Solid Oxide Electrolyzer (SOEC) teknikprinciper

Inom området elektrolyserande vatten för väteproduktion finns det för närvarande fyra mainstream -tekniska rutter, nämligen alkaliska (ALK), protonbytemembran (PEM), anjonbytemembran (AEM) och fast oxidelektrolyser (SOEC).

Bland dem är den största fördelen med veterinärenergins SOEC -vattenelektrolys väteproduktionsteknologi dess låga kraftförbrukning. Jämfört med alkali -tankar och PEM sparar det nästan 30% av elen. Det är också lämpligt för högtemperatur- och högtrycks ångapplikationsscenarier.

SOEC kan fungera reversibelt, uppnå effektiv cyklisk omvandling mellan elektrisk energi och kemisk energi och ge långvarig och stor kapacitet energilagring. Vid drift av bränslecellläge produceras el genom oxidation av bränsle. I SOEC -läge producerar elektricitet H2, SYNGAS, etc. Utveckling producerar direkt specialitet och kommersiella kemikalier utöver grön H2. Till exempel kan SOEC med hög temperatur användas för att producera syngas genom samelektrolys av H2O och O2. Syngas kan sedan omvandlas till en mängd olika kemikalier genom efterföljande katalytiska reaktioner med olika H2: CO -förhållanden. SOEC kan också sönderdelas CO2 till CO och O2. SOEC ammoniakproduktion, som matar luft och ånga till elektrolysatorer, är under utveckling och för närvarande är avkastningen mycket låga. Emellertid kan ammoniak användas som bränsle i SOFC -läge för marina applikationer - detta är också under utveckling. Denna mångsidighet i drift gör SOEC överlägsen andra elektrolysoperationer.

Elektrokemiska reaktioner i fasta oxidbränsleceller (SOFC) och fasta oxidelektrolytiska celler (SOEC), som i grunden är den omvända motsvarigheten till fasta oxidbränsleceller (SOFC).

Ett typiskt flödesschema över SOEC H2 -produktionssystemet visas i figuren. Systemet är utformat för att producera H2 med hjälp av el och vatten. Huvudkomponenterna i systemet inkluderar SOEC -staplarna och balanseringsenheten (BOP) i serie.

BOP inkluderar vattenpumpar, värmeväxlare, ånggeneratorer, etc. Vattnet värms upp i en serie värmeväxlare för att återhämta värmen från SOEC -utloppets luftström. Det förvärmda vattnet införs i ånggeneratorn för att generera ånga och kommer sedan in i den elektriska värmaren för att överhettar ångan.

För att minimera kraftbehovet och öka SOEC -systemeffektiviteten värms ångan i flera värmeväxlare via att lämna H2- och syreströmmar. När extern ånga finns kan schemat som visas i figuren optimeras ytterligare.

SOEC elektrolys Vattenväxt typisk lösning

I elektrolysen sönderdelas ångan vid katoden vid temperaturer av 650 ° C - 1 000 ° C, och bildar H2 -molekyler och syrejoner (vattenreduktionsreaktion). Syrejoner migrerar från katoden till anoden, frisätter elektroner till den yttre kretsen och blir syre genom syreutvecklingsreaktionen. Högtemperaturvärme aktiverar migration av oxidjon och främjar elektrokemiska reaktioner på båda elektroderna, vilket förbättrar den totala effektiviteten.

Katodisk reaktion: Vid H2-elektrodelektrolytgränssnittet sönderdelas ånga till H2- och syrejoner (ekvation 1):

2 H2O + 4 E- → 2 H2 + 2 O2- (1)

Anodisk reaktion: Syrejoner passerar genom den keramiska elektrolyten, dras in vid elektrolyt-syreelektrodgränssnittet och producerar syre (ekvation 2):

2 O2- → O2 + 4 E (2)

Syre rinner sedan längs anoden, medan H2, tillsammans med en viss ångblandning, flyter längs H2 -elektroden på andra sidan elektrolyten. Nedströms om elektrolysern kyls den H2-rika produktströmmen efter värmeväxling med inloppsströmmen och passeras sedan genom en separator för att separera H2 från den kondenserade vattenströmmen.

SOEC elektrolys

SOEC använder en solid jonledande keramik som elektrolyt och kan arbeta vid betydligt högre temperaturer. Potentiella fördelar inkluderar hög elektrisk effektivitet, låga materialkostnader och möjligheten att producera syngas [kolmonoxid (CO) och H2] från vattenånga (H2O) och CO2 i omvänd läge eller samelektrolysläge för bränslecellen.

Ett vanligt problem i det förflutna var att höga driftstemperaturer kan leda till allvarlig materialnedbrytning. Men veterinärenergi har löst detta problem och kommersialiserat denna teknik genom att stabilisera befintliga komponentmaterial, utveckla nya material och sänka driftstemperaturerna till 500 ° C - 700 ° C (från 650 ° C - 1 000 ° C).

Produkten SOEC för veterinärenergi fungerar mycket effektivt, särskilt när du använder hög temperaturavfallsvärme. Den elektrokemiska omvandlingen av vatten möjliggör lagring av värme och elektricitet i form av H2 -produktion. Den gröna H2 som produceras av SOEC kan ytterligare bearbetas till syntetisk naturgas, metanol, grön ammoniak, etc. och integreras med ett brett spektrum av exoterm kemisk syntesvärme, vilket kommer att göra effektiviteten ännu högre. Termisk integration kan också användas i samband med energikällor såsom kärnreaktorer, koleldade kraftverk, biomassa och förbränningsanläggningar för inhemsk avfall.