一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统，包括：AC/DC转换器、固体氧化物电解池、固体氧化物燃料电池、换热器一、换热器二等，将交流电转化为直流电向固体氧化物电解池提供；贫H2/H2O混合气在固体氧化物电解池正极反应输出富H2/H2O混合气，负极产出高纯O2；所得富H2/H2O混合气在固体氧化物燃料电池反应输出贫H2/H2O混合气；将空气和输出的贫H2/H2O混合气送至换热器一，降温后通过泵输入到预混器中与补给水混合；固体氧化物燃料电池阴极输出的尾气和换热器一中升温后的空气送入换热器二，进一步升温的空气回送至阴极消耗其中的O2，本实用新型专利技术能实现大规模制取高纯O2，降低系统成本，提高电解水制氧系统的寿命，并能利用可再生能源产生的电能。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于制氧
，特别涉及一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统。
技术介绍
制取高纯氧气的方法主要有三种:(1)深冷法；(2)变压吸附法；(3)电解水制氧法。其中电解水制氧方法稳定性较高，耗能较低，容量适用范围较广。但是，目前电解水制氧系统中多采用质子交换膜电解质，此种电解质工作温度低(〈100°c )，便携性较好，但是系统效率和寿命都较低。为了克服以上缺点，本专利采用固体氧化物电解质的电解水制氧方法，在600°C -1000°C下工作，无需贵金属催化剂，能够降低成本，提高系统的效率和寿命，并且系统体积小、制氧规模易于放大，可以获得纯度高达99.995%的高纯氧。电力的输入可以利用风能、太阳能等不稳定电力，进一步能够降低制氧的成本。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统，能够提高制氧效率，实现大规模制取高纯氧(02纯度彡 99.995% )。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是:—种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统，包括:AC/DC转换器1，将交流电转化为直流电；固体氧化物电解池2，与AC/DC转换器1连接接收其输出的电能，与预混器3连接接收其提供的贫Η2/Η20混合气，该贫Η2/Η20混合气在固体氧化物电解池2正极反应得到富Η2/Η20混合气，负极反应得到纯度大于等于99.995%的02;固体氧化物燃料电池4，与固体氧化物电解池2连接接收其得到的富Η2/Η20混合气，该富Η2/Η20混合气在固体氧化物燃料电池4的阳极反应得到贫Η2/Η20混合气；换热器一 5，与固体氧化物燃料电池4连接接收其得到的贫Η2/Η20混合气，与空气源连接接收空气，对贫Η2/Η20混合气进行降温，降温后的贫Η2/Η20混合气通过栗6增压输入至预混器3，升温后的空气输入至换热器7 ;换热器二 7，与换热器一 5连接接收其提供的空气，与固体氧化物燃料电池4连接接收其阴极输出的高温尾气，对空气进行进一步升温，进一步升温后的空气输入至固体氧化物燃料电池4阴极向其提供氧气。所述固体氧化物燃料电池4与固体氧化物电解池2连接向其提供直流电能。所述预混器3连接有补给水。本技术还提供了一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧方法，包括:利用AC/DC转换器1将交流电转化为直流电并向固体氧化物电解池2提供；利用预混器3向固体氧化物电解池2提供贫Η2/Η20混合气，在其正极，通过电解池正极反应将贫Η2/Η20混合气中的H20转化为H2，输出富Η2/Η20混合气，同时在其负极产出纯度大于等于99.995%的02;将所得富Η2/Η20混合气送至固体氧化物燃料电池4的阳极，通过电化学反应将富Η2/Η20混合气中的H2转化为Η 20，输出贫Η2/Η20混合气；将固体氧化物燃料电池4输出的贫Η2/Η20混合气送至换热器一 5，同时向换热器一 5中送入空气，贫Η2/Η20混合气在换热器一 5中降温；将在换热器一 5中降温后的贫Η2/Η20混合气送入栗6，在栗6中进行增压后，输入到预混器3中，与补给的水进行混合；将固体氧化物燃料电池4阴极输出的尾气和换热器一 5中升温后的空气送入换热器二 7，对空气进行进一步升温，然后将尾气排空；进一步升温的空气送入固体氧化物燃料电池4的阴极，在固体氧化物燃料电池4的阴极消耗其中的02。