RO120736B1 - Procedeu şi celulă de combustie pentru producereacurentului electric - Google Patents

Procedeu şi celulă de combustie pentru producereacurentului electric Download PDF

Info

Publication number
RO120736B1
RO120736B1 ROA200400748A RO200400748A RO120736B1 RO 120736 B1 RO120736 B1 RO 120736B1 RO A200400748 A ROA200400748 A RO A200400748A RO 200400748 A RO200400748 A RO 200400748A RO 120736 B1 RO120736 B1 RO 120736B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
electrolyte
cathode
anode
tube
porous
Prior art date
Application number
ROA200400748A
Other languages
English (en)
Inventor
Ovidiu Păcală
Mirela Păcală
Teodorescu Adrian Ciocănea
Original Assignee
Ovidiu Păcală
Mirela Păcală
Teodorescu Adrian Ciocănea
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ovidiu Păcală, Mirela Păcală, Teodorescu Adrian Ciocănea filed Critical Ovidiu Păcală
Priority to ROA200400748A priority Critical patent/RO120736B1/ro
Priority to PCT/RO2005/000010 priority patent/WO2006025758A2/en
Publication of RO120736B1 publication Critical patent/RO120736B1/ro

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/405—Cogeneration of heat or hot water
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de generare a curentului electric, în care hidrogenul sulfurat dizolvat într-un electrolit lichid de NaCl este oxidat electrochimic într-un mediu presurizat, p = 2 - 20 MPa şi o temperatură de 9...150°C. Alimentarea cu oxigen se face prin intermediul unui element poros, sub presiune strict controlată în raport cupresiunea de lucru. Oxidarea ionilor H3O+ şi HS- în electrolit, la suprafaţa elementului poros, conduce la încărcarea cu sarcină pozitivă a elementului poros şi producerea de apă şi energie termică, ce sunt disipate în electrolit, tensiunea dintre un anod şi elementul poros fiind o funcţie de parametrii de reacţie. Pe parcursul procedeului, temperatura şi concentraţiile electrolitului şi hidrogenului sulfurat sunt menţinute prin reformarea amestecului H2S + electrolit şi prin îndepărtarea sulfului coloidal rezultat la suprafaţa anodului, prin filtrarea amestecului.

Description

Invenția se referă la un procedeu și la o celulă de combustie pentru producerea curentului electric prin oxidarea electrochimică a hidrogenului sulfurat.
Procedeul obținerii curentului electric prin oxidarea electrochimică a unui combustibil, este cunoscut încă din anii 1930. Practic, din considerente de randament, timp de viață, preț de fabricație, dar și în funcție de tipul de combustibil disponibil pe scară largă (sau ușor de stocat în caz de izolare - stații în ținuturi ostile vieții sau/și neelectrificate, mijloace mobile care necesită independență electrică, ca de exemplu navetele spațiale), în funcție de catalizator și electrolit, s-au dezvoltat și se folosesc următoarele procedee:
1. procedeul oxidării electrochimice a hidrogenului;
2. procedeul oxidării electrochimice a hidrogenului diluat cu gaz metan, dioxid de carbon și apă și curățat/ spălat de (urmele de) monoxid de carbon;
3. procedeul oxidării electrochimice a hidrogenului diluat cu gaz metan, dioxid de carbon și apă și îmbogățit cu monoxid de carbon;
4. procedeul oxidării electrochimice a hidrogenului diluat cu dioxid de carbon și apă și îmbogățit cu gaz metan și monoxid de carbon.
Astfel, nu doar hidrogenul, dar odată curățate, gazele naturale, cărbunele gazefiat, bio-gazul, precum și alte hidrocarburi gazoase pot fi folosite.
