CN220703811U - 固体氧化物电解池电解制氧系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电解水制氧技术领域，提供一种固体氧化物电解池电解制氧系统，固体氧化物电解池电解制氧系统包括：电堆，设有阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口；水蒸汽供应机构，与阴极入口连通，以供应并加热水蒸汽；氢气回收机构，与阴极出口连通，以回收电解产生的氢气；吹扫气供应机构，与阳极入口连通，以供应并加热吹扫气；氧气分离机构，与阳极出口连通，设有氧气出口和吹扫气出口，吹扫气出口与吹扫气供应机构连通，以分离吹扫气和氧气，并将分离后的吹扫气通入吹扫气供应机构。本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，通过氧气分离机构分离吹扫气和氧气制取纯氧，并将吹扫气重新通入阳极吹扫，降低了吹扫气消耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解水制氧技术领域，尤其涉及一种固体氧化物电解池电解制氧系统。
背景技术
高纯氧在冶金、化工、国防、医疗保健等行业都有广泛的运用，工业制取氧气主要有空气分离法、化学法、水电解法；空气分离法又分为低温法、吸附法和膜分离法，其中，吸附法和膜分离法制取的氧气纯度较低，分别只有90-93％和40-50％；低温法可制的纯度较高的氧气99.6％，但该方法投资成本高、能耗大、占地面积大，而且受原料液的影响，产品质量不稳定，且总烃含量会超标；而化学法则对资源消耗较大；电解水法，制取的氧气纯度也较高，但会受到水溶性杂质和水分的影响，需进一步处理。
固体氧化物电解池(SOEC，solid oxide electrolysis cell)在高温下，能高效的使用电能和热能，将水分解为氢气和氧气的设备；该设备将水电解后，氧离子通过电解质进入氧电极端，并失去电子生成氧气，所生产的氧气纯度较高；但目前阳极使用空气作为吹扫气，与生产的高纯氧混合后直接排放，浪费了高纯氧资源。
实用新型内容
本实用新型提供一种固体氧化物电解池电解制氧系统，用以解决现有技术中对电极使用空气吹扫，空气消耗量大的问题。
本实用新型提供一种固体氧化物电解池电解制氧系统，包括：
电堆，设有阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口；
水蒸汽供应机构，与所述阴极入口连通，用于供应并加热水蒸汽；
氢气回收机构，与所述阴极出口连通，用于回收电解产生的氢气；
吹扫气供应机构，与所述阳极入口连通，用于供应并加热吹扫气；
氧气分离机构，与所述阳极出口连通，设有氧气出口和吹扫气出口，所述吹扫气出口与所述吹扫气供应机构连通，所述氧气分离机构用于分离吹扫气以及电解产生的氧气，并将分离后的所述吹扫气通入所述吹扫气供应机构。
所述吹扫气为二氧化碳、氮气或单组分惰性气体中的一种。
根据本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，所述氧气分离机构包括吹扫气回收换热器和吸收器；
所述吸收器用于容置吸附剂，以吸附所述吹扫气；所述吸收器设有尾气入口、吸附剂入口、吸附剂出口以及所述氧气出口；
所述吹扫气回收换热器设有第一换热管道和第二换热管道，所述第一换热管道与所述尾气入口和所述阳极出口连通，所述第二换热管道分别与所述吸附剂出口、所述吸附剂入口和所述吹扫气出口连通。
根据本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，所述吹扫气回收换热器有多个，各所述吹扫气回收换热器中的所述第一换热管道依次连通，各所述吹扫气回收换热器中的所述第二换热管道依次连通；
位于一端的所述吹扫气回收换热器的所述第一换热管道与所述阳极出口连通，且其对应的所述第二换热管道与所述吸附剂出口连通；位于另一端的所述吹扫气回收换热器的所述第一换热管道与所述尾气入口连通，且其对应的所述第二换热管道与所述吸附剂入口连通。
