RU2690469C1 - Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей - Google Patents
Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690469C1 RU2690469C1 RU2018135278A RU2018135278A RU2690469C1 RU 2690469 C1 RU2690469 C1 RU 2690469C1 RU 2018135278 A RU2018135278 A RU 2018135278A RU 2018135278 A RU2018135278 A RU 2018135278A RU 2690469 C1 RU2690469 C1 RU 2690469C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- corrugated
- gas mixtures
- gas
- plate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
Abstract
Изобретение относится к электрохимическим устройствам для извлечения вредных компонентов из газовых смесей, а именно для извлечения диоксида углерода для восстановления нормального химического состава воздуха, изменившегося вследствие жизнедеятельности людей, работы технических устройств, сжигания топлива и др. Изобретение может найти применение в системах регенерации воздуха в герметизированных помещениях, в системах очистки отходящих газов в топливной, химической и других отраслях промышленности. Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей содержит установленные между двумя основаниями и разделенные сепараторами электрохимические ячейки, состоящие из двух электродов, между которыми расположена пористая матрица, пропитанная расплавленным карбонатным электролитом. Каждый сепаратор содержит пластину, первый и второй гофрированные слои, соединенные соответственно с первой и второй сторонами пластины. Причем каждый гофрированный слой включает по меньшей мере две гофрированные пластинки, а между соседними гофрированными пластинками выполнен зазор. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в интенсификации перемешивания потока газовой смеси, подаваемой на очистку от диоксида углерода, что приводит к улучшению извлечения CO2 из газовой смеси. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к электрохимическим устройствам для извлечения вредных компонентов из газовых смесей, а именно для извлечения диоксида углерода для восстановления нормального химического состава воздуха, изменившегося вследствие жизнедеятельности людей, работы технических устройств, сжигания топлива и др. Изобретение может найти применение в системах регенерации воздуха в герметизированных помещениях, в системах очистки отходящих газов в топливной, химической и других отраслях промышленности.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является решение, раскрытое в статье «Испытания демонстрационной системы электрохимической регенерации воздуха» / А.Е. Баранов [и др.]. // Проблемы развития корабельного вооружения и судового радиоэлектронного оборудования. - 2017. - №4-1(13). - С. 36-45. Из указанного источника известно устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей, которое включает установленный между двумя основаниями набор электрохимических ячеек, состоящих из электродов, между которыми расположена пористая матрица, пропитанная расплавленным карбонатным электролитом, причем ячейки разделены сепараторами в виде профилированных металлических пластин. Известны различные варианты исполнения сепараторов, например, сепараторы для топливных элементов: WO 2010109795 А1, 30.09.2010; RU 2417485 С2, 27.04.2011. Однако использование известных сепараторов в составе устройства для извлечения диоксида углерода из газовых смесей по прототипу, не улучшит извлечение диоксида углерода из газовой смеси в виду наличия в конструкции сепараторов непрерывных каналов, формирующих ламинарный поток газовой смеси, направляемой к катодам электрохимических ячеек.
Задачей предлагаемого изобретения является создание надежного и эффективного устройства для извлечения диоксида углерода из газовых смесей, как с высоким, так и с низким его содержанием.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в интенсификации перемешивания потока газовой смеси, подаваемой на очистку от диоксида углерода, что приводит к улучшению извлечения CO2 из газовой смеси.
Для решения задачи и обеспечения технического результата предлагается устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей, содержащее установленные между двумя основаниями и разделенные сепараторами электрохимические ячейки, каждая ячейка состоит из двух электродов, между которыми расположена пористая матрица, пропитанная расплавленным карбонатным электролитом. Каждый сепаратор содержит пластину, первый и второй гофрированные слои, соединенные соответственно с первой и второй сторонами пластины. Причем каждый гофрированный слой включает по меньшей мере две гофрированные пластинки, а между соседними гофрированными пластинками выполнен зазор.
Первый гофрированный слой содержит первую группу каналов, а второй гофрированный слой содержит вторую группу каналов, причем указанные слои расположены таким образом, что оси каналов первой и второй группы перпендикулярны.
Предлагаемое конструктивное исполнение сепаратора позволяет турбулизировать проходящий через него поток газовой смеси, например воздуха с низким (0,1÷0,5%) или высоким содержанием CO2, обеспечивая при этом наиболее интенсивную доставку углекислого газа с потоком загрязненного воздуха к катодам электрохимических ячеек, на которых происходит химическая реакция между кислородом и углекислым газом с образованием карбонат-ионов, что в свою очередь приводит к улучшению извлечения диоксида углерода из этой газовой смеси.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства согласно изобретению.
На фиг. 2 приведен общий вид сепаратора со стороны первого гофрированного слоя.
На фиг. 3 изображен общий вид сепаратора со стороны первого гофрированного слоя.
