Способ электролиза и электролизная установка - заявка 2016151283 на патент на изобретение в РФ

1. Способ электролиза с электролизной ячейкой (4), проводимый в диапазоне температур от 300 до 1500°С, включающий следующие стадии:
- подвод реактанта (30) к электролизной ячейке (4),
причем на катоде (43) электролизной ячейки (4) образуется газообразный продукт (Н2, СО), а на аноде (45) электролизной ячейки (4) кислород (O2),
- по меньшей мере, частичный вывод кислорода (O2) посредством, по меньшей мере, одного подводимого к электролизной ячейке (4) первого промывающего агента (60), причем, по меньшей мере, первый промывающий агент (60) инертен по отношению к кислороду (O2),
- по меньшей мере, частичное разделение смеси промывающего агента и кислорода (60-О2) в разделительном устройстве (11, 12) на составные части - кислород (O2) и, по крайней мере, первый промывающий агент (60),
- рециркуляция путем повторного подвода отделенного, по меньшей мере, первого промывающего агента (60) в электролизную ячейку (4) и выведение из процесса отделенного кислорода (O2).
2. Способ электролиза по п. 1, отличающийся тем, что
по меньшей мере, частичный отвод газообразного продукта (Н2, СО) осуществляют посредством, по меньшей мере, одного второго промывающего агента (50), а смесь газообразного продукта и промывающего агента (50-Н2/СО) разделяется в разделительном устройстве (11, 12) на составные части - газообразный продукт (Н2, СО) и, по меньшей мере, второй промывающий агент (50), причем осуществляют рециркулирование отделенного, по меньшей мере, второго промывающего агента (50) или смеси газообразного продукта и промывающего агента (50-Н2/СО), или газообразного продукта (Н2, СО) путем их повторного подведения в электролизную ячейку (4), и, по меньшей мере, частичное выведение отделенного газообразного продукта (Н2, СО) из процесса, причем, по меньшей мере, второй промывающий агент (50) инертен по отношению к газообразному продукту (Н2, СО).
3. Способ электролиза по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
осуществляется таким образом, что в газообразный продукт (Н2, СО) превращается менее 100% реактанта (30), так что, по меньшей мере, частичное выведение газообразного продукта (Н2, СО) осуществляется непрореагировавшим реактантом (30), причем смесь газообразного продукта и реактанта (30-Н2/СО), по меньшей мере, частично разделяется в разделительном устройстве (11, 12) на составные части - газообразный продукт (Н2, СО) и реактант (30), причем происходит рециркулирование отделенного реактанта (30) или смеси газообразного продукта и реактанта (Н2/СО-30) и, по меньшей мере, частичное выведение отделенного газообразный продукта (Н2, СО) из процесса.
4. Способ электролиза по п. 1, отличающийся тем, что
температура в электролизной ячейке находится в диапазоне температур от 600 до 1000°С.
5. Способ электролиза по п. 1, отличающийся тем, что
в качестве реактанта (30) используют воду (H2O) и/или двуокись углерода (CO2) в виде газа, пара и/или газообразного пара, причем в качестве газообразного продукта (Н2, СО) в зависимости от использованого реактанта (30) образуется водород (Н2) и/или окись углерода (СО).
6. Способ электролиза по п. 1, отличающийся тем, что
перед повторным введением в катодопромывательный контур (15) / анодопромывательный контур (16) происходит нагревание и/или сжатие, по меньшей мере, первого (60) / второго промывающего агента (50).
