[发明专利]通过蒸汽电解制备氢和氧的方法

说明书

技术领域

本申请涉及利用质子传导膜通过蒸汽电解制备高度活性的氢和氧。

发明背景

目前，传导性陶瓷膜是广泛研究以提高其性能的课题。特别地，这些膜在例如以下领域发现特别有意义的应用：在高温下水电解产生氢、或通过电化学加氢处理含碳气体(CO₂、CO)。专利申请WO2008152317和WO2009150352描述了这种方法的实例。

目前，氢(H₂)表现为非常令人感兴趣的能量载体，在尤其对于处理石油产品来说可能变得越来越重要，并且其从长远看可以有利地充当储量在未来数十年急剧减少的石油和石化燃料的替代物。根据该观点，仍然需要开发有效的制氢方法。

的确已经描述了很多从不同来源制氢的方法，但这些方法中的许多被证明不适于氢的大规模工业生产。

在这种情形中，例如可以提及从烃类的蒸汽重整来合成氢。该合成途径的主要问题之一是其产生作为副产物的大量的CO₂类温室气体。事实上，生产1吨氢气释放8到10吨的CO₂。

因此，未来几年存在两个挑战：寻找可以使用并对我们的环境没有威胁的新的能量载体(例如氢)，和减少二氧化碳的量。

工业方法的技术经济评估现在考虑该后者的信息。然而，其主要涉及封存(sequestration)，特别是地下封存在与以前的油储层不必然对应的迂曲地点中，其最终不可能没有危险。

对于工业制氢来说有希望的方式是例如在高温(HTE)、在中等温度、通常高于200℃下，或可以在200℃和1000℃之间的中间温度下的被称为蒸汽电解的技术。

目前，已知两种蒸汽电解生产方法：

根据图1所示的第一种方法，采用能够传导O^2-离子并在通常750℃到1000℃之间的温度下操作的电解质。

更具体地，图1示意性地示出了电解槽1，其包括陶瓷膜2，其传导O^2-离子，确保电解质隔离阳极3和阴极4的功能。

在阳极3和阴极4之间施加电势差引起蒸汽H₂O在阴极4侧还原。根据以下反应，该还原在阴极4的表面形成氢H₂和O^2-离子符号中的

2e′+VO··+H2O→OOX+H2]]>

根据以下氧化反应，O^2-离子、更具体地说氧空位迁移通过电解质2，以在阳极3表面形成氧O₂，放出电子e’：

OOX→12O2+VO··+2e′]]>

因此，该第一方法使得可以在电解槽10的出口产生：阳极室——氧，和阴极室——混有蒸汽的氢。