【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種改進的水處理系統和水處理工藝，其用于生產適用于高溫固體氧化物電解的貧氧和干燥的工藝蒸汽。
技術介紹
1、氣候變化加速了全球從化石燃料向可再生能源的轉變。通常，可再生能源來自風能和太陽能發電?？稍偕茉吹奶魬鹪谟谄溟g歇性。
2、power-to-x(ptx)是一個術語，用于描述利用電能進行電力轉換、能源儲存和再轉換的路徑。power-to-x轉換技術允許將電力從電力部門脫鉤，以供其它部門(例如運輸或化工)使用，并能夠消除可再生能源發電波動所帶來的問題。
3、目前，電解是ptx解決方案的核心技術，其中x通常是氫氣、合成氣、化學品或合成燃料。當電解與可再生電力相結合時，燃料和化學品的生產可以不再依賴于化石資源。
4、固體氧化物電解(soe)技術尤其具有吸引力，因為它比低溫電解具有更高的轉換效率-這是由于較高工作溫度有利于熱力學和動力學。
5、soec可用于將蒸汽(h2o)、二氧化碳(co2)或兩者分別直接電化學轉化為氫氣(h2)、一氧化碳(co)或合成氣(h2+co)。
6、soec可以與一系列化學合成進行熱集成，能夠將捕獲的co2和h2o再循環到合成天然氣、汽油、甲醇或氨中，與低溫電解技術相比，可進一步提高效率。
7、h2o或co2的分解發生在固體氧化物電解池(soec)電極上。多個電池組合成soec電堆，多個電堆又組合成soec設備。
8、燃料(h2o和/或co2)進入soec的工藝側，在此其(部分地)轉化為產品(h2、co或合成
9、固體氧化物電池(soc)是一種電化學轉換裝置，具有兩個隔室(陽極側和陰極側)，隔室通過由固體氧化物或陶瓷電解質制成的電解質材料隔開。它可以用作固體氧化物電解池(soec)或固體氧化物燃料電池(sofc)。這種電池例如對于組分h2o<->h2之間的轉換和co2<->co之間的轉換以及它們的混合物是完全可逆的。
10、在soec模式下運行時，目標是生產h2、co或h2和co的混合物(也稱為合成氣)-并且轉化氣體(也稱為產物氣體(或產物流體))的質量對于下游應用可能至關重要。因此，希望盡量減少產物流體中不期望的組分(例如空氣)的存在，以獲得高純度的產物流體。
11、soec設備通常包括多個并聯和/或串聯連接的電堆，其數量可滿足所需的生產需求。在soec模式中，陰極側也可以稱為燃料側，陽極側也可以稱為氧氣側或沖洗側。
12、人們非常關注通過提高電解堆的效率來優化soec技術的性能。然而，優化支持soec電堆的工藝設備也同樣重要。優化基于soec的設備的設計是在工藝復雜性、每單位產物氣體的能耗和生產設備成本之間取得平衡。
13、對于soec的某些用途，蒸汽是必需的進料之一。眾所周知，在將水流用于工業系統之前，通常需要對水流進行某種水處理(處理后的水可稱為工藝蒸汽)。未經處理的水可能含有雜質，從而導致系統損壞或磨損。這些雜質可能會導致水垢、腐蝕、沉積物等的形成。此外，工藝蒸汽中可能不需要氧氣，因為它可能導致腐蝕，例如在管道和換熱器中。此外，由于鍋爐水中雜質濃度高，因此液滴/夾帶物是不期望的。例如，在soec中的用途就是這種情況。通常，原水(raw?water)首先在離子交換器中被處理以去除礦物質。然后將去礦化水(demineralized?water)通過脫氣器(deaerator)以產生脫氣水(deaerated?water)，然后將其送入帶有蒸汽鼓的鍋爐中，在那里產生干燥蒸汽，然后其可用作工藝蒸汽。在脫氣器中，從水中汽提出氧氣，經汽提的水收集在涌浪容器(surge?vessel)中。在鍋爐中，脫氣水在換熱器中被加熱，然后在蒸汽鼓中對經加熱的水和蒸汽混合物進行分離，以產生用作進料的干燥蒸汽。這種代表性的現有技術的水處理系統已在圖6和圖7中示出。
14、仍然需要優化soec設備的性能，以提高其用于生產氫氣、一氧化碳和合成氣的工業適用性和經濟可行性。
技術實現思路
1、本專利技術人現已開發出一種簡化的水處理系統，用于處理水或去礦化水以產生適合用于例如固體氧化物電解等的貧氧和干燥的工藝蒸汽。
2、在本專利技術的一個方面中，提供了一種用于制備貧氧和干燥的工藝蒸汽(35)的水處理系統，其包括：
3、·汽提塔(21)，用于從水中汽提氧氣；
4、·流體收集器容器，用于收集來自汽提塔的貧氧液態水；