根据本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，所述氧气分离机构还包括冷却器和吸收器管路，所述吹扫气回收换热器的所述第二换热管道通过所述吸收器管路与所述吸附剂入口连通，所述冷却器设置于所述吸收器管路。
根据本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，所述吹扫气供应机构还包括吹扫气旁路，所述吹扫气供应机构通过所述吹扫气旁路与所述尾气入口连通。
根据本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，所述吹扫气供应机构，包括吹扫气供应管道、第一换热器管道和第一电加热器管道；
所述第一换热器包括第三换热管道和第四换热管道；所述吹扫气供应管道、所述第三换热管道、所述第一电加热器和所述阳极入口依次连通；所述吹扫气供应管道还与所述吹扫气出口连通；
所述阳极出口通过所述第四换热管道与所述氧气分离机构连通。
根据本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，所述氢气回收机构包括冷凝器、气水分离器、氢气循环管和氢气收集管；
所述气水分离器设有进口、排水口、排气口，所述排水口用于排出液态水；所述冷凝器分别与所述阴极出口和所述进口连通，用于降低所述阴极出口排出的水蒸汽和氢气的温度；所述氢气循环管分别与所述排气口、所述水蒸汽供应机构和所述氢气收集管连通，所述氢气循环管用于将所述排气口排出的部分氢气通入所述氢气收集管排出以供收集，剩余氢气通入所述水蒸汽供应机构。
根据本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，所述水蒸汽供应机构包括水蒸汽供应管道、第二换热器和第二电加热器；
第二换热器包括第五换热管道和第六换热管道；所述水蒸汽供应管道、所述第五换热管道、所述第二电加热器和所述阴极入口依次连通；所述水蒸汽供应管道还与所述氢气循环口连通；
所述阴极出口通过所述第六换热管道与所述冷凝器连通。
根据本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，所述氧气分离机构包括渗透分离器，所述渗透分离器中设有渗透膜，所述渗透膜用于阻隔所述吹扫气并允许氧气通过，所述渗透膜将所述渗透分离器内分隔为混合气腔和氧气腔，所述氧气腔与所述氧气出口连通；所述混合气腔与所述阳极出口连通，并通过所述吹扫气出口与所述吹扫气供应机构连通。
本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统，通过将水蒸汽加热至电解适宜温度后由阴极入口通入电堆，在电堆的阴极电解，在阴极和阳极分别产生氢气和氧气，通过设置氢气回收机构以分离并回收阴极出口流出的氢气；同时，使用二氧化碳等单组分气体作为吹扫气，并通过吹扫气供应机构不断加热后的吹扫气由阳极入口通入电堆，从而将阳极产生的氧气由阳极出口吹出，将吹扫气改为二氧化碳等单组分气体，增大了阳极和阴极之间的浓度差，有利于使电解质中的氧离子由阴极扩散至阳极，进而提高制氧效率；此外，使用二氧化碳等单组分气体作为吹扫气，只需分离出一种气体，降低了提纯难度，通过设置氧气分离机构将吹扫气和氧气分离以制取提纯氧气，并将分离后的吹扫气则重新通入吹扫气供应机构用于吹扫，有效减少了吹扫气的消耗，节约资源，同时将高纯氧进行收集，有效解决了现有技术中对氧气资源浪费的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的固体氧化物电解池电解制氧系统的系统示意图；
图2是本实用新型实施例提供的氧气分离机构的系统示意图；
图3是本实用新型实施例提供的吹扫气回收换热器的系统示意图；
图4是本实用新型另一实施例提供的固体氧化物电解池电解制氧系统的系统示意图；
图5是本实用新型实施例提供的氢气回收机构的系统示意图
图6是本实用新型又一实施例提供的固体氧化物电解池电解制氧系统的示意图；
图7是本实用新型又一实施例提供的氧气分离机构的系统示意图；
图8是本实用新型实施例提供的固体氧化物电解池电解制氧系统的制氧方法的流程图；
附图标记：
1、固体氧化物电解池电解制氧系统；
11、电堆；12、水蒸汽供应机构；13、氢气回收机构；14、吹扫气供应机构；15、氧气分离机构；