所述固体氧化物燃料电池4产生的直流电能通过DC/DC变压器8，将直流电输入到固体氧化物电解池2中。所述AC/DC转换器1所转化的交流电为风能或太阳能产生的电能。所述固体氧化物电解池2，由正极、负极以及固体氧化物电解质组成单个电解池，然后由多个电解池通过串并联组合方式组成大规模固体氧化物电解池，工作温度范围为600°C -1000°C，工作压力范围为 0.lMPa-20MPa ；所述固体氧化物燃料电池4，由阳极、阴极以及固体氧化物电解质组成单个燃料电池，然后由多个燃料电池通过串并联组合方式组成大规模固体氧化物燃料电池，工作温度范围为600°C -1000°C，工作压力范围为0.lMPa-20MPa。所述固体氧化物电解质为氧化乾稳定的氧化错(Yttria Stabilized Zirconia，YSZ)、钪稳定的氧化错(Scandia Stabilized Zirconia，ScSZ)或氧化掺杂的氧化铺(Gadolinia-Doped Ceria，GDC)；所述电解池正极采用Ni基催化剂，并与固体氧化物电解质烧结在一起；所述电解池负极采用锶掺杂的锰酸镧(LSM)，并与固体氧化物电解质烧结在一起；所述燃料电池阳极采用Ni基催化剂，并与固体氧化物电解质烧结在一起；所述燃料电池阴极采用锶掺杂的锰酸镧(LSM)，并与固体氧化物电解质烧结在一起。电解池正极反应，为H20+2e — Η 2+02，其中02通过电解质输运至电解池负极，电子通过外电路从电解池负极输运至电解池正极。电解池负极反应，为02 — 02+2e，其中02通过电解质从电池正极输运至电解池负极，电子通过外电路从电解池负极输运至电解池正极。燃料电池阳极反应，为H2+02 -H20+2e，其中02通过电解质从燃料电池阴极输运至燃料电池阳极，电子通过外电路从燃料电池阳极输运至燃料电池阴极。燃料电池阴极反应，为02+2e —02，其中02通过电解质输运从燃料电池阴极输运至燃料电池阳极，电子通过外电路从燃料电池阳极输运至燃料电池阴极。所述贫Η2/Η20混合气，为温度大于100°C的Η2/Η20混合气体，其中H2的摩尔分数小于 0.3o所述富Η2/Η20混合气，为温度大于1当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统，其特征在于，包括：AC/DC转换器(1)，将交流电转化为直流电；固体氧化物电解池(2)，与AC/DC转换器(1)连接接收其输出的电能，与预混器(3)连接接收其提供的贫H2/H2O混合气，该贫H2/H2O混合气在固体氧化物电解池(2)正极反应得到富H2/H2O混合气，负极反应得到纯度大于等于99.995％的O2；固体氧化物燃料电池(4)，与固体氧化物电解池(2)连接接收其得到的富H2/H2O混合气，该富H2/H2O混合气在固体氧化物燃料电池(4)的阳极反应得到贫H2/H2O混合气；换热器一(5)，与固体氧化物燃料电池(4)连接接收其得到的贫H2/H2O混合气，与空气源连接接收空气，对贫H2/H2O混合气进行降温，降温后的贫H2/H2O混合气通过泵(6)增压输入至预混器(3)，升温后的空气输入至换热器二(7)；换热器二(7)，与换热器一(5)连接接收其提供的空气，与固体氧化物燃料电池(4)连接接收其阴极输出的高温尾气，对空气进行进一步升温，进一步升温后的空气输入至固体氧化物燃料电池(4)阴极向其提供氧气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许世森，王洪建，程健，张瑞云，王鹏杰，任永强，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。