PL247328B1 - Układ oraz sposób wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody - Google Patents
Układ oraz sposób wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody Download PDFInfo
- Publication number
- PL247328B1 PL247328B1 PL447998A PL44799824A PL247328B1 PL 247328 B1 PL247328 B1 PL 247328B1 PL 447998 A PL447998 A PL 447998A PL 44799824 A PL44799824 A PL 44799824A PL 247328 B1 PL247328 B1 PL 247328B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- stream
- electrolyzer
- carbonate
- ceramic
- exhaust gases
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
- C01B3/22—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest układ do wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody, który zawiera dwa połączone ze sobą elektrolizery wysokotemperaturowe: elektrolizer węglanowy (I) i elektrolizer ceramiczny (II), w którym pierwsze wyjście (3) elektrolizera węglanowego (I) skierowane jest na zewnątrz układu, a drugie wyjście (4) połączone jest z wejściem elektrolizera ceramicznego (II). Ponadto przedmiotem zgłoszenia jest sposób produkcji gazu syntezowego ze spalin i wody realizowany za pomocą tego układu.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest układ oraz sposób wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody.
Obecnie do produkcji paliw syntetycznych wymagana jest mieszanina dwutlenku węgla i wodoru lub tlenku węgla i wodoru. Wodór jest wytwarzany w procesie rozkładu metanu w parze wodnej lub elektrolizy, podczas gdy CO2 jest pozyskiwany z gazów spalinowych lub poprzez bezpośrednie spalanie węgla. Ani produkcja wodoru poprzez rozkład metanu w parze wodnej, ani spalanie węgla w celu wytworzenia CO2 nie są metodami przyjaznymi dla środowiska. Co więcej, do produkcji tlenku węgla wykorzystywany jest wodór, który w wodnym reaktorze gazowym rozkłada CO2 na CO, co może być trudne technologicznie.
Proponowane rozwiązanie polega na usprawnieniu tych procesów poprzez bezpośrednie wykorzystanie energii odnawialnej do zasilania dwóch rodzajów elektrolizerów wysokotemperaturowych: węglanowego i ceramicznego. W ten sposób elektrolizer węglanowy będzie pozyskiwał CO2 ze spalania w procesach, w których emisja CO2 jest trudna do uniknięcia (np. w przemyśle cementowym), a elektrolizer ceramiczny będzie pobierał tlen i rozbijał CO2 na tlenek węgla z uzyskanego CO2 i tlenu. Pozwoli to na skostnienie gazu do syntezy paliwa w sposób praktycznie bezpośredni przy użyciu pary i spalin.
Zgodnie z wynalazkiem układ do wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody zawiera dwa połączone ze sobą elektrolizery wysokotemperaturowe: elektrolizer węglanowy i elektrolizer ceramiczny, w którym pierwsze wyjście elektrolizera węglanowego skierowane jest na zewnątrz układu a drugie wyjście połączone jest z wejściem elektrolizera ceramicznego.
Sposób wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody realizowany za pomocą układu składającego się z dwóch połączonych ze sobą elektrolizerów wysokotemperaturowych: węglanowego i ceramicznego, polega na tym, że do elektrolizera wysokotemperaturowego węglanowego jednocześnie wprowadza się pierwszym strumieniem spaliny zawierające mieszaninę gazów: dwutlenek węgla i tlen oraz drugim strumieniem parę wodną, po czym w elektrolizerze węglanowy pod wpływem dostarczonego prądu elektrycznego zachodzi transport jonów z pierwszego strumienia do drugiego strumienia, następnie wytworzone gazy spalinowe zawierające znacznie mniejszą ilość CO2 lub są ich pozbawione kierowane są trzecim strumieniem na zewnątrz elektroliza węglanowego, zaś mieszanina gazów: pary wodnej, dwutlenku węgla, tlenku węgla, oraz tlenu czwartym strumieniem kieruje się wraz z parą wodną w siódmym strumieniu do elektrolizera ceramicznego, w którym pod wpływem dostarczonego prądu elektrycznego następuje odwrotny transport jonów z czwartego strumienia do siódmego strumienia, po czym wytworzony gaz syntezowy w postaci mieszaniny dwutlenku węgla i wodoru kieruje się piątym strumieniem na zewnątrz elektrolizera ceramicznego, a szóstym strumieniem wylotowy kieruje się na zewnątrz elektrolizera ceramicznego mieszaninę pary wodnej i tlenu.
Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się temperatury w zakresie od 500 do 800°C.
Korzystnie stosuje się gęstość prądu w zakresie od 0.15 do 2 A/cm2.
Korzystnie w sposobie według wynalazku transport jonów w elektrolizerze węglanowym i ceramicznym polega na przepływie ujemnie zjonizowanego CO2 i/lub O2 oznaczonego jako jon tlenowy (O=) lub węglanowy (CO3=).
Zaletą sposobu według wynalazku jest zapewnienie sposobu wytworzenia gazu syntezowego z energii odnawialnej za pomocą urządzeń elektrochemicznych, zapobiegając przy tym skomplikowanym procesom separacji CO2 za pomocą instalacji aminowych. Dodatkowo sposób według wynalazku zwiększa efektywność wychwytu CO2 oraz zapewnia odpowiedni stosunek H2 CO2 lub H2OO niezależnie od składu spalin, pracując na zasadzie regulacji energii elektrycznej dostarczanej, czy odbieranej od jego elementów składowych. Na przykład w celu generacji metanu stosunek jaki jest potrzebny to 2:1 (mol owo), ale reaktory Fischera-Tropscha w zależności od zastosowanego katalizatora, oraz syntezowanego paliwa mogą wymagać znacznie innych stosunków co zapewnia sposób według wynalazku. Ponadto zaproponowana konstrukcja układu pozwala na integrację cieplną oraz elektryczna w kompaktowy moduł, gdzie w jednym urządzeniu jony płyną z lewej do prawej strony, a w drugim urządzeniu z prawej do lewej, tj. w jednym przypadku zabierane są dane cząsteczki ze strumienia a w drugim dostarczane do strumienia.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku Fig. 1, który przedstawia schemat układu, który zawiera dwa połączone ze sobą elektrolizery wysokotemperaturowe: elektrolizer węglanowy I i elektrolizer ceramiczny II, w którym pierwsze wyjście 3 elektrolizera węglanowego I skierowane jest na zewnątrz układu a drugie wyjście 4 połączone jest z wejściem elektrolizera ceramicznego II.
PL 247328 BI
Przykładowa realizacja sposobu według wynalazku polega na wytwarzaniu gazu syntezowego ze spalin i wody za pomocą układu składającego się z dwóch połączonych elektrolizerów wysokotemperaturowych: węglanowego I i ceramicznego II, w którym do elektrolizera węglanowego I pierwszym strumieniem 1 doprowadzane są spaliny zawierające mieszaninę gazów, w tym dwutlenek węgla oraz tlen, zaś drugim strumieniem 2 doprowadzana jest para wodna. Pod wpływem dostarczanego prądu elektrycznego o gęstości w zakresie od 0.15 do 2 A/cm2 zachodzi transport jonów z pierwszego strumienia 1 do drugiego strumienia 2, który polega na przepływie ujemnie zjonizowanego CO2 i/lub O2, co oznacza jon tlenowy (0=) lub węglanowy (CO3=). Na wylocie z węglanowego ogniwa paliwowego trzecim strumieniem 3 gazy zawierają znacznie mniejszą ilość CO2, lub w ogóle nie zawierają tego gazu. Następnie czwarty strumień 4 zawierający mieszaninę pary wodnej, dwutlenku węgla, tlenku węgla, oraz tlenu kierowany jest do elektrolizera ceramicznego II, gdzie pod wpływem dostarczanego do niego prądu elektrycznego o gęstości w zakresie od 0.15 do 2 A/cm2 występuje odwrotny w stosunku do poprzedniego transport jonów O=, co skutkuje wytworzeniem mieszaniny CO2 i H2 w piątym strumieniu 5, który to strumień jest gazem syntezowym do dalszej produkcji paliw sztucznych w różnego rodzaju reaktorach (np. Sabatier, Fischera-Tropscha). Elektrolizer ceramiczny II zasilany jest parą wodną w siódmym strumieniu 7, natomiast szósty strumień 6 jest strumieniem wylotowym, który zawiera parę wodną i tlen.