Celulele de combustie sunt cunoscute ca dispozitive de generare a curentului electric prin oxidarea electrochimică a unui combustibil. în celula de combustie tipică, combustibilul alimentează continuu compartimentul anodului (electrod negativ) și oxidantul, de exemplu oxigenul din aer, alimentează continuu compartimentul catodului (electrod pozitiv), în scopul producerii energiei electrice, ca urmare a reacțiilor electrochimice care au loc la suprafața electrozilor. Deși are componente și caracteristici similare cu ale unei baterii electrice și/sau acumulatori, celula de combustie este un generator care, din punct de vedere teoretic, este capabil să producă energie electrică atâta timp cât este alimentat cu combustibil și oxidant. Degradarea, în special corodarea și defectarea unor componente - otrăvirea catalizatorilor, diluarea electrolitului, înecarea electrozilor sau, dimpotrivă, uscarea lor, limitează practic timpul de viață al unei celule de combustie. O varietate mare de celule de combustie sunt în diferite stadii de dezvoltare, ele putând fi clasificate în funcție de combinația combustibil oxidant, tipul procesării combustibilului (în exteriorul celulei sau în interiorul acesteia), tipul de electrolit, temperatura de operare etc. Clasificarea cea mai folosită este în funcție de tipul de electrolit:
1. celula de combustie cu electrolit polimer (PEFC)
2. celula de combustie cu electrolit alcalin (AFC)
3. celula de combustie cu electrolit acid fosforic (PAFC)
4. celula de combustie cu electrolitul carbonat topit (MCFC)
5. celula de combustie cu electrolitul oxid solid de temperatură intermediară (ITSOFC)
6. celula de combustie cu electrolitul oxid solid tubular (TSOFC)
Temperaturile de operare sunt cuprinse între 80°C pentru PEFC, 100°C pentru AFC,
200°C pentru PAFC, 650°C pentru MCFC, 800’C pentru ITSOFC și 1000’C pentru TSOFC.
Celulele de combustie sunt legate în baterii pentru obținerea unui curent continuu convertibil. Un număr variabil de baterii de celule, împreună cu instalațiile lor de alimentare cu aer, combustibil curat, convertorul de curent, sistemele de control al temperaturii și presiunii formează o centrală cu celule de combustie care poate fi electrică sau/și termoelectrică.
Deși procesul direct de oxidare electrochimică a hidrogenului sulfurat, fără descompunerea în prealabil a acestuia în hidrogen și sulf, este propus ca o alternativă acceptabilă
RO 120736 Β1 economic în raport cu alte procedee de utilizare a hidrogenului sulfurat, cum ar fi electroliza 1 acestuia în scopul obținerii de hidrogen, în prezent nu se comercializează încă un dispozitiv care să aplice acest procedeu. în literatura de specialitate, informații referitoare la oxidarea 3 electrochimică a hidrogenului sulfurat sunt puține și toate propun metode și soluții de utilizare drept combustibil a hidrogenului sulfurat în fază gazoasă, la temperaturi cuprinse între 120 5 și 900°C, și presiuni cuprinse între 0,1 ....0,41 MPa, folosind pentru aplicare celule de combustie simetrice pe configurarea H2S/anod poros/electrolit solid/catod/oxigen. 7
Celula descrisă de Pohl etal, în brevetul US 3874930, nu elimină problema producerii secundare de SO2, randamentul fiind foarte mic în condițiile unor temperaturi de lucru foarte 9 mari, de până la 900°C. Celula de combustie propusă de Sammells, în US 4920015, care folosește hidrogenul sulfurat în amestec cu un gaz inert, are un timp de viață relativ scurt, 11 datorită depunerii sistematice a sulfului în porii electrozilor și obturării acestora după un interval de timp determinat de concentrația de hidrogen sulfurat folosită. Celula de combustie 13 a hidrogenului sulfurat, propusă de Venkatesan și colaboratorii în brevetul US 4544461, folosește ca electrolit aluminosilicați a căror conductivitate este micșorată de apa rezultată în 15 urma procesului electrochimie, tensiunea maximă obținută fiind doar0,35 V. Celula descrisă de Donini și colaboratorii în brevetul US 6241871 menține posibilitatea obturării porilor 17 anodului cu sulf și folosește hidrogen sulfurat gazos concentrat până la 100%, ceea ce implică distilare preliminară pentru toate situațiile reale - gaze brute de sondă, gazele de 19 desulfurizare a bitumurilor, hidrocarburilor grele și gazificare a cărbunelui respectiv hidrogenul sulfurat dizolvat din depozitele marine. 21
Snow Leopard Resources Inc din Alberta, Canada, Eltron Research Inc din Boulder, Colorado, Ethyl Tech Inc și Gas Technology Institute din Illinois (US Patent 6241871 B1) 23 sunt în curs de dezvoltare a unor tehnologii pentru obținerea unei celule de combustie în scopul obținerii de curent electric, căldură și sulf din gazele brute de sondă. 25
Dezavantajele procedeelor și a celulelor de combustie folosite în prezent sunt următoarele: 27
1. sunt dezvoltate tehnologii dedicate diferitelor tipuri de electrolit și catalizatorilor folosiți, ceea ce implică costuri mari, diminuându-le puternic răspândirea; 29
2. combustibilul trebuie foarte bine curățat înainte de a alimenta celula, spre exemplu, urmele de sulf putând conduce la otrăvirea electrolitului; 31
3. deși este foarte răspândit în natură - în gazele de sondă și în depozite marine, hidrogenul sulfurat nu poate fi folosit cu actualele celule de combustie; 33
4. tehnologia este nefamiliară puterii industriale.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este găsirea unui procedeu și a unei 35 celule de combustie, care să realizeze oxidarea eletrochimică a hidrogenului sulfurat lichid.
