[发明专利]一种基于固体氧化物电解池生产可控比例的合成气的方法

说明书

本发明提供了一种基于固体氧化物电解池可控电解还原水和二氧化碳的方法，包括以下步骤，将二氧化碳、氢气和水蒸气的混合气体通入固体氧化物电解池中，经电解后，得到合成气；所述合成气中包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气；所述合成气中，氢气与一氧化碳的摩尔比与所述混合气体中水蒸气和二氧化碳的摩尔比相关联。本发明基于中空平管式高温固体氧化物电解池，采用高温共电解技术，通过控制原料气体的组分，从而实现比例可调控的合成气的生成，通过改变电流大小，对合成气的产量进行控制，并且不改变合成气气体组分，操作条件简单易控，成本低廉，安全环保，效率较高，实现了SOEC长期稳定的生产，为制备合成气提供了新的思路。

技术领域

本发明属于固体氧化物电解池电解二氧化碳技术领域，涉及一种基于固体氧化物电解池可控电解还原水和二氧化碳的方法及系统，尤其涉及一种基于固体氧化物电解池生产可控比例的合成气的方法、一种基于固体氧化物电解池可控电解还原水和二氧化碳的方法及系统。

背景技术

自工业革命以来，人类社会得到快速进步，但是在社会进步的过程中，工业生产、交通运输、生活用电对于能源的需求也在持续增加，使得人们对于石油、煤炭等化石能源的大量消耗，产生了大量的二氧化碳和其他温室气体，进而导致海平面上升、冰川融化等一系列的气候变化。因此，如何有效的控制温室气体的排放，缓解气候变化问题已经是当今社会一个十分重要的任务。

通过电化学催化的方法将二氧化碳和水电解转化为合成气或者其他烃类能源，对降低二氧化碳的排放和提高可再生资源的利用率具有十分重要的意义。该方法可以利用清洁可再生能源产生的电力，由于工业废气中往往含有大量的水蒸气与二氧化碳，因此通过该方法得到氢气与一氧化碳的混合气，进而利用费托反应生成能量值更高的燃料或化工产品，如甲烷、甲醇等，该方法对减少二氧化碳的工业排放和提高可再生能源的利用率具有重要意义。

电化学催化的方法一般有两种，一种是低温溶液电解池电解催化方法、一种是高温固体氧化物电解池电解催化方法。低温溶液电解池电解催化方法，往往是用于电解水，很少会用于电解二氧化碳，因为二氧化碳的碳氧双键较为稳定，且二氧化碳在水中的溶解度较低。并且在电极的选择方面往往会选用铂催化剂，导致较高的成本。对于高温固体氧化物电解池电解催化方法，由于其高效、安全、环保等优点而备受关注。因为电池的工作温度一般在600～1000℃，较高的工作温度降低了电解对于电能的需求，所以可以用于电解水和二氧化碳。目前主流的高温固体氧化物电解池的结构为平板式和管式。

目前关于高温固体氧化物电解池使用较为广泛的结构为平板式和管式。但传统的平板式和管式结构的电解池都存在一些问题。其中平板式容易因为热应力等问题导致电解池翘曲，且较薄的支撑层容易因为氧化的问题而出现破裂的现象，平板式密封性要求较高，对燃料极产物气体的收集较为困难。对管式结构的电解池来说，因为其特殊的结构导致集流能力较弱，体积功率密度和比表面积功率密度不高，且组装困难，成本较高。而且，更主要的是，现有的高温固体氧化物电解池在电解水和二氧化碳时还存在可控性差的问题。

因此，如何找到一种操作简单、低成本、安全、高效的方法，利用高温固体氧化物电解池，实现可控性的电解水和二氧化碳，已经成为领域内众多前沿科研人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种生产可控比例的合成气的方法，尤其涉及一种基于固体氧化物电解池可控电解还原水和二氧化碳的方法。本发明提供的方法仅仅通过改变电流大小，就能够对合成气的产量进行控制，而且不改变合成气气体组分，且操作条件简单易控，成本低廉，安全环保，效率较高。

本发明提供了一种基于固体氧化物电解池可控电解还原水和二氧化碳的方法，包括以下步骤：

将二氧化碳、氢气和水蒸气的混合气体通入固体氧化物电解池中，经电解后，得到合成气；

所述合成气中包括一氧化碳、二氧化碳、氢气和水蒸气；