На фиг. 4 изображен сепаратор, вид в поперечном разрезе.
Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей содержит установленные между двумя основаниями (первым 1 и вторым 2), разделенные сепараторами планарные электрохимические ячейки, например, две ячейки (Фиг. 1), разделенные одним сепаратором 3. Количество сепараторов зависит от количества электрохимических ячеек. Каждая ячейка состоит из двух электродов (катода 4 и анода 5), например, пористых никелевых электродов (отжигаемых in-situ), между которыми расположена пористая матрица 6 (чаще керамическая матрица на основе алюминия (LiAlO02)), пропитанная расплавленным карбонатным электролитом. В качестве расплавленного карбонатного электролита обычно используют литий/калиевый карбонат (Li2CO3/K2CO3) или литий/натриевый карбонат (Li2CO3/Na2CO3). Электролит при температуре 580-700°С обеспечивает перемещение карбонат-ионов и блокирует движение электронов. Между каждым основанием и ближайшей к нему ячейкой через электроизолирующие прокладки 10 установлены концевые пластины 11.
Сепаратор 3 содержит пластину 7 в виде плоского металлического листа и два гофрированных слоя, закрепленных соответственно к первой и второй стороне пластины 7. По периметру пластины 7 выполнены входные отверстия 8 для подвода к каналам сепаратора газов (смесей газов) и выходные отверстия 9 для отвода от каналов сепаратора газов (смесей газов). Пластина 7 может быть изготовлена из листа из жаропрочной стали, например, стали марки AISI310S.
Каждый гофрированный слой включает по меньшей мере две гофрированные пластинки 12. Гофрированные пластинки 12 изготавливаются, например, из лент жаропрочной стали. Предпочтительно использование гофрированных пластинок 12 с трапециевидным профилем гофра. Гофрированные пластинки 12 скрепляют с пластиной 7 сваркой. Оптимальным является вариант, когда в каждом гофрированном слое содержится от 2 до 6 гофрированных пластинок 12 с зазором между соседними рядами, однако количество их в слое может быть увеличено, в зависимости от габаритов электрохимического устройства. Зазор между соседними гофрированными пластинками может составлять, например, 1 мм и менее. Наличие зазоров между гофрированными пластиками необходимо для выравнивания давления в каналах и для интенсификации (турбулизации) потока газовой смеси, направляемой к электродам ячеек.
Первый гофрированный слой содержит первую группу каналов, а второй гофрированный слой содержит вторую группу каналов. Причем эти слои при соединении с пластиной 7 располагают таким образом, что продольные оси каналов первой и второй группы перпендикулярны. Такое расположение позволяет осуществлять подвод загрязненного CO2 воздуха и водорода, а также отвод очищенного от CO2 воздуха и анодного газа (CO2 с избытком водорода) через отдельные магистрали.
Предлагаемое устройство может осуществлять извлечение углекислого газа из газовых смесей, работая как топливный элемент, вырабатывая при этом электрическую энергию, либо как электролизер.
Работа предлагаемого изобретения описана в режиме топливного элемента. Конструктивно предлагаемое устройство разделено на две полости: водородную и воздушную. Газовая смесь, например, воздух герметичного объекта, загрязненный CO2, подается через входной патрубок первого основания 1 к коллектору, образованному из входных отверстий, выполненных в первом основании, в сепараторе 3 и в матрицах 6, из которого поступает в каналы одного гофрированного слоя сепаратора 3 к катодам электрохимических ячеек. На катоде происходит реакция диоксида углерода с кислородом с образованием карбонат-иона:
Образующиеся карбонат-ионы по эстафетному механизму переходят в анодную полость. После протекания химической реакции на катодах очищенный от диоксида углерода воздух собирается в коллекторе (на чертежах не показан), образованном выходными отверстиями сепаратора 3, матриц 6 и второго основания 2, и через выходной патрубок второго основания 2 выходит из устройства. При этом воздушная полость герметично отделена от водородной полости. Сепаратор 3 установлен так, что одна сторона сепаратора 3 контактирует с катодом одной ячейки через токоотводы 13, а вторая также через токоотводы 13 - с анодом соседней ячейки, образуя прерывистые каналы для подвода и отвода газовых потоков.
Подача водорода к анодной полости каждой электрохимической ячейки осуществляется через каналы второго гофрированного слоя сепаратора 3, в которые он поступает из входного патрубка первого основания 1, через коллектор, образованный из входных отверстий, выполненных в первом основании 1, в сепараторе 3 и в матрицах 6. Водород реагирует с карбонат-ионами:
Образующийся на аноде CO2 выводится с избытком водорода через каналы сепаратора 3 и коллектор (на чертежах не показан), образованный аналогично коллектору для очищенного воздуха, и выходной патрубок второго основания 2. При этом само устройство генерирует электроэнергию.