Soluția o reprezintă asocierea unui electrod neted și a unuia poros, rezultând, astfel, o celulă 37 de combustie asimetrică.
Procedeul de producere a curentului electric conform invenției, înlătură dezavantajele 39 menționate, prin aceea că acesta constă în dizolvarea hidrogenului sulfurat într-un electrolit de NaC11N, până la atingerea unei concentrații de H2S mai mari de 0,01 N, sub o presiune 41 de lucru de 2... 20 MPa si temperatură de lucru de 9...150° C, rezultând un amestec lichid format din H2S și electrolit mobil, admisia de aer sub o presiune controlată, presiunea fiind 43 ajustabilă cu +/-1 KPa în jurul presiunii de lucru, reacția de oxidare electrochimică dintre oxigenul din aerul admis și hidrogenul sulfurat din amestecul lichid format din H2S și electrolit 45 la suprafața unui element poros bun conducător de electricitate și în prezența unei depuneri catalizatoare, ceea ce conduce la generarea de curent electric, apă, sulf coloidal și căldură, 47 la presiunea de lucru și temperatura de lucru, îndepărtarea sulfului coloidal din amestecul lichid H2S - electrolit, prin filtrare, reformarea amestecului lichid H2S - electrolit, constând în 49 îndepărtarea excesului de apă prin decompresie.
RO 120736 Β1
Acesta este un procedeu de obținere a energiei electrice prin oxidarea electrochimică a hidrogenului sulfurat (acid sulfhidric, H2S) care este dizolvat în electrolit. Procesul se desfășoară într-un mediu presurizat (2...20 MPa) pentru a se evita fierberea amestecului electrolit - H2S și cu electrolit mobil (NaCI 1N + H2S minimum 0,01N, 9...150°C). Alimentarea cu oxigen se face printr-un mediu conductiv poros, în prezența unui catalizator, de exemplu de platină, la o presiune strict controlată în raport cu presiunea mediului de reacție (Δρ~1 KPa). Oxidarea ionilor H3O+ și HS' din electrolit la suprafața mediului poros, conduce la încărcarea pozitivă a mediului poros și producerea de apă și căldură care sunt disipate în electrolit. între un anod neted și un catod care conține mediul poros și catalizatorul, apare o diferență de potențial, valoarea tensiunii obținute fiind în funcție de parametri mediului de reacție. Simultan cu procesul de oxidare, la suprafața anodului au loc reacții de reducere a ionilor OH- și S2-, sulful elementar rezultat fiind înlăturat prin antrenarea datorată curgerii continue a amestecului electrolit - H2S. în timpul procesului, concentrațiile amestecului format din electrolit și H2S, precum și temperatura, sunt controlate prin reformare externă și filtrarea sulfului coloidal.
Celula de combustie pentru aplicarea procedeului conform invenției, înlătură dezavantajele celulelor cunoscute, prin aceea că într-o primă variantă cilindrică, este asimetrică și este compusă dintr-un tub exterior deschis confecționat dintr-un material izolator electric, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, având fixate coaxial, în interior, un catod central tubularde grafit poros, pe care este depus exterior, un catalizator și un anod tubular, preferabil din grafit neted, menținuți la distanță unul de celălalt de către un element de fixare superior și un element de fixare inferior, construiți dintr-un material izolator electric, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, un regulator de presiune care controlează aerul injectat in interiorul catodului prin intermediul unui tub alcătuit dintr-un material izolator electric, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, având în exterior dispus coaxial, un tub cu diametrul mai mare, dar mai scurt, confecționat din același material ca tubul, precum și un conector anodic și un conector catodic, bine izolați față de mediul umed și corosiv de lucru și montați pe elementul de fixare.
