[發明專利]具有蒸汽生成的電解器系統及其操作方法

在審

• 申請號: 202210551992.1
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN115369434A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 戴維·魏因格特納;安迪·塔;納瓦內塔克里希南·戈文達拉蘇;希哈薩·帕特爾;基姆·阮;南丹·喬西;夏儂·貝爾
• 申請（專利權）人: 博隆能源股份有限公司
• 主分類號: C25B9/60
• 分類號: C25B9/60;C25B9/67;C25B15/08;C25B1/042
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 張世俊

本申請案涉及一種具有蒸汽生成的電解器系統及其操作方法。一種電解器系統包含：蒸汽生成器，其經配置以生成蒸汽；固體氧化物電解槽堆疊，其經配置以使用從所述蒸汽生成器接收的所述蒸汽生成氫氣流；以及水預熱器，其經配置以使用提取自從所述堆疊輸出的氧氣排氣的熱對提供到所述蒸汽生成器的水進行預熱。

優先權申請

本申請案是要求2021年5月18日提交的第63/190,049號美國臨時申請案和2021年6月30日提交的第63/216,995號美國臨時申請案的權益的非臨時申請案，以上美國臨時申請案中的每一個的內容以全文引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及包含固體氧化物電解槽(SOEC)的電解器系統及其操作方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)可作為電解器操作以便產生氫氣和氧氣，稱為固體氧化物電解槽(SOEC)。在SOFC模式中，氧化物離子從陰極側(空氣)輸送到陽極側(燃料)，且驅動力是跨越電解質的氧氣的分壓的化學梯度。在SOEC模式中，正電勢施加到槽的空氣側，并且氧化物離子從燃料側輸送到空氣側。由于陰極和陽極在SOFC與SOEC之間反轉(即，SOFC陰極是SOEC陽極，并且SOFC陽極是SOEC陰極)，因此，SOFC陰極(SOEC陽極)將被稱作空氣電極，且SOFC陽極(SOEC陰極)將被稱作燃料電極。在SOEC模式期間，燃料流中的水減少(H₂O+2e→O^2-+H₂)以形成H₂氣體和O^2-離子，O^2-離子輸送通過固體電解質，并且接著在空氣側上氧化(O^2-到O₂)以產生分子氧。由于用于SOFC以空氣和濕燃料(氫氣、重整天然氣)操作的開路電壓是約0.9到1V(取決于含水量)，因此在SOEC模式中施加于空氣側電極的正電壓將槽電壓升高直到1.1到1.3V的典型操作電壓。

發明內容

在各種實施例中，一種電解器系統包括：蒸汽生成器，其經配置以生成蒸汽；固體氧化物電解槽堆疊，其經配置以使用從所述蒸汽生成器接收的所述蒸汽生成氫氣流；以及水預熱器，其經配置以使用提取自從所述堆疊輸出的氧氣排氣的熱對提供到所述蒸汽生成器的水進行預熱，所述氧氣排氣通常富含具有高于正?？諝獾难鯕夂康目諝?。

在各種實施例中，一種操作電解器系統的方法包括：將蒸汽提供到固體氧化物電解器堆疊中；在所述固體氧化物電解器堆疊中生成氫氣流；以及以下各項中的至少一個：(a)使用提取自從所述堆疊輸出的氧氣排氣的熱對提供到蒸汽生成器的水進行預熱以生成所述蒸汽；或(b)在將所述蒸汽提供到所述堆疊中之前將氫氣混合到所述蒸汽中；或(c)將空氣提供到所述堆疊中；或(d)通過從所述堆疊輸出的氧氣排氣提取熱而對空氣進行預熱，且將所述經預熱的空氣提供到所述堆疊中；或(e)在將所述蒸汽提供到所述堆疊中之前使用從所述氫氣流提取的熱加熱所述蒸汽。

在各種實施例中，一種電解器系統包括：熱箱；中心塔柱，其安置于所述熱箱中且在豎直方向上縱向延伸；固體氧化物電解槽堆疊，其安置于所述熱箱中，包圍所述中心塔柱，且經配置以將蒸汽轉換為氫氣流；以及空氣加熱器，其經配置以對提供到所述堆疊的空氣進行加熱。

在各種實施例中，一種電解器系統包括：熱箱；中心塔柱，其安置于所述熱箱中；固體氧化物電解槽堆疊，其安置于所述熱箱中，且包圍所述中心塔柱，且經配置以接收蒸汽和空氣且輸出氫氣排氣和氧氣排氣；空氣同流換熱器，其經配置以通過從所述堆疊輸出的氧氣排氣提取熱而對提供到所述熱箱的空氣進行預熱；空氣加熱器，其經配置以對從所述空氣同流換熱器輸出的經預熱的空氣進行加熱且將經加熱的空氣提供到所述堆疊；以及蒸汽加熱器，其安置于所述中心塔柱中且經配置以對提供到所述堆疊的蒸汽進行過熱。

附圖說明

圖1A是固體氧化物電解槽(SOEC)堆疊的透視圖，且圖1B是圖1A的堆疊的一部分的側視橫截面圖。