[发明专利]一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于制氧技术领域，特别涉及一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统与方法。

背景技术

制取高纯氧气的方法主要有三种：(1)深冷法；(2)变压吸附法；(3)电解水制氧法。其中电解水制氧方法稳定性较高，耗能较低，容量适用范围较广。但是，目前电解水制氧系统中多采用质子交换膜电解质，此种电解质工作温度低(<100℃)，便携性较好，但是系统效率和寿命都较低。为了克服以上缺点，本专利采用固体氧化物电解质的电解水制氧方法，在600℃-1000℃下工作，无需贵金属催化剂，能够降低成本，提高系统的效率和寿命，并且系统体积小、制氧规模易于放大，可以获得纯度高达99.995％的高纯氧。电力的输入可以利用风能、太阳能等不稳定电力，进一步能够降低制氧的成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统与方法，能够提高制氧效率，实现大规模制取高纯氧(O₂纯度≥99.995％)。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统，包括：

AC/DC转换器1，将交流电转化为直流电；

固体氧化物电解池2，与AC/DC转换器1连接接收其输出的电能，与预混器3连接接收其提供的贫H₂/H₂O混合气，该贫H₂/H₂O混合气在固体氧化物电解池2正极反应得到富H₂/H₂O混合气，负极反应得到纯度大于等于99.995％的O₂；

固体氧化物燃料电池4，与固体氧化物电解池2连接接收其得到的富H₂/H₂O混合气，该富H₂/H₂O混合气在固体氧化物燃料电池4的阳极反应得到贫H₂/H₂O混合气；

换热器一5，与固体氧化物燃料电池4连接接收其得到的贫H₂/H₂O混合气，与空气源连接接收空气，对贫H₂/H₂O混合气进行降温，降温后的贫H₂/H₂O混合气通过泵6增压输入至预混器3，升温后的空气输入至换热器7；

换热器二7，与换热器一5连接接收其提供的空气，与固体氧化物燃料电池4连接接收其阴极输出的高温尾气，对空气进行进一步升温，进一步升温后的空气输入至固体氧化物燃料电池4阴极向其提供氧气。

所述固体氧化物燃料电池4与固体氧化物电解池2连接向其提供直流电能。

所述预混器3连接有补给水。

本发明还提供了一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧方法，包括：

利用AC/DC转换器1将交流电转化为直流电并向固体氧化物电解池2提供；

利用预混器3向固体氧化物电解池2提供贫H₂/H₂O混合气，在其正极，通过电解池正极反应将贫H₂/H₂O混合气中的H₂O转化为H₂，输出富H₂/H₂O混合气，同时在其负极产出纯度大于等于99.995％的O₂；

将所得富H₂/H₂O混合气送至固体氧化物燃料电池4的阳极，通过电化学反应将富H₂/H₂O混合气中的H₂转化为H₂O，输出贫H₂/H₂O混合气；

将固体氧化物燃料电池4输出的贫H₂/H₂O混合气送至换热器一5，同时向换热器一5中送入空气，贫H₂/H₂O混合气在换热器一5中降温；

将在换热器一5中降温后的贫H₂/H₂O混合气送入泵6，在泵6中进行增压后，输入到预混器3中，与补给的水进行混合；