într-o altă, variantă, celula de combustie este compusă dintr-o incintă exterioară paralelipipedică deschisă în interiorul căreia sunt montați un catod poros, acoperitcu un catalizator care catod este format din două foițe de grafit poros conectate electric între ele și un anod format din două plăci conectate electric între ele preferabil din grafit neted, atât catodul, cât și anodul fiind paraleli între ei, fixați pe interiorul pereților incintei prin intermediul unei perechi de elemente de fixare, un regulator de presiune montat pe un tub pentru admisia de aer care are în exterior fixat coaxial un tub de diametru mai mare dar mai scurt, un conector anodic și un conector catodic bine izolați față de mediul umed și corosiv de lucru, montați pe pereți opuși ai incintei exterioare.
Atât în varianta cilindrică, cât și în cea paralelipipedică, ambii electrozi sunt făcuți dintr-un material cu rezistență de contact foarte mică, preferabil grafit neted pentru primul electrod și foiță poroasă de grafit depusă cu un catalizator de reacție, de exemplu hârtie de grafit tratată PTFE cu încărcare 10% Pt, pentru al doilea electrod. Atât pereții incintelor, cât și toate elementele de fixare sunt din materiale izolatoare, rezistente la agenți corosivi și apă, de exemplu teflon sau steclotextolit. în ambele variante constructive, tuburile fixate în interiorul celui de-al doilea electrod, pentru asigurarea circulațiiei aerului în și din catod, sunt dintr-un material de asemenea izolator, rezistent la agenți corosivi și impermeabil, de exemplu technoflon (FKM) sau IIR. Pe exteriorul peretelui/pereților carcaselor, sunt montați câte un conector anodic și unul catodic pentru legarea în serie a cel puțin 500 de celule de același tip, bine izolați și protejați de umiditate și agenți corosivi. în jurul acestor celule este necesar
RO 120736 Β1 un sistem pentru alimentarea acestora cu aer și hidrogen sulfurat, pentru menținerea și con- 1 trolul presiunilor, pentru îndepărtarea sulfului coloidal și a excesului de apă din electrolit. Procedeul pentru producerea de curent electric conform invenției prezintă următoarele avantaje: 3
1) nu implică producerea de CO2, CO și SO2.
2) folosește drept combustibil un compus toxic pe care-l neutralizează. Oxidarea elec- 5 trochimică a hidrogenului sulfurat sub presiune elimină riscul emisiei de anhidridă sulfuroasă (dioxid de sulf, SO2) în atmosferă sub formă gazoasă pentru că: 7
2a) la presiune SO2 se lichefiază;
2b) anhidrida sulfuroasă, produs al arderii H2S, este redusă puternic de același hidro- 9 gen sulfurat:
H2S + 3/2 02 H2O + SO2 11
H2S + SO2 2H2O + 3S
3) are ca produs secundar energiei electrice, sulful coloidal care, nefiind solubil, se 13 poate recupera pentru uz industrial, farmaceutic, etc.
4) poate fi folosit pentru oxidarea electrochimică in situ a H2S din depozitele marine. 15
Celula de combustie, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:
1) are un singur electrod poros activ, fiind deci asimetrică; 17
2) electrolitul nu necesită materiale sau tehnologie de fabricație;
3) nu poluează mediul; 19
4) este silențioasă.
în continuare, procedeul și dispozitivul conform invenției sunt prezentate pe larg, în 21 legătură cu fig. 1...20, care reprezintă:
- fig. 1 - diagramă pentru aplicarea procesului conform invenției; 23
- fig. 2 - aplicare a procedeului conform invenției;
- fig. 3 - secțiunea longitudinală printr-o aplicare a procedeului conform invenției; 25
- fig. 4 - secțiunea transversală printr-o aplicare a procedeului conform invenției;
- fig. 5 - detaliu din secțiunea longitudinală printr-o aplicare a procedeului conform 27 invenției;
- fig. 6 - element de fixare pentru o aplicare a procedeului conform invenției; 29
- fig. 7 - secțiune transversală printr-un element de fixare pentru o aplicare a procedeului conform invenției; 31
- fig. 8 - alt element de fixare pentru o aplicare a procedeului conform invenției;
- fig. 9 - secțiune transversală printr-un alt element de fixare pentru o aplicare a pro- 33 cedeului conform invenției;
- fig. 10 - altă aplicare a procedeului conform invenției; 35
-fig. 11 - secțiunea longitudinală printr-o altă aplicare a procedeului conform invenției;
- fig. 12 - secțiunea transversală printr-o altă aplicare a procedeului conform invenției; 37
- fig. 13 - detaliu din secțiunea transversală printr-o altă aplicare a procedeului conform invenției; 39
-fig. 14 - vedere laterală a unui element de fixare pentru o altă aplicare a procedeului conform invenției; 41
- fig. 15 - secțiune transversală printr-un element de fixare pentru o altă aplicare a procedeului conform invenției; 43
- fig. 16 - vedere de jos în sus a unui element de fixare pentru o altă aplicare a procedeului conform invenției; 45
RO 120736 Β1
- fig. 17 - vedere laterală a unui alt element de fixare pentru o altă aplicare a procedeului conform invenției;
- fig. 18 - secțiune transversală printr-un alt element de fixare pentru o altă aplicare a procedeului conform invenției;
- fig. 19 - vedere de jos în sus a unui alt element de fixare pentru o altă aplicare a procedeului conform invenției;
- fig. 20 - caracteristică voltamperică a unei variante de aplicare a procedeului conform invenției.