Сепаратор разделяет электрохимические ячейки друг от друга, обеспечивая при этом их последовательное электрическое соединение за счет равномерного электрического контакта по всей площади рабочей поверхности. Использование новой конструкции сепаратора в предлагаемом устройстве позволяет улучшить извлечение углекислого газа из газовых смесей и соответственно увеличить производительность устройства в целом.
Claims (2)
1. Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей, содержащее установленные между двумя основаниями и разделенные сепараторами электрохимические ячейки, состоящие из двух электродов, между которыми расположена пористая матрица, пропитанная расплавленным карбонатным электролитом, отличающееся тем, что каждый сепаратор содержит пластину, первый и второй гофрированные слои, соединенные соответственно с первой и второй сторонами пластины, причем каждый гофрированный слой включает по меньшей мере две гофрированные пластинки, а между соседними пластинками выполнен зазор.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый гофрированный слой содержит первую группу каналов, а второй гофрированный слой содержит вторую группу каналов, причем указанные слои расположены таким образом, что оси каналов первой и второй группы перпендикулярны.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018135278A RU2690469C1 (ru) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018135278A RU2690469C1 (ru) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690469C1 true RU2690469C1 (ru) | 2019-06-03 |
Family
ID=67037754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018135278A RU2690469C1 (ru) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690469C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2199382C2 (ru) * | 1998-07-08 | 2003-02-27 | Тойота Джидоша Кабушики Кайша | Устройство для реформинга топлива (варианты) |
| WO2010109795A1 (ja) * | 2009-03-24 | 2010-09-30 | パナソニック株式会社 | 固体高分子形燃料電池および固体高分子形燃料電池用セパレータ |
| RU2538368C2 (ru) * | 2010-04-02 | 2015-01-10 | Огайо Юниверсити | Селективное каталитическое восстановление путем электролиза мочевины |
-
2018
- 2018-10-08 RU RU2018135278A patent/RU2690469C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2199382C2 (ru) * | 1998-07-08 | 2003-02-27 | Тойота Джидоша Кабушики Кайша | Устройство для реформинга топлива (варианты) |
| WO2010109795A1 (ja) * | 2009-03-24 | 2010-09-30 | パナソニック株式会社 | 固体高分子形燃料電池および固体高分子形燃料電池用セパレータ |
| RU2538368C2 (ru) * | 2010-04-02 | 2015-01-10 | Огайо Юниверсити | Селективное каталитическое восстановление путем электролиза мочевины |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4729932A (en) | Fuel cell with integrated cooling water/static water removal means | |
| CA2435593C (en) | Method and device for deionizing cooling media for fuel cells | |
| JP2554664B2 (ja) | 二室アノ−ド構造体 | |
| EP0940868B1 (en) | Fuel cell stack | |
| CN101440499B (zh) | 电化学装置和废气净化设备 | |
| US4057479A (en) | Solid polymer electrolyte cell construction | |
| JP5608713B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| CN101689655A (zh) | 燃料电池 | |
| JP2007211268A (ja) | 水蒸気電解装置 | |
| EP1439592A2 (en) | Methods and apparatus for assembling solid oxide fuel cells | |
| KR20050019760A (ko) | 유동장 플레이트 구조체 | |
| WO1987005951A1 (en) | Method and apparatus for electrolysing water | |
| EA023647B1 (ru) | Альтернативная установка газодиффузионного электрода в электрохимической ячейке с перколяторной технологией | |
| KR20150048407A (ko) | 더미 셀을 가지는 연료전지 스택 | |
| US5269902A (en) | Ion-conducting module having axially-arranged solid state electrolyte elements | |
| WO2001048852A1 (en) | Flow channel device for electrochemical cells | |
| WO2000060140A1 (fr) | Cellule electrolytique utilisant une electrode de diffusion de gaz et procede de repartition de la puissance pour la cellule electrolytique | |
| EP3921458A1 (en) | Electrolyzer for hydrogen and oxygen production | |
| JP2007537568A (ja) | 固形電解燃料電池のためのセル | |
| RU2690469C1 (ru) | Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей | |
| US10787747B2 (en) | Electrolytic cell for generating hydrogen | |
| JP2019530802A (ja) | 水蒸気使用または燃料使用のそれぞれにおいて増大した割合を有する水電解反応器（ｓｏｅｃ）または燃料電池（ｓｏｆｃ） | |
| JP2003123795A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| US11655551B2 (en) | Electrolyzer assembly comprising an insulating layer | |
| WO2018079965A1 (ko) | 효율적인 수소-전기 생산이 가능한 역전기 투석 장치를 이용한 하이브리드 발전 시스템 및 에너지 자립형 수소-전기 복합 충전 스테이션 |