111、阳极入口；112、阳极出口；113、阴极入口；114、阴极出口；121、水蒸汽供应管道；122、第二换热器；123、第二电加热器；131、冷凝器；132、气水分离器；133、氢气循环管；134、氢气收集管；141、吹扫气旁路；142、吹扫气供应管道；143、第一换热器；144、第一电加热器；151、氧气出口；152、吹扫气出口；153、吹扫气回收换热器；154、吸收器；155、冷却器；156、吸收器管路；157、渗透分离器；
1321、进口； 1322、排水口； 1323、排气口；
1221、第五换热管道； 1222、第六换热管道；
1431、第三换热管道； 1432、第四换热管道；
1531、第一换热管道； 1532、第二换热管道；
1541、尾气入口；1542、吸附剂入口；1543、吸附剂出口；
1571、渗透膜；1572、混合气腔；1573、氧气腔。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合图1至图7描述本实用新型提供的固体氧化物电解池电解制氧系统。
如图1所示，本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统1包括电堆11、水蒸汽供应机构12、氢气回收机构13、吹扫气供应机构14和氧气分离机构15；电堆11设有阳极入口111、阳极出口112、阴极入口113和阴极出口114；水蒸汽供应机构12与阴极入口113连通，用于供应并加热水蒸汽；氢气回收机构13与阴极出口114连通，用于回收电解产生的氢气；吹扫气供应机构14与阳极入口111连通，用于供应并加热吹扫气；氧气分离机构15与阳极出口112连通，设有氧气出口151和吹扫气出口152，吹扫气出口152与吹扫气供应机构14连通，氧气分离机构15用于分离吹扫气以及电解产生的氧气，并将分离后的吹扫气通入吹扫气供应机构14。
在本实施例中，通过设置水蒸汽供应机构12，供应并加热水蒸汽，将水蒸汽加热至电解反应的适宜温度，并将水蒸汽由阴极入口113通入电堆11，以便在电堆11对水蒸汽进行电解，使电堆11的阳极产生氧气，阴极产生氢气；通过将阴极出口114与氢气回收机构13连通，阴极产生的氢气和部分水蒸汽从阴极出口114通入氢气回收机构13，氢气回收机构13分离并回收产生的氢气；同时，通过设置吹扫气供应机构14，将吹扫气加热至电解反应的适宜温度，并将吹扫气不断由阳极入口111通入电堆11，将阳极产生的氧气不断由阳极出口112吹出，能够有效增大阳极和阴极之间的浓度差，有利于使电解质中的氧离子扩散由阴极扩散至阳极，以提高制氧效率；阳极出口112吹出的吹扫气和氧气通入氧气分离机构15，氧气分离机构15将吹扫气和氧气分离后，将氧气由氧气出口151送出以进行收集，保证氧气的纯度；而分离后的吹扫气则重新通入吹扫气供应机构14，重新用于吹扫，使吹扫气能够被反复利用，有效减少了吹扫气的消耗，节约资源。
本实用新型的固体氧化物电解池电解制氧系统1，通过将水蒸汽加热至电解适宜温度后由阴极入口113通入电堆11，在电堆11的阴极电解，在阴极和阳极分别产生氢气和氧气，避免氧气、氢气和水蒸汽互相混合，有利于氧气的提纯收集；通过设置氢气回收机构13以分离并回收阴极出口114流出的氢气；同时，通过吹扫气供应机构14不断将加热后的吹扫气由阳极入口111通入电堆11，从而将阳极产生的氧气由阳极出口112吹出，以增大阳极和阴极之间的浓度差，有利于使电解质中的氧离子扩散由阴极扩散至阳极，进而提高制氧效率；此外，通过设置氧气分离机构15将吹扫气和氧气分离以制取提纯氧气，并将分离后的吹扫气则重新通入吹扫气供应机构14用于吹扫，有效减少了吹扫气的消耗，节约资源，有效解决了现有技术中对电极使用空气吹扫，空气消耗量大的问题。
具体地，吹扫气通常采用单一组分的气体，例如二氧化碳、氮气或某种惰性气体。通过采用单一组分的吹扫气，吹扫气和氧气更易于分离，有利于简化吹扫气供应机构14结构，并提高分离提纯的效率，也更方便将分离后的吹扫气重新通入吹扫气供应机构14。