în fig. 1, reprezentând o diagramă pentru aplicarea procedeului de producere a curentului electric prin oxidarea electrochimică a hidrogenului sulfurat conform invenției, în faza 81, hidrogenul sulfurat este dizolvat la o concentrație mai mare sau cel mult egală cu 0,4g/l la o temperatură de 9... 150°C, într-un electrolit de concentrație 58,5g/l NaCI. în soluție, H2S prezintă disociere electrolitică.
H2S o HS- + H+,
HS « S2' + H+
La această concentrație, rezistența specifică a electrolitului este de aproximativ
Qm.
Faza 81 se desfășoară la o presiune de lucru cuprinsă între 2...20 MPa. Faza 82 constă din admisia de aer la o presiune controlată. Presiunea aerului trebuie să fie controlabilă la un nivel de +/-1 KPa în jurul presiunii de lucru pentru a obține eficiență maximă. în faza 83 oxigenul din aerul admis intră în contact cu amestecul H2S + electrolit, printr-un element poros și bun conducător de electricitate, la o presiune strict controlată în raport cu presiunea de lucru, p = 2... 20 MPa. Temperatura minimă este de 9°C. Oxidarea ionilor H3O+ și HS’ în electrolit la suprafața elementului poros, catalizată de o depunere cu un element catalizator, conduce la încărcarea pozitivă a elementului poros și la producerea de apă și căldură care sunt disipate în electrolit.
1/2 O2 + H3O+ + 2e - H2O + OH 1/2 O2 + HS + 2e - OH + S2
Pentru un debit de curgere a amestecului H2S + electrolit de 1 l/s și 34 g/l H2S, lucrul util/puterea totală este:
P = 34 g/s x 15,4 kj/g = 523,6 KW.
Experimentele au demonstrat că randamentul electric este de 30%, puterea electrică obtenabilă fiind din acest motiv:
Pel = 0,3XP = 157,1 KW
Pentru un debit al amestecului H2S + electrolit de 1 l/s și 0,4 g/l H2S, lucrul util și puterea electrică sunt:
P = 0,4 g/s x 15,4 kJ/g = 6,16 KW Și
Pel = 0,3 x P = 1,85 KW
RO 120736 Β1 între electrolit și elementul poros care acționează ca un catod apare o diferență de 1 potențial. Potențialul electroIitului este preluat de un element conductiv pasiv conductiv, care acționează ca un anod. Perechea de electrozi devine o sursă de energie electrică. Rezis- 3 tența electrolituIui apare ca o rezistență internă a unei surse de curent care limitează puterea electrică externă la o valoare maximă: 5 ț/2 q Y ideal y max D
Λ int
Pentru o tensiune ideală de 0,5V pe celulă, Pmax = 83 mW.
Simultan, sulful elementar rezultat la suprafața anodului este înlăturat și împrăștiat 11 de curgerea continuă a amestecului H2S + electrolit.
Faza 84 constă din eliminarea sulfului coloidal din amestecul H2S + electrolit prin 13 filtrare repetată.
în faza 85, amestecul H2S + electrolit, este reformat, fiind curățat de apa excedentară 15 prin decompresie și apoi reintrodus în proces în faza 81.