Temperatury sposobu według wynalazku mieszczą się w zakresie od 500 do 800°C, natomiast cieśnienie zależy od technologii do której dostosowany będzie sposób, np. wspomniany wcześniej proces metalizacji wymaga ok. 15 bar, zaś proces Fischera-Tropscha wymaga ciśnienia rzędu kilkudziesięciu do kilkuset bar. Przykładowe zestawienie warunków prowadzenia sposobu wytwarzania gazu syntezowanego w złożu stałym i fluidalnym zostało przedstawione w Tabeli 1.
Tabela 1
| Warunki | Złoże stałe | Złoże fluidalne | ||
| temperatura | 220-255°C | 330°C | ||
| ciśnienie | 2500 kPa | 2300 kPa | ||
| konwersja CO+H2 | 65 | 85 | ||
| stosunek HyCO | 1,7 | 2,8 | ||
| Skład produktu (% obj.) | Złoże stałe | Złoże fluidalne | ||
| gaz płynny (C3-C4) | 5,6 | 7,7 | ||
| ropa naftowa (C5-C11) | 33,4 | 72,3 | ||
| oleje średnic (olej napędowy, opalowy) | 16,6 | 3,4 | ||
| olej woskowy | 10,3 | 3,0 | ||
| średni wosk (temp. topn. 59°C) | 11,8 | - | ||
| wosk twardy (temp. topn. 96°C) | 18,0 | - | ||
| alkohole i ketony | 4,3 | 12,6 | ||
| kwasy organiczne | śladowa ilość | 1,0 | ||
| Selektywność produktu | Cs-C12 | C13-C18 | Cs-Cią | CL1-C14 |
| parafiny | 53 | 65 | 13 | 15 |
| oleimy | 40 | 28 | 70 | 60 |
| aromaty' | 0 | 0 | 5 | 15 |
| alkohole | 6 | 6 | 6 | 5 |
| karbonyle | 1 | 1 | 6 | 5 |
Claims (5)
- Zastrzeżenia patentowe1. Układ do wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody znamienny tym, że zawiera dwa połączone ze sobą elektrolizery wysokotemperaturowe: elektrolizer węglanowy (I) i elektrolizer ceramiczny (II), w kt órym pierwsze wyjście (3) elektrolizera węglanowego (I) skierowane jest na zewnątrz układu a drugie wyjście (4) połączone jest z wejściem elektrolizera ceramicznego (II).
- 2. Sposób wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody znamienny tym, że do elektrolizera wysokotemperaturowego węglanowego (I) jednocześnie wprowadza się pierwszym strumieniem (1) spaliny zawierające mieszaninę gazów: dwutlenek węgla i tlen oraz drugim strumieniem (2) parę wodną, po czym w elektrolizerze węglanowym (I) pod wpływem dostarczonego prądu elektrycznego zachodzi transport jonów z pierwszego strumienia (1) do drugiego strumienia (2), następnie wytworzone gazy spalinowe zawierające znacznie mniejszą ilość CO2 lub są ich pozbawione kierowane są trzecim strumieniem (3) na zewnątrz elektroliza węglanowego (I), zaś mieszanina gazów: pary wodnej, dwutlenku węgla, tlenku węgla oraz tlenu czwartym strumieniem (4) kieruje się wraz z parą wodną w siódmym strumieniu (7) do elektrolizera ceramicznego (II), w którym pod wpływem dostarczonego prądu elektrycznego następuje odwrotny transport jonów z czwartego strumienia (4) do siódmego strumienia (7), po czym wytworzony gaz syntezowy w postaci mieszaniny dwutlenku węgla i wodoru kieruje się piątym strumieniem (5) na zewnątrz elektrolizera ceramicznego (II), a szóstym strumieniem wylotowym (6) kieruje się na zewnątrz elektrolizera ceramicznego (II) mieszaninę pary wodnej i tlenu.