5、·流體分離器容器，用于收集液態水-蒸汽混合物并將水與蒸汽分離；
6、·加熱裝置，用于將液態水蒸發成蒸汽；以及
7、其中所述流體收集器和所述流體分離器作為組合容器(22)提供，以收集來自汽提塔(21)的貧氧液態水并將水與蒸汽分離；并且
8、其中所述汽提塔(21)被布置在所述組合容器(22)上方并且與所述組合容器(22)直接流體連通；并且
9、其中所述加熱裝置被布置成向組合容器(22)下部提供蒸汽。
10、加熱裝置包括加熱元件，該加熱元件可布置在所述組合容器(22)下方并與所述組合容器(22)直接流體連通，和/或該加熱元件可布置在組合容器(22)內且位于所述組合容器(22)的下部。
11、本專利技術的一個方面提供了一種用于生產貧氧和干燥的工藝蒸汽的水處理工藝，包括以下步驟：
12、-通過將去礦化水流通過填充床并從中汽提氧氣，并使氧氣汽提蒸汽以逆流方向通過，從而汽提去礦化水流中的氧氣，以產生貧氧水；
13、-將貧氧水收集在組合容器中，以在組合容器內獲得貧氧的水-蒸汽混合物；
14、-間接加熱水-蒸汽混合物的液態部分，以產生濕蒸汽；
15、-通過將蒸汽通過水-蒸汽混合物的液態部分進行鼓泡，從濕蒸汽中去除水滴，以產生干燥蒸汽；
16、其中組合容器內的貧氧的水-蒸汽混合物用于向汽提塔供應氧氣汽提蒸汽，以緩沖每產生一定量的干燥蒸汽對應的去礦化水流量的變化，吸收組合容器上游和下游之間的壓力差，并除去濕蒸汽中的水滴；
17、以產生貧氧和干燥的工藝蒸汽。
18、在一個方面中，提供了根據本專利技術的裝置在使用蒸汽作為進料的設備中的用途。
19、在一個方面中，提供了一種生產氫氣的方法，包括：
20、·根據本專利技術所述的用于生產貧氧和干燥的工藝蒸汽的水處理工藝生產貧氧和干燥的工藝蒸汽；
21、·將貧氧和干燥的工藝蒸汽送入固體氧化物電解池，并在電解池內進行高溫電解，以產生富氫產物氣體。
22、根據本專利技術的水處理系統簡化了用于運作高溫固體氧化物電解設備的設備布置，以產生例如氫氣或氫氣和一氧化碳的混合氣體。特別是，本專利技術能夠降低系統的建設成本。由于兩個容器組合成單個組合容器，因此反應器所需的金屬更少本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于制備貧氧和干燥的工藝蒸汽(35)的水處理系統，包括：
2.根據權利要求1所述的水處理系統，其中所述加熱裝置包括加熱元件，該加熱元件布置在所述組合容器(22)下方并與所述組合容器(22)直接流體連通。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的水處理系統，其中所述加熱裝置包括加熱元件，該加熱元件布置在所述組合容器(22)內部且位于所述組合容器(22)的下部。
4.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述組合容器包括布置在組合容器(22)上部的工藝蒸汽出口。
5.根據權利要求4所述的水處理系統，其中所述組合容器(22)還包括布置在組合容器(22)上方并與工藝蒸汽出口流體連通的除霧器(36)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述組合容器(22)在容器下部包括吹掃出口(37)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述組合容器和汽提塔之間的直接流體連通允許流體在組合容器(22)和汽提塔(21)之間再循環(23,24)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的水
9.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述汽提塔(21)還包括布置在所述汽提塔上部的液態水入口。
10.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述汽提塔(21)還包括布置在汽提塔上部的蒸汽出口。
11.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述加熱裝置包括換熱器(32)，該換熱器布置在所述組合容器(22)下方并與所述組合容器(22)直接流體連通(33,34)，以將熱量間接傳遞至流向和流出換熱器(32)的任何流體。