Fig. 2, 3,4, și 5 reprezintă o variantă de celulă de combustie în geometrie cilindrică. 17 în interiorul unui tub 1, deschis la capete, de exemplu din teflon, se află fixate coaxial un catod central tubular poros 2, din foiță de grafit depus cu un catalizator, de exemplu cu 19 platină și un anod tubular 3, preferabil din grafit neted. Anodul și catodul sunt menținute la o distanță de 0,5 -1 mm de către un element de prindere superior 7, care este reprezentat 21 în fig. 6 și 7, și un element de prindere inferior 8, reprezentat în fig. 8 și 9, fiecare dintr-un material izolator, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, precum teflonul sau poliesterul 23 cu fibră de sticlă(steclotextolit). Regulatorul de presiune 9 controlează aerul care este injectat în catodul 2 printr-un tub 10, preferabil din technoflon (FKM) sau 11R, de exemplu, de așa ma- 25 nieră încât electrodul să nu fie înecat de electrolit sau uscat de oxigenul gazos. Tubul 10, prin care se face admisia de aer, este prevăzut cu un tub 11, coaxial, de diametru mai mare 27 dar mai scurt, din același material ca tubul interior, care permite aerului îmbogățit în N2 să părăsească incinta interioară a catodului. Pentru a obține o tensiune convertibilă, mai multe 29 celule trebuie înseriate prin intermediul unui conector anodic 4 și a unui conector catodic 5, formând o baterie, mai multe baterii fiind legate în paralel. Tensiunea culeasă între prima 31 celulă din serie, care nu este figurată, și ultima celulă din serie, care de asemenea nu este figurată, este stocată într-un acumulator 6 după sumarea pe toate bateriile instalate, putând 33 fi apoi convertită pentru uz direct sau pentru transport.
Fig. 10,11,12 și 13 reprezintă o variantă de celulă de combustie în geometrie para- 35 lelipipedică. în interiorul unei carcase paralelipipedice deschise 21, din material izolator, impermeabil și rezistent la acțiunea agenților corosivi, de exemplu,Teflon sau steclotextolit, sunt 37 montați un catod poros din grafit 22, acoperit cu platină, și un anod 23, din grafit neted, prin intermediul unei perechi de elemente de fixare 27 și 28 din Teflon sau steclotextolit, de 39 exemplu, detaliate în fig. 14,15,16, și, repectiv, 17,18,19. Fiecare electrod este format din câte două elemente rectangulare plate, conectate electric între ele. Astfel, catodul 22 este 41 format din două foițe de grafit poros, conectate între ele printr-o depunere conductoare interioară 71, de grafit sau cupru, de exemplu, pe elementul de fixare 27, iar anodul 23 este 43 format din două plăci subțiri, conectate prin intermediul unei depuneri 61, de grafit sau cupru, de exemplu a unei găuri de trecere metalizată 62, și traseelor 63 aflate pe elementul defixare 45 28. Aerul este injectat în spațiul interior al catodului sub strictul control al unui regulator de presiune 29 printr-un tub 30, din technoflon (FKM) sau IIR de exemplu, astfel încât 47
RO 120736 Β1 catodul să nu fie inundat de electrolit sau uscat de oxigenul gazos. Tubul de admisie a aerului are în exterior, coaxial, un al doilea tub 31, mai scurt dar de rază mai mare, din același material cu tubul 30, care permite aerului îmbogățit în N2 să părăsească incinta din interiorul catodului. Pentru a obține o tensiune convertibilă, mai multe celule trebuie înseriate prin intermediul unui conector anodic 24 și al unui conector catodic 25, montați în exteriorul carcasei 21, pe pereții opuși, pentru a forma o baterie, mai multe baterii fiind legate în paralel. Tensiunea culeasă între prima celulă din serie care nu este figurată și ultima celulă din serie care de asemenea nu este figurată este stocată într-un acumulator 26 și, după sumarea pe toate bateriile instalate, este convertită pentru uz direct sau pentru transport.
Se prezintă mai jos un exemplu de aplicare a procesului și celulei de combustie conform invenției în legătură cu fig. 2, 3, 4, 5, și 20.
Exemplu. Celula de combustie din fig. 2, 3,4 și 5 are dimensiunile: 9 mm diametru, 200 mm înălțime și 1 mm distanța dintre electrozi. Catodul este de tip foiță de grafit tratată PTFE cu o acoperire de 0,5 mg/cm2 Pt și diametrul maxim al porilor 16 pm. Anodul este din grafit neted compact, fără acoperire catalizatoare.
Pentru un amestec format din electrolit, constând într- o soluție de NaCI de concentrație normală 1N și H2S de concentrație normală 1N, rezistența internă este 3,2 ohm, ceea ce conduce la o putere maximă de 78 mW, calculată pentru o tensiune ideală de 0,5 V. în acest caz, curentul electric este 93 mA, cu o densitate de curent:
i = l/s = 165 mA/cm2.