7. Электролизная установка, в частности, для осуществления способа электролиза по любому из предшествующих пп., характеризующаяся тем, что
электролизная ячейка включает, по меньшей мере, три отдельных друг от друга камеры давления, а именно анодную камеру (5), катодную камеру (3), которые вместе образуют электролизную ячейку (4), и резервуар (2), причем:
- анодная камера (5) и катодная камера (3) расположены внутри резервуара (2);
- включает, по меньшей мере, одну подводящую магистраль (31, 51) для агента для подачи реактанта (30) в катодную камеру (3) и для подачи, по меньшей мере, одного первого промывающего агента (60) соответственно в анодную камеру (5);
- включает, по меньшей мере, одну отводящую магистраль (32, 52) для отвода, по крайней мере, первого промывающего агента (60) и образующегося в процессе электролиза кислорода (O2) из анодной камеры (5) и для отвода образующегося в процессе электролиза газообразный продукта (Н2, СО) соответственно из катодной камеры (3);
- либо анодная камера (5), либо катодная камера (3) соединена с резервуаром (2), таким образом, между обеими связанными камерами возможен газообмен (5-2/3-2); а также:
- включает, по меньшей мере, один промывательный контур (15, 16) для промывания, по меньшей мере, анодной камеры (5) первым промывающим агентом (60).
8. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
вниз по течению процесса после электролизной ячейки (4), по меньшей мере, в одном промывательном контуре (15, 16) предусмотрено разделительное устройство (11, 12) для отделения, по меньшей мере, первого промывающего агента (60) / кислорода (O2), причем, по меньшей мере, первый промывающий агент (60) может быть рециркулирован через, по меньшей мере, один промывательный контур (15, 16), а кислород (O2) по магистрали (54) отводят из системы электролиза.
9. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
внутри резервуара (2) расположены несколько электролизных ячеек (4) с анодными камерами (5) и катодными камерами (3), причем катодные камеры (3) соединены друг с другом, и анодные камеры (5) также соединены друг с другом, таким образом, несколько катодных камер (3) образуют общую катодную камеру, а несколько анодных камер (5) образуют общую анодную камеру.
10. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
для подачи газа в анодную камеру (5) и/или катодную камеру (3) включает устройства (23, 33, 34, 53) регулирования давления для создания в камерах (2, 3, 5) давления соответствующего давлениея
11. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
включает два промывательных контура (15, 16) для промывания анодной камеры (5) первым промывающим агентом (50) и катодной камеры (3) - вторым промывающим агентом (60) и/или реактантом (30).
12. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
для рециркуляции с помощью, по меньшей мере, одного промывательного контура (15, 16) предусмотрен рециркуляционный вентилятор и/или струйной насос, и/или нагреватель / теплообменник (14, 14').
13. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
во время пускового режима и/или при завершении рабочего режима электролизной ячейки (4) имеется и может быть установлена/отключена связь между анодной камерой (5) и катодной камерой (3) для обеспечения во время пускового режима и/или при завершении рабочего режима газообмена между обеими связанными камерами (3 и 5).
14. Электролизная установка по п. 8, характеризующаяся тем, что
по меньшей мере, одно разделительное устройство (11, 12) выполнено, по меньшей мере, с одной разделительной мембраной и/или пористой разделительной структурой и/или сорбентом и/или устройством, поглощающим перепад давления и/или температуры.
15. Электролизная установка по п. 8, характеризующаяся тем, что
снабжено охлаждающим устройством для охлаждения подаваемых в разделительное устройство (11, 12) агентов (30, 50, 60) для рекуперативного использования отбираемого там тепла для нагрева подводимых агентов.
16. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
ведущие к/от анода магистраль (-и) для подвода агента (51) и/или отходящая магистраль (-и) (52) при соединении анодной камеры (5) с резервуаром (2) заканчиваются внутри резервуара (2).
17. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
ведущие к/от катода магистраль (-и) для подвода агента (31) и/или отходящая магистраль (-и) (32) при соединении катодной камеры (3) с резервуаром (2) заканчиваются в резервуаре (2).
18. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
электролизная ячейка (4) представляет собой твердооксидную электролизную ячейку (SOEC), или твердооксидную ячейку (SOC), или обратимую твердооксидную ячейку (RSOC).
19. Электролизная установка по п. 7, характеризующаяся тем, что
первый (60) и второй промывающий агент (50) идентичны, причем первым (60) и вторым промывающим агентом (50) предпочтительно является азот (N2).
Наверх