12.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述加熱裝置包括加熱線圈(44)，所述加熱線圈(44)布置在所述組合容器(22)內部且位于所述組合容器(22)下部，以將熱量間接傳遞至所述組合容器(22)內的任何流體。
13.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中鍋爐水被循環(34)到布置在組合容器(22)下方的換熱器(32)中，在換熱器中產生蒸汽，并且蒸汽-水混合物被再循環(33)到組合容器(22)。
14.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，還包括位于汽提塔(21)上游且與所述汽提塔(21)流體連通的去礦化器(11)。
15.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，還包括過程控制裝置，用于控制水處理系統的運行。
16.一種用于生產貧氧和干燥的工藝蒸汽的水處理工藝，包括以下步驟：
17.根據權利要求16所述的工藝，其中組合容器內的操作壓力在0.7-10巴絕對壓力范圍內，例如0.9-8巴，或1-7巴絕對壓力范圍內。
18.根據權利要求16-17中任一項所述的工藝，其中貧氧和干燥的工藝蒸汽經歷隨后的除霧步驟。
19.根據權利要求16-18中任一項所述的工藝，其中從外部來源添加貧氧蒸汽到組合容器內的水-蒸汽混合物的液態部分中。
20.根據權利要求1至15中任一項所述的裝置在使用蒸汽作為進料的設備中的用途。
21.一種生產氫氣的方法，包括：
22.根據權利要求21所述的方法，其中除了貧氧和干燥的工藝蒸汽之外，還將包含二氧化碳和/或一氧化碳的進料送入固體氧化物電解池，以進行高溫電解。
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種用于制備貧氧和干燥的工藝蒸汽(35)的水處理系統，包括：
2.根據權利要求1所述的水處理系統，其中所述加熱裝置包括加熱元件，該加熱元件布置在所述組合容器(22)下方并與所述組合容器(22)直接流體連通。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的水處理系統，其中所述加熱裝置包括加熱元件，該加熱元件布置在所述組合容器(22)內部且位于所述組合容器(22)的下部。
4.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述組合容器包括布置在組合容器(22)上部的工藝蒸汽出口。
5.根據權利要求4所述的水處理系統，其中所述組合容器(22)還包括布置在組合容器(22)上方并與工藝蒸汽出口流體連通的除霧器(36)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述組合容器(22)在容器下部包括吹掃出口(37)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述組合容器和汽提塔之間的直接流體連通允許流體在組合容器(22)和汽提塔(21)之間再循環(23,24)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述汽提塔(21)包括填充床、擋板和其他內部構件，以允許在汽提塔(21)內從液態水中汽提氧氣。
9.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述汽提塔(21)還包括布置在所述汽提塔上部的液態水入口。
10.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述汽提塔(21)還包括布置在汽提塔上部的蒸汽出口。
11.根據前述權利要求中任一項所述的水處理系統，其中所述加熱裝置包括換熱器(32)，該換熱器布置在所述組合容器(22)下方并與所述組合容器(22)直接流體連通(...
【專利技術屬性】
技術研發人員：T·D·斯圖曼，J·昆特歐，I·卡魯帕薩米，
申請(專利權)人：托普索公司，
類型：發明
國別省市：
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