Caracteristica voltamperică a acestei celule de combustie tubulară este arătată în fig. 20.
Pentru a menține puterea, este necesar un debit de H2S de concentrație 1 n, egal cu
-= 78 10 3 0,018g/h q 15,4.10?
în scopul obținerii unei tensiuni continue convertibile și a unui curent rezonabil, cel puțin 500 de celule trebuie serializate într-o baterie și mai multe baterii legate în paralel.
Pentru 1000 de celule într-o baterie:
P = 78 mW și debitul necesar per baterie:
Exemplul și calculele au fost făcute pentru concentrații foarte mici, deoarece o aplicație de interes o constituie mediile care necesită curățarea de hidrogen sulfurat, un exemplu fiind depozitele marine de H2S de mare adâncime, în care hidrogenul sulfurat se găsește dizolvat.

Claims (3)

  1. Revendicări
    1. Procedeu pentru producerea curentului electric prin oxidare electrochimică, caracterizat prin aceea că, constă în dizolvarea hidrogenului sulfurat într-un electrolit constând 5 în soluție de NaCI 1N, până la atingerea unei concentrații de H2S mai mari de 0,01 N, sub o presiune de lucru de 2... 20 MPa si temperatură de lucru de 9...150° C, rezultând un amestec 7 lichid, format din H2S și electrolit mobil, în admisia de aer sub o presiune controlată, presiunea fiind ajustabilă cu +/-1 KPa în jurul presiunii de lucru, și în reacția de oxidare electro- 9 chimică dintre oxigenul din aerul admis și hidrogenul sulfurat din amestecul lichid format din
    H2S și electrolit la suprafața unui element poros bun conducător de electricitate și în prezența 11 unei depuneri catalizatoare, ceea ce conduce la generarea de curent electric, apă, sulf coloidal și căldură, la presiunea de lucru și temperatura de lucru, îndepărtarea sulfului 13 coloidal din amestecul lichid H2S - electrolit, prin filtrare, reformarea amestecului lichid H2S electrolit constând în îndepărtarea excesului de apă prin decompresie. 15
  2. 2. Celulă de combustie pentru realizarea procedeului definit în revendicarea 1, caracterizată prin aceea că este asimetrică și este compusă dintr-un tub exterior deschis (1) con- 17 fecționat dintr-un material izolator electric, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, având fixate coaxial, în interior, un catod central tubular (2) poros, pe care este depus exterior un 19 catalizator și un anod tubular (3) preferabil din grafit neted, menținuți la distanță unul de celălalt de un element de fixare superior (7) și un element de fixare inferior (8), construiți 21 dintr-un material izolator electric, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, un regulator de presiune (9) care controlează aerul injectat in interiorul catodului (2) prin intermediul unui tub 23 (10) confecționat dintr-un material izolator electric, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, având dispus coaxial, un tub (11) cu diametrul mai mare, dar mai scurt, confecționat din ace- 25 lași material ca tubul (10), precum și un conector anodic (4) și un conector catodic (5), bine izolați față de mediul umed și corosiv de lucru și montați pe elementul de fixare (7). 27
  3. 3. Celulă de combustie pentru realizarea procedeului definitîn revendicarea 1, caracterizată prin aceea că este asimetrică și că se compune dintr-o incintă exterioară paralelipi- 29 pedică deschisă (21), având pereții dintr-un material izolator electric, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, în interiorul căreia sunt montați un catod poros (22), acoperit cu un cata- 31 lizator și format din două foițe de grafit poros, conectate electric între ele și un anod (23) format din două plăci conectate electric între ele preferabil din grafit neted, atât catodul cât și 33 anodul fiind așezați paralel și fiind fixați pe interiorul pereților incintei prin intermediul unei perechi de elemente de fixare (27 și 28), fiecare fiind construit din același material ca și 35 incinta, un regulator de presiune (29) montat pe un tub (30) pentru admisia de aer și având fixat coaxial un tub (31) de diametru mai mare dar mai scurt, tuburile (30 și 31) fiind confec- 37 ționate dintr-un material izolator electric, impermeabil și rezistent la agenți corosivi, un conector anodic (24) și un conector catodic (25), bine izolați față de mediul umed și corosiv de 39 lucru, montați pe pereții opuși ai incintei exterioare.