具体地，在一些实施例中，如图1和图2所示，氧气分离机构15包括吹扫气回收换热器153和吸收器154；吸收器154用于容置吸附剂，以吸附吹扫气；吸收器154设有尾气入口1541、吸附剂入口1542、吸附剂出口1543以及氧气出口151；吹扫气回收换热器153设有第一换热管道1531和第二换热管道1532，第一换热管道1531与尾气入口1541和阳极出口112连通，第二换热管道1532分别与吸附剂出口1543、吸附剂入口1542和吹扫气出口152连通。
在本实施例中，通过将第一换热管道1531与尾气入口1541和阳极出口112连通，阳极出口112流出的吹扫气和氧气通入第一换热管道1531，吹扫气和氧气在第一换热管道1531中与第二换热管道1532中的吸附剂换热后，温度降低至吸附反应的适宜温度，吹扫气和氧气通过尾气入口1541进入吸收器154，吹扫气被吸附剂吸附，提纯后的氧气由氧气出口151送出以进行收集；同时，通过将第二换热管道1532分别与吸附剂出口1543、吸附剂入口1542和吹扫气出口152连通，以便吸附剂通过吸附剂出口1543和吸附剂入口1542在吸收器154和第二换热管道1532间循环流动，吸附了吹扫气的吸附剂通过吸附剂出口1543进入第二换热管道1532后被第一换热管道1531中的吹扫气和氧气加热，吸附剂将吹扫气释放后通过吸附剂入口1542重新流入吸收器154，释放的吹扫气则通过吹扫气出口152进入吹扫气供应机构14，吸附剂和吹扫气均能够重复利用，既不对外界产生排放，也有效节约了资源。
具体地，第二换热管道1532通过两根管道分别与吸附剂出口1543、吸附剂入口1542连通，两根管道上均设有泵和控制阀来控制吸附剂的流速，进而控制吸附剂的循环速率。吸附剂的循环速率根据吸收器154中对吹扫气的吸附速率需求进行调整，以使吸收器154的吸收能力能够更好地满足氧气的产能需求。
可选地，吸收器154可以设置于第二换热管道1532的上方，第二换热管道1532通过两根管道分别与吸附剂出口1543、吸附剂入口1542，在第二换热管道1532与吸附剂入口1542之间的管道上设置泵和控制阀，以将第二换热管道1532中的吸附剂抽入吸收器154，另一根管道上只需设置控制阀，管道内的吸附剂受重力作用由吸收器154流入第二换热管道1532，结构更加简单，有利于降低能耗。
容易理解的是，吸收器154也可以设置于第二换热管道1532的上方，结构和技术效果与上述实施例类似，在此不再赘述。
在一个具体实施例中，如图3所示，第一换热管道1531包括位于吹扫气回收换热器153内部两端的空腔以及于两个空腔均连通的多根管道，两个空腔分别与阳极出口112和尾气入口1541连通，用于对吹扫气和氧气进行缓冲，并引导其进入多根管道；第二换热管道1532位于两个空腔之间，并套设于多根管道外，吸附剂出口1543、吸附剂入口1542和吹扫气出口152由第二换热管道1532外侧与第二换热管道1532连通；通过在空腔间设置多根管道，能够增大吹扫气和氧气的混合尾气和吸附剂间的换热面积，从而提高换热效率，进而提高吸附剂释放吹扫气的效率。
在一个具体实施例中，吹扫气为二氧化碳，吸附剂为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇氨中的一种。这些吸附剂在吸附二氧化碳后，能在加热后重新释放二氧化碳，以便对二氧化碳和吸附剂反复利用。
在一些实施例中，如图4所示，吹扫气回收换热器153有多个，各吹扫气回收换热器153中的第一换热管道1531依次连通，各吹扫气回收换热器153中的第二换热管道1532依次连通；位于一端的吹扫气回收换热器153的第一换热管道1531与阳极出口112连通，且其对应的第二换热管道1532与吸附剂出口1543连通；位于另一端的吹扫气回收换热器153的第一换热管道1531与尾气入口1541连通，且其对应的第二换热管道1531与吸附剂入口1542连通。
在本实施例中，通过将多个吹扫气回收换热器153的第一换热管道1531和第二换热管道1532依次连通，形成多级换热结构；通过将位于一端的吹扫气回收换热器153的第一换热管道1531与阳极出口112连通，并将第二换热管道1532与，阳极出口112流出的吹扫气和氧气依次流过多个吹扫气回收换热器153的第一换热管道1531，同时，吸收了吹扫气的吸附剂由吸附剂出口1543依次流过多个吹扫气回收换热器153的第二换热管道1532，实现吹扫气和氧气的混合尾气和吸附剂之间的多级换热，使换热更加充分，即使吹扫气和氧气的混合尾气能够充分降温，也能使吸附剂受到充分加热，从而充分释放吹扫气，结构简单，使用效果好。
