīng)物在陽極隔室中流動并將空氣引入至陰極隔室，和其中氧氣 從所述壁的一側(cè)轉(zhuǎn)移至另一側(cè)W促進(jìn)或避免化學(xué)反應(yīng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中所述化學(xué)反應(yīng)是非均相催化氣相反應(yīng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的反應(yīng)器，其中在所述化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生氨氣作為副產(chǎn)物，所述氨 氣將所述轉(zhuǎn)化限制于平衡。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的反應(yīng)器，其中所述燃料電池壁為在高溫下操作的任何 類型的固體氧化物燃料電池壁，并且其中所述催化化學(xué)反應(yīng)在所述電池的陽極側(cè)上進(jìn)行， 從而導(dǎo)致氧離子從所述陰極側(cè)(空氣側(cè))轉(zhuǎn)移并在所述陽極側(cè)(燃料側(cè))上與氨氣反應(yīng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4的反應(yīng)器，其中從所述陰極側(cè)經(jīng)由所述電解質(zhì)轉(zhuǎn)移的氧離子在所述 陽極側(cè)上原位與氨氣反應(yīng)，從而產(chǎn)生出0，并從所述平衡反應(yīng)中除去氨氣。6. 在根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的燃料電池反應(yīng)器的陽極隔室中將含控氣體直接轉(zhuǎn)化 為更高級控產(chǎn)物的方法，其中將所述轉(zhuǎn)化限制于平衡的所產(chǎn)生的氨氣與從所述陰極隔室轉(zhuǎn) 移的氧離子原位反應(yīng)，W產(chǎn)生蒸汽，從而從所述反應(yīng)除去所述限制平衡的氨氣。7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述含控氣體為任何含甲燒的氣體，如天然氣、生物氣 體、合成天然氣或頁巖氣。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中所述更高級控產(chǎn)物為氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物。9. 根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項的方法，其中根據(jù)W下平衡反應(yīng)，將甲燒轉(zhuǎn)化為芳族產(chǎn) 物，具體地轉(zhuǎn)化為單環(huán)芳族控：其中n = 6、7、8或9 其中在根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的燃料電池反應(yīng)器中，氨氣與從所述陰極隔室轉(zhuǎn)移 的氧離子原位反應(yīng)W產(chǎn)生蒸汽。10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述燃料電池反應(yīng)器為固體氧化物燃料電池反應(yīng)器。11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項的方法，其中將轉(zhuǎn)化催化劑涂布在所述陽極表面上，裝 載在所述陽極隔室中，或兩者的組合。12. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中清潔所述含甲燒的氣體W除去雜質(zhì)如硫、氮和任何非 控物類。13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中進(jìn)一步處理所述經(jīng)清潔的氣體W除去或轉(zhuǎn)化除了甲 燒之外的任何控物類，W產(chǎn)生用于所述固體氧化物燃料電池反應(yīng)器的富含甲燒的進(jìn)料氣 體。14. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述控處理單元為預(yù)重整器，其在優(yōu)化的條件下操作 W用蒸汽將更高級控即C2+轉(zhuǎn)化為氨和碳氧化物。15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中將所述燃料電池反應(yīng)器中的未經(jīng)轉(zhuǎn)化的進(jìn)料氣體分 離并再循環(huán)回至所述反應(yīng)器。16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中使用來自所述燃料電池反應(yīng)器流出物的含有氨氣的 氣體的一部分來清潔和處理所述原料控進(jìn)料氣體。
【文檔編號】H01M8/0606GK105849034SQ201480063838
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年11月4日
【發(fā)明人】H·莫達(dá)雷斯
【申請人】托普索公司