ROA200400748A 2004-08-30 2004-08-30 Procedeu şi celulă de combustie pentru producereacurentului electric RO120736B1 (ro)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA200400748A RO120736B1 (ro) 2004-08-30 2004-08-30 Procedeu şi celulă de combustie pentru producereacurentului electric
PCT/RO2005/000010 WO2006025758A2 (en) 2004-08-30 2005-08-30 Process and fuel cell using h2s fuel for generating electric power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA200400748A RO120736B1 (ro) 2004-08-30 2004-08-30 Procedeu şi celulă de combustie pentru producereacurentului electric

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO120736B1 true RO120736B1 (ro) 2006-06-30

Family

ID=35768104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA200400748A RO120736B1 (ro) 2004-08-30 2004-08-30 Procedeu şi celulă de combustie pentru producereacurentului electric

Country Status (2)

Country Link
RO (1) RO120736B1 (ro)
WO (1) WO2006025758A2 (ro)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS3510824B1 (ro) * 1958-09-30 1960-08-09
US3249522A (en) * 1965-02-23 1966-05-03 Socony Mobil Oil Co Inc Electrochemical oxidation of hydrogen sulfide
DE1905056A1 (de) * 1969-02-01 1970-10-01 Licentia Gmbh Brennstoffelektrode
US4001385A (en) * 1972-02-29 1977-01-04 The Mead Corporation Sulfur recovery system
JPS5834912B2 (ja) * 1979-10-19 1983-07-29 工業技術院長 燃料電池
US4544461A (en) * 1983-03-28 1985-10-01 Energy Conversion Devices, Inc. Hydrogen sulfide decomposition cell and catalytic materials therefor
US4765873A (en) * 1985-12-06 1988-08-23 The Dow Chemical Company Continuous process for the removal of hydrogen sulfide from a gaseous stream
US5234546A (en) * 1991-09-10 1993-08-10 Kamyr, Inc. Polysulfide production in white liquor
DE19909930B4 (de) * 1999-03-06 2004-09-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Herstellung von tubulären PEM-Brennstoffzellen und Ionentauschermembranen
DE10040282A1 (de) * 2000-08-14 2002-03-07 Robert Heggemann Brennstoffzelle
US7014941B2 (en) * 2002-05-14 2006-03-21 The Governors Of The University Of Alberta Electrode catalyst for H2S fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006025758A3 (en) 2006-04-13
WO2006025758A2 (en) 2006-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109921060B (zh) 一种基于固体氧化物电池的储电及制合成气的系统和方法
US5064733A (en) Electrochemical conversion of CO2 and CH4 to C2 hydrocarbons in a single cell
JP4761195B2 (ja) 水素製造装置
NL2011188C2 (en) Electrolytic cell for the production of ammonia.
JP2007538379A (ja) 液状アノードの電気化学的電池
WO2005078160A1 (ja) 水素の製造方法及び装置
JP2010535942A (ja) 二酸化硫黄によって減極される陽極を備えた電解槽および水素生成における同電解槽の使用方法
JP2017507239A (ja) 有効な電力がない状態においてメタンの生成のためにｓｏｅｃタイプのスタック反応器を作動させる方法
CN114729461B (zh) 用于电解水的方法和装置
US20220173422A1 (en) Redox flow cell
US20020037446A1 (en) Fuel cell with low cathodic polarization and high power density
CN110957513A (zh) 一种近零碳排放的直接煤燃料电池发电系统
CN115074768B (zh) 电化学反应装置、二氧化碳的还原方法及碳化合物的制造方法
RO120736B1 (ro) Procedeu şi celulă de combustie pentru producereacurentului electric
JP7145264B1 (ja) 二酸化炭素処理装置、二酸化炭素処理方法及び炭素化合物の製造方法
CN115074764A (zh) 电化学反应装置、二氧化碳的还原方法及碳化合物的制造方法
CN114059086A (zh) 一种基于酸性电解质两步电解制氢的装置和方法
CN113026042A (zh) 一种基于微流控技术的微型电化学反应器
RU87833U1 (ru) Топливный элемент
Dong et al. Ion-conducting ceramic membranes for renewable energy technologies
CN113430539A (zh) 使用电解系统电解还原二氧化碳时提高二氧化碳转化率的方法
CN114566687B (zh) 一种固体氧化物燃料电池的发电系统
CN216980636U (zh) 一种甲烷水合物用做燃料电池的分解-电解装置
CN212077164U (zh) 一种电能补给型电化学反应器
KR20240040253A (ko) 동력 발생 시스템 및 이를 포함하는 전기 추진 선박