进一步地，在一些实施例中，吹扫气出口152有多个，与多个第二换热管道1532一一对应连通。多个第二换热管道1532中吸附剂释放的吹扫气能通过相应连通的吹扫气出口152重新通入吹扫气供应机构14。
在一些实施例中，如图2所示，氧气分离机构15还包括冷却器155和吸收器管路156，吹扫气回收换热器153的第二换热管道1532通过吸收器管路156与吸附剂入口1542连通，冷却器155设置于吸收器管路156。
在本实施例中，释放了吹扫气的吸附剂通过吸收器管路156回流入吸收器154中，以吸附吹扫气；通过在吸收器管路156设置冷却器155以对吸收器管路156内流过的吸附剂冷却，使吸附剂的温度将至吸附反应的适宜温度。
具体地，冷却器155可以为风冷器或者水冷管路。
在一些实施例中，如图1和图4所示，吹扫气供应机构14还包括吹扫气旁路141，吹扫气供应机构14通过吹扫气旁路141与尾气入口1541连通。
在本实施例中，通过设置吹扫气旁路141，当尾气入口1541的吹扫气和氧气的混合尾气的温度过高时，吹扫气供应机构14可以将未加热的低温吹扫气由尾气入口1541通入，以降低混合尾气温度，达到吸附适宜温度，结构简单，实用性强。
具体地，在一些实施例中，尾气入口1541内设有温度传感器，吹扫气旁路141上设有控制阀，温度传感器与控制阀电连接；温度传感器用于测量尾气入口1541处混合尾气温度，并根据混合尾气温度控制控制阀的开关以及开度大小，以调节吹扫气旁路141中的吹扫气流量，进而调节尾气入口1541混合尾气的温度。
在一些实施例中，如图1和图4所示，吹扫气供应机构14包括吹扫气供应管道142、第一换热器143和第一电加热器144；第一换热器143包括第三换热管道1431和第四换热管道1432；吹扫气供应管道142、第三换热管道1431、第一电加热器144和阳极入口111依次连通；吹扫气供应管道142还与吹扫气出口152连通；阳极出口112通过第四换热管道1432与氧气分离机构15连通。
在本实施例中，吹扫气供应管道142用于将外部通入的吹扫气和吹扫气出口152通入的回收的吹扫气依次通入第三换热管道1431和第一电加热器144中进行加热，加热后的吹扫气由阳极入口111通入电堆11进行吹扫；阳极出口112流出的吹扫气和氧气的混合尾气通入第四换热管道1432中，与第三换热管道1431中的吹扫气换热，以回收高温混合尾气中的热量来加热低温的吹扫气，充分利用了吹扫气和氧气的混合尾气的余热，提高了设备的能量效率。
在一些实施例中，如图1、图4和图5所示，氢气回收机构13包括冷凝器131、气水分离器132、氢气循环管133和氢气收集管134；气水分离器132设有进口1321、排水口1322、排气口1323，排水口1322用于排出液态水；冷凝器131分别与阴极出口114和进口1321连通，用于降低阴极出口114排出的水蒸汽和氢气的温度；氢气循环管133分别与排气口1323、水蒸汽供应机构12和氢气收集管134连通，氢气循环管133用于将排气口1323排出的部分氢气通入氢气收集管134，剩余氢气通入水蒸汽供应机构12。
在本实施例中，水蒸汽在电堆11中电解生成氢气后，部分水蒸汽和氢气从阴极出口114排出并通入冷凝器131后，水蒸汽和氢气在冷凝器131中降温，水蒸汽液化为液态水，液态水和氢气由冷凝器131由进口1321通入气水分离器132后，液态水由排水口1322排出，氢气则由排气口1323通入氢气循环管133，氢气循环管133中的部分氢气通入氢气收集管134以供收集，剩余氢气则直接通入水蒸汽供应机构12，作为电堆11阳极气体的载气和吹扫气。
具体地，在一些实施例中，如图1和图4所示，水蒸汽供应机构12包括水蒸汽供应管道121、第二换热器122和第二电加热器123；第二换热器122包括第五换热管道1221和第六换热管道1222；水蒸汽供应管道121、第五换热管道1221、第二电加热器123和阴极入口113依次连通；水蒸汽供应管道121还与氢气循环管133连通；阴极出口114通过第六换热管道1222与冷凝器131连通。
