Principiile tehnologiei electrolyzer cu oxid solid (SOEC)

În domeniul apei de electrolizare pentru producția de hidrogen, în prezent există patru rute tehnice principale, și anume alcalină (ALK), membrană de schimb de protoni (PEM), membrană de schimb anionic (AEM) și electrolizor de oxid solid (SOEC).

Printre aceștia, cel mai mare avantaj al tehnologiei de producție a hidrogenului de electroliză a apei Vet Energy Energy este consumul scăzut de energie. Comparativ cu rezervoarele alcaline și PEM, economisește aproape 30% din electricitate. De asemenea, este potrivit pentru scenarii de aplicare cu abur la temperatură ridicată și de înaltă presiune.

SOEC poate funcționa reversibil, poate realiza o conversie ciclică eficientă între energia electrică și energia chimică și poate oferi stocare de energie pe termen lung și cu capacitate mare. În funcționarea modului celular de combustibil, energia electrică este produsă prin oxidarea combustibilului. În modul SOEC, energia electrică produce H2, syngas, etc. Dezvoltarea produce direct substanțe chimice de specialitate și comerciale, pe lângă H2 Verde. De exemplu, SOEC la temperatură ridicată poate fi utilizat pentru a produce syngas prin co-electroliza H2O și O2. Syngasul poate fi apoi transformat într -o varietate de substanțe chimice prin reacții catalitice ulterioare cu diferite raporturi H2: CO. SOEC este, de asemenea, capabil să descompună CO2 în CO și O2. Producția de amoniac SOEC, care alimentează aerul și aburul în electrolizatoare, este în curs de dezvoltare și în prezent randamentele sunt foarte mici. Cu toate acestea, amoniacul poate fi utilizat ca combustibil în modul SOFC pentru aplicații marine - acest lucru este, de asemenea, în curs de dezvoltare. Această versatilitate a funcționării face SOEC superioară altor moduri de funcționare a electrolizei.

Reacții electrochimice în celulele de combustibil cu oxid solid (SOFC) și celulele electrolitice cu oxid solid (SOEC), care sunt fundamental omologul invers al celulelor de combustibil cu oxid solid (SOFC).

În figură este prezentată o diagramă de flux tipică a sistemului de producție SOEC H2. Sistemul este proiectat pentru a produce H2 folosind electricitate și apă. Principalele componente ale sistemului includ SOEC Stacks and Balancing Unit (BOP) în serie.

BOP include pompe de apă, schimbătoare de căldură, generatoare de aburi, etc. Apa este încălzită într -o serie de schimbătoare de căldură pentru a recupera căldura din fluxul de aer de ieșire SOEC. Apa preîncălzită este introdusă în generatorul de aburi pentru a genera abur, apoi intră în încălzitorul electric pentru a supraîncălzi aburul.

Pentru a minimiza cerințele de putere și pentru a crește eficiența sistemului SOEC, aburul este încălzit în mai multe schimbătoare de căldură prin ieșirea din fluxuri H2 și de oxigen. În cazul în care este disponibil abur extern, schema prezentată în figură poate fi optimizată în continuare.

SOEC Electrolsis Water Plant Soluție tipică

În electrolizor, aburul se descompune la catod la temperaturi de 650 ° C - 1.000 ° C, formând molecule de H2 și ioni de oxigen (reacție de reducere a apei). Ionii de oxigen migrează de la catod la anod, eliberând electroni în circuitul extern și devin oxigen prin reacția de evoluție a oxigenului. Căldura la temperatură ridicată activează migrația ionilor de oxid și promovează reacțiile electrochimice pe ambii electrozi, îmbunătățind eficiența generală.

Reacție catodică: La interfața electrodului-electrolit H2, aburul se descompune în ioni H2 și oxigen (ecuația 1):

2 H2O + 4 E- → 2 H2 + 2 O2- (1)

Reacția anodică: ionii de oxigen trec prin electrolitul ceramic, sunt trase în interfața electrodului electrolit-oxigen și produc oxigen (ecuația 2):

2 O2- → O2 + 4 E (2)

Apoi, oxigenul curge de -a lungul anodului, în timp ce H2, împreună cu un amestec de vapori, curge de -a lungul electrodului H2 pe cealaltă parte a electrolitului. În aval de electrolizer, fluxul de produse bogat în H2 este răcit după schimbul de căldură cu fluxul de intrare și este apoi trecut printr-un separator pentru a separa H2 de fluxul de apă condensat.

Electrolyzer SOEC

ASOEC folosește o ceramică solidă cu conductă de ioni ca electrolit și este capabil să funcționeze la temperaturi semnificativ mai ridicate. Avantajele potențiale includ o eficiență electrică ridicată, costuri reduse de materiale și opțiunea de a produce syngas [monoxid de carbon (CO) și H2] din vapori de apă (H2O) și CO2 în modul invers sau în modul de co-electroliză a celulei de combustibil.

O problemă comună în trecut a fost aceea că temperaturile ridicate de funcționare ar putea duce la degradarea severă a materialelor. Dar veterinarul Energy a rezolvat această problemă și a comercializat această tehnologie prin stabilizarea materialelor componente existente, dezvoltarea de materiale noi și scăderea temperaturilor de funcționare la 500 ° C - 700 ° C (de la 650 ° C - 1.000 ° C).

Produsul SOEC al energiei veterinale funcționează foarte eficient, mai ales atunci când se utilizează căldură reziduală la temperaturi ridicate. Conversia electrochimică a apei permite depozitarea căldurii și a energiei electrice sub formă de producție de H2. H2 verde produs de SOEC poate fi prelucrat în continuare în gaze naturale sintetice, metanol, amoniac verde, etc. și integrat cu o gamă largă de căldură de sinteză chimică exotermică, ceea ce va face eficiența și mai mare. Integrarea termică poate fi, de asemenea, utilizată în combinație cu surse de energie, cum ar fi reactoarele nucleare, centralele electrice pe cărbune, biomasa și incineratoarele de deșeuri interne.