在傳統(tǒng)的SOEC中,在負極側循環(huán)的是氫氣和蒸汽的混合氣,在正極側循環(huán)的是氧氣,系統(tǒng)的開路電壓為0.8-0.9V,具體取決于氫氣/蒸汽比以及工作溫度;為了電解水則必須施加高于開路電壓的電壓,以便將氧氣從負極泵送至正極;顯然所用的大部分電力(總電力的70%左右)用于迫使電解槽逆氧的化學勢梯度運行。當天然氣引入正極后,天然氣的還原特性有助于降低電解槽兩側的電化學勢差,天然氣可以消耗電解產(chǎn)生的氧氣,從而降低電解槽兩側的電位差(~1V),從而減少電解水的電耗。
電堆的反應過程如下圖所示:
正極反應的產(chǎn)物為CO?和蒸汽,經(jīng)冷凝干燥后得到純CO?,便于CO?捕集。該反應以等能量單位的天然氣替代電能,使得最終反應的電耗僅為純電解水反應的四分之一;天然氣的消耗僅為傳統(tǒng)熱化學重整制氫消耗量的50%~60%。
單個電堆參數(shù)如下表所示,整體產(chǎn)氫速率為1.5Nm3/h,電解電耗11.2kWh/kg,電堆的效率≥95%。
表1. 電堆科技SOEC-CH?單電堆參數(shù)指標說明
圖3:BOP和電堆共同組成SOEC-CH?制氫系統(tǒng),目前開發(fā)的單電堆系統(tǒng)示意如下:
首先,甲烷流經(jīng)集成加熱器的熱交換加熱器1,通過從電堆尾氣中回收熱量并將其加熱至反應溫度(700℃),然后熱甲烷進入電堆正極部分;電堆氫氣產(chǎn)物通過冷凝器1將氫氣干燥并給液態(tài)水供給熱量,熱水流經(jīng)熱交換加熱器2,通過從電堆尾氣中回收熱量形成蒸汽并將其加熱至反應溫度(700℃),然后過熱蒸汽進入電堆負極部分;電堆尾氣流經(jīng)熱交換加熱器2與熱交換加熱器1降溫后通過冷凝器2將二氧化碳干燥。該系統(tǒng)參數(shù)見下表。
表2. 電堆科技SOEC-CH?單電堆系統(tǒng)參數(shù)
該單電堆系統(tǒng)的各項參數(shù)均達到國內(nèi)外頂尖標準。
圖4:再將該系統(tǒng)置入搭配可視化操作界面的箱體,即為一個完整產(chǎn)品,SOEC-CH? 制氫設備外形示意圖如下:
客戶可根據(jù)實際場景與需求,定制不同規(guī)模的SOEC-CH?模塊以及模塊數(shù)量,搭建制氫工廠。
在不久的將來,SOEC-CH?產(chǎn)品不僅能以單臺小型制氫設備的形態(tài)出現(xiàn),還將促進撬裝制氫站的發(fā)展,甚至取代一部分現(xiàn)有的熱化學制氫工廠,推動制氫技術向更高效、更環(huán)保、更安全、更經(jīng)濟的電化學制氫工廠發(fā)展。
電堆科技即將于3月25日-3月27日參加2024北京國際氫能技術裝備展覽會;同期于3月26日-3月28日參加2024中國國際氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)展覽會。
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