在本实施例中，水蒸汽供应管道121用于将外部通入的水蒸汽和氢气循环管133通入的氢气依次通过第五换热管道1221和第二电加热器123中进行加热，加热后的混合气由阴极入口113通入电堆11进行电解；阴极出口114排出的水蒸汽和氢气的混合气通入第六换热管道1222中，与第五换热管道1221中的混合气换热，以回收高温混合气中的热量来加热低温的混合气，充分利用了高温混合气的余热，提高了设备的能量效率。
可选地，在另一些实施例中，如图6和图7所示，氧气分离机构15包括渗透分离器157，渗透分离器157中设有渗透膜1571，渗透膜1571用于阻隔吹扫气并允许氧气通过，渗透膜1571将渗透分离器157内分隔为混合气腔1572和氧气腔1573，氧气腔1573与氧气出口151连通；混合气腔1572与阳极出口112连通，并通过吹扫气出口152与吹扫气供应机构14连通。
在本实施例中，阳极出口112排出的吹扫气和氧气的混合尾气通入混合气腔1572；通过在混合气腔1572和氧气腔1573之间设置仅允许氧气通过的渗透膜1571，使氧气能够通入氧气腔1573并通入氧气出口151以供收集；吹扫气则存留于混合气腔1572中，并由吹扫气出口152重新通入吹扫气供应机构14，以进行吹扫，结构简单，无需使用吸附剂，实用性强。
第二方面，本实用新型还提供一种利用上述任一实施例的固体氧化物电解池电解制氧系统1的制氧方法。本实用新型的制氧方法通过利用上述实施例的固体氧化物电解池电解制氧系统1，也具有上述固体氧化物电解池电解制氧系统1的优点，在此不再赘述。如图8所示，本实用新型的制氧方法包括如下步骤：
步骤S101：将水蒸汽加热后通入阴极，将吹扫气加热后通入阳极，对水蒸汽进行电解，使生成的氧气随吹扫气排出。
水蒸汽和吹扫气在通入前，需要先对水蒸汽和吹扫气加热，使水蒸汽和吹扫气达到适宜进行电解反应的温度，接着将水蒸汽和吹扫气分别通入电堆11的阴极和阳极，高温水蒸汽和高温吹扫气有利于将电堆11内的温度维持在适宜进行电解反应的温度，以便对水蒸汽进行电解，水蒸汽在阴极电解，生成氢气和氧离子，氧离子通过电解质扩散至阳极，在阳极生成氧气，吹扫气将氧气吹扫排出电堆11，吹扫气使用二氧化碳、氮气或单组分惰性气体中的一种，使混合氧气和吹扫气的尾气也具有高纯度，同时有效增大阳极和阴极之间的浓度差，有利于使电解质中的氧离子扩散由阴极扩散至阳极，以提高制氧效率。
步骤S102：将混合有氧气和吹扫气的尾气通入氧气分离机构，分离氧气和吹扫气。
通过对阳极入口111持续通入吹扫气，吹扫气将阳极生成的氧气通过阳极出口112带入氧气分离机构15，在氧气分离机构15中通过吸附剂吸附尾气中的吹扫气，或者通过渗透膜1571滤除尾气中的吹扫气，从而得到高纯度的氧气。
步骤S103：收集分离后的氧气，并将吹扫气重新加热并通入阳极入口进行吹扫。
将尾气中的吹扫气分离后，将高纯度的氧气通过氧气分离机构15的氧气出口151通入收集容器或装置中，以供运输或使用；而被吸附剂吸附的吹扫气，可以通过脱附反应(通常为加热)使吸附剂释放吹扫气，并将吹扫气通过氧气分离机构15的吹扫气出口152重新排出，在加热后重新通入阳极入口111进行吹扫，或者，将渗透膜1571滤除的吹扫气通过氧气分离机构15的吹扫气出口152重新排出，在加热后重新通入阳极入口111进行吹扫。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，包括：
电堆，设有阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口；
水蒸汽供应机构，与所述阴极入口连通，用于供应并加热水蒸汽；
氢气回收机构，与所述阴极出口连通，用于回收电解产生的氢气；
吹扫气供应机构，与所述阳极入口连通，用于供应并加热吹扫气；
氧气分离机构，与所述阳极出口连通，设有氧气出口和吹扫气出口，所述吹扫气出口与所述吹扫气供应机构连通，所述氧气分离机构用于分离吹扫气以及电解产生的氧气，并将分离后的所述吹扫气通入所述吹扫气供应机构。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，所述氧气分离机构包括吹扫气回收换热器和吸收器；
所述吸收器用于容置吸附剂，以吸附所述吹扫气；所述吸收器设有尾气入口、吸附剂入口、吸附剂出口以及所述氧气出口；