- 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się temperatury w zakresie od 500 do 800°C.
- 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się gęstość prądu w zakresie od 0.15 do 2 A/cm2.
- 5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że transport jonów w elektrolizerze węglanowym (I) i ceramicznym (II) polega na przepływie ujemnie zjonizowanego CO2 i/lub O2 oznaczonego jako jon tlenowy (O=) lub węglanowy (CO3=).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL447998A PL247328B1 (pl) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | Układ oraz sposób wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL447998A PL247328B1 (pl) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | Układ oraz sposób wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL447998A1 PL447998A1 (pl) | 2024-09-02 |
| PL247328B1 true PL247328B1 (pl) | 2025-06-16 |
Family
ID=92593974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL447998A PL247328B1 (pl) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | Układ oraz sposób wytwarzania gazu syntezowego ze spalin i wody |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL247328B1 (pl) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2547696A (en) * | 2016-02-26 | 2017-08-30 | John Brown Allan | Method of reclaiming and utilizing water and carbon dioxide from the exhaust to create near zero greenhouse gas emission exhaust system |
| US9981846B1 (en) * | 2017-01-09 | 2018-05-29 | Millenium Synthfuels Corporation | Exhaust gas conversion to syngas |
-
2024
- 2024-03-13 PL PL447998A patent/PL247328B1/pl unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2547696A (en) * | 2016-02-26 | 2017-08-30 | John Brown Allan | Method of reclaiming and utilizing water and carbon dioxide from the exhaust to create near zero greenhouse gas emission exhaust system |
| US9981846B1 (en) * | 2017-01-09 | 2018-05-29 | Millenium Synthfuels Corporation | Exhaust gas conversion to syngas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL447998A1 (pl) | 2024-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ortiz et al. | Hydrogen production research in Mexico: A review | |
| US5479462A (en) | Method for producing methanol by use of nuclear heat and power generating plant | |
| King et al. | Comprehensive process and environmental impact analysis of integrated DBD plasma steam methane reforming | |
| EP3359627B1 (en) | Sustainable energy system | |
| US20140316016A1 (en) | Conversion of Carbon Dioxide to Hydrocarbons Via Hydrogenation | |
| AU4376401A (en) | Method for the gasification of coal | |
| Petrov et al. | Influence of regional features of psycho-emotional state of the Russian society on road accidents severity | |
| US20250263351A1 (en) | Process for producing synthetic hydrocarbons from carbon dioxide | |
| CN110177880A (zh) | 用于从生物气制备有机化合物的方法和装置 | |
| WO2020023452A1 (en) | Methods and systems for the generation of high purity hydrogen with co2 capture from biomass and biogenic wastes | |
| Candelaresi et al. | Introduction: The power-to-fuel concept | |
| Nikolaidis et al. | Power-to-hydrogen concepts for 100% renewable and sustainable energy systems | |
| Skorek et al. | the use of Methane in practical solutions of environmental engineering | |
| CN105745402B (zh) | 通过回收热机的循环过程中的能量载体进行能量转化的方法 | |
| US20250066190A1 (en) | Method and system for the production of synthesis gas, by means of an oxy-flame, from various sources of carbon and hydrogen | |
| JP2023540156A (ja) | 二酸化炭素排出削減の手段としての不完全燃焼 | |
| US11383977B1 (en) | Incomplete combustion as a means of reducing carbon dioxide emissions | |
| US20250230044A1 (en) | Stable qualified clean hydrogen production process and system | |
| Ioelovich | Thermodynamic analysis of methanol synthesis | |
| Lăzăroiu et al. | Defining of criteria for flue gas decarbonization efficiency in methanation reactors with membrane technology | |
| Mendes et al. | 8 Plasma-Assisted | |
| Lazaroiu et al. | CONCEPTUAL ANALYSIS ON THE USE OF HYDROGEN TO REDUCE CO2 EMISSIONS FROM FLUE GASES | |
| Chowdhury et al. | Model of an environment-friendly and sustainable power plant | |
| KR20250015453A (ko) | 친환경 연료 생산 시스템 | |
| Volkova et al. | SOFC power plant with circulating fluidized bed gasifier |