[发明专利]电解

说明书

技术领域

本发明涉及电解以及例如利用燃料电池技术来产生氢气作为用于其它用途的燃料。

背景技术

电解装置已知用于众多应用，并建议使用水电解作为生产氢气的简单、洁净的技术。电解是燃料电池中的燃料氧化的相反工艺。图1中显示该工艺的示意图。在电解工艺中，蒸汽在阴极上分解并形成氢气分子。在固体氧化物电池中，阴极反应如下：

H₂O+2^e-＝H₂+O^2-

氧离子迁移通过电解质，在阳极表面形成氧气分子，并释放电子。

O^2-＝1/2O₂+2^e-

于是，蒸汽的总体电解反应如下：

H₂O＝H₂+1/2O₂

在上述情况下，将理解，需要电源克服电化学反应电势将电子从阳极拖到阴极。

尽管商业水电解通过使用已知的技术在低温下可用，但这些电解电池的运行效率相对较低。高温燃料电池的使用受到如下情况限制：这些高温燃料电池有必要在超过800℃且通常介于800℃-1000℃的温度下运行。在所述情况下，有必要使用特殊的加热器，这会减小所述方法的效率和实用性。

目前，在生产氢气方面最发达的技术与蒸汽转化有关。在该工艺中，利用化石燃料源，且该工艺会产生大量的CO₂排放。建议使用水电解作为“无温室气体”的氢气生产技术，从而能够利用非化石燃料电源，例如核电源或可再生电源。遗憾的是，当前通过水电解进行氢气生产有显著的不利之处，如上文中所述，效率相对较低。由于该低效率，有必要消耗相对高的电能，从而使利用水电解来生产氢气的成本相对于当前通过蒸汽转化生产氢气而言过于昂贵，以致在商业上不可行。还将理解，当前用于水电解的设备成本很高，与天然气或其它烃的蒸汽转化相比，使用水电解进行氢气生产是昂贵的可选方案。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于生产产物的电解装置，所述装置包括电解电池(electrolysis cell)，所述电解电池通常可在800℃-1000℃温度下运行以通过氧化提供电能，但其被布置为通过电解以在堆组(stack)的阴极处提供产物，通过提供的供料和空气供应以及在阳极和阴极之间由电源提供的电能，电解电池用于生产产物，所述装置的特征在于，用于堆组的空气在提供给电解电池之前使用入射热源进行预热。

根据本发明的另一方面，还提供一种用于生产氢气的水电解装置，所述装置包括电解电池，所述电解电池通常可在800℃-1000℃温度下运行以通过氢气的氧化提供电能，但其被布置为通过电解以在堆组的阴极处提供氢气产物，通过提供的蒸汽供应和空气供应以及在阳极和阴极之间由电源提供的电能，该电解电池用于生产氢气产物，所述装置的特征在于，用于堆组的空气在提供给电解电池之前使用入射热源进行预热。通常，电解电池是电化学电池，例如燃料电池。

通常，入射热源由来自电源或其它工艺的经过处理的热提供。入射热源可通过燃烧一部分所产生的产物提供。

可将空气压缩并预热至500℃-800℃的温度。

可在阴极处提供一小部分所产生的产物，以维持还原能力。

通常，流出堆组的空气的一部分重新循环进入该堆组。

通常，使用涡轮发动机将空气朝向该堆组驱动。

通常，使用热交换器来加热空气。可提供回收构造来接收来自燃气涡轮发动机排气的热，以产生用于堆组的入射热。

通常，提供分离器来将产物流与堆组分离。

可提供过热器来回收热，以用于加热被提供给堆组的蒸汽供应。

附图说明

现在，将参照附图以举例的方式来说明本发明的实施例，附图中：

图2是根据本发明的某些方面的水电解装置的第一实施例的示意图；

图3是根据本发明的某些方面的第二备选水电解装置的示意图；

图4是根据本发明的某些方面适配的开式回路循环电解装置的示意图；以及

图5是根据本发明的某些方面的第五水电解装置的示意图。

具体实施方式