所述吹扫气回收换热器设有第一换热管道和第二换热管道，所述第一换热管道与所述尾气入口和所述阳极出口连通，所述第二换热管道分别与所述吸附剂出口、所述吸附剂入口和所述吹扫气出口连通。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，所述吹扫气回收换热器有多个，各所述吹扫气回收换热器中的所述第一换热管道依次连通，各所述吹扫气回收换热器中的所述第二换热管道依次连通；
位于一端的所述吹扫气回收换热器的所述第一换热管道与所述阳极出口连通，且其对应的所述第二换热管道与所述吸附剂出口连通；位于另一端的所述吹扫气回收换热器的所述第一换热管道与所述尾气入口连通，且其对应的所述第二换热管道与所述吸附剂入口连通。
4.根据权利要求2所述的固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，所述氧气分离机构还包括冷却器和吸收器管路，所述吹扫气回收换热器的所述第二换热管道通过所述吸收器管路与所述吸附剂入口连通，所述冷却器设置于所述吸收器管路。
5.根据权利要求2所述的固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，所述吹扫气供应机构还包括吹扫气旁路，所述吹扫气供应机构通过所述吹扫气旁路与所述尾气入口连通。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，所述吹扫气供应机构，包括吹扫气供应管道、第一换热器管道和第一电加热器管道；
所述第一换热器包括第三换热管道和第四换热管道；所述吹扫气供应管道、所述第三换热管道、所述第一电加热器和所述阳极入口依次连通；所述吹扫气供应管道还与所述吹扫气出口连通；
所述阳极出口通过所述第四换热管道与所述氧气分离机构连通。
7.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，所述氢气回收机构包括冷凝器、气水分离器、氢气循环管和氢气收集管；
所述气水分离器设有进口、排水口、排气口，所述排水口用于排出液态水；所述冷凝器分别与所述阴极出口和所述进口连通，用于降低所述阴极出口排出的水蒸汽和氢气的温度；所述氢气循环管分别与所述排气口、所述水蒸汽供应机构和所述氢气收集管连通，所述氢气循环管用于将所述排气口排出的部分氢气通入所述氢气收集管排出以供收集，剩余氢气通入所述水蒸汽供应机构。
8.根据权利要求7所述的固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，所述水蒸汽供应机构包括水蒸汽供应管道、第二换热器和第二电加热器；
第二换热器包括第五换热管道和第六换热管道；所述水蒸汽供应管道、所述第五换热管道、所述第二电加热器和所述阴极入口依次连通；所述水蒸汽供应管道还与所述氢气循环口连通；
所述阴极出口通过所述第六换热管道与所述冷凝器连通。
9.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池电解制氧系统，其特征在于，所述氧气分离机构包括渗透分离器，所述渗透分离器中设有渗透膜，所述渗透膜用于阻隔所述吹扫气并允许氧气通过，所述渗透膜将所述渗透分离器内分隔为混合气腔和氧气腔，所述氧气腔与所述氧气出口连通；所述混合气腔与所述阳极出口连通，并通过所述吹扫气出口与所述吹扫气供应机构连通。
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|---|---|---|---|---|
| CN117735744A (zh) * | 2023-11-27 | 2024-03-22 | 紫金矿业新能源新材料科技(长沙)有限公司 | 矿山多清洁能源利用系统 |
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- 2023-09-01 CN CN202322373252.6U patent/CN220703811U/zh active Active
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