利用过量热进行电化学反应的系统技术方案

提供了将工业过程产生的过量热用于电化学过程的系统和方法。所述系统包含：用于进行电化学反应的电化学反应器，其中所述电化学反应需要预定最低温度来进行；有效用于接收工业过程中产生的且在升高温度下的气态进料流的方法；用于将一种或多种化学反应物引入至电化学反应器的入口；其中所述系统特征在于，所述气态进料流温度不恒定，且对于至少部分时间，所述系统接收的所述气态进料流的温度低于所需的预定最低温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及利用过量热的系统和方法，和更特别地，涉及利用在变化的操作条件下排放的过量热的系统和方法。背景与在升高的温度下操作的许多工业制造有关的已知问题之一是由所述设备排放的过量热的产生，其未有效利用。虽然，在排出气体中可能有大量的能量含量的潜力，与利用该潜力有关的典型问题在于，所述热气态进料流为短暂基准上产生的副产物，例如间歇过程的输出、副产物热气体的非恒定产生等。因此，实际上不可能依赖基本上非恒定的热气体进料，甚至热气体的间歇进料，用于使用该热量运行连续过程(这从经济观点来看是期望的)。解决该问题的一种方法是，通过在系统中包括储存器，用于储存离开所述过程的热气体，并从该储存器引出恒定的热气态进料。然而，这种解决方案是不实用的，由于与需要在升高的温度下储存和压缩气体有关的成本。获得中间储存器的另一个方法是使用相变材料，热量可储存在其中。然而，同样地，涉及这种过程和过程效率损失的成本(因为在储存和回收过程中温度的降低)，使这种解决方案不实用。获得这种储存器的又一个方法是使用具有高热容的材料(例如耐火砖，热气体携带过量热流动通过其中)和加热该介质，过量热作为显热储存。同样，这种解决方案遭受与上述解决方案类似的缺点。有鉴于此，需要获得一种解决方案，其允许利用过量热和因此增加产生过量热的过程的总效率。公开概述可参考所附权利要求概述本公开。本公开的目的是提供利用工业过程排放的过量热的系统和方法。本公开的另一个目的是提供使用过量热用于进行电化学反应的方法和系统，而过量热在变化的条件下提供。本专利技术的其它目的由以下描述变得显而易见。根据本公开的第一方面，提供了将工业过程产生的过量热用于电化学过程的系统，所述系统包含：用于进行电化学反应的电化学反应器，其中所述电化学反应需要(即，为了实现合理的过程效率)预定最低温度来进行；有效用于接收工业过程产生的和在升高温度下的气态进料流的设备；用于将一种或多种化学反应物引入至所述电化学反应器的入口；其中所述系统特征在于，所述气态进料流的温度不恒定，且对于至少部分时间，所述系统接收的所述气态进料流的温度低于所需的预定最低温度。根据另一个实施方案，所述系统包含串联布置的多个部分，其中各个部分包含至少一个电化学反应器和至少一个燃烧器，且其中所述气态进料流在燃烧器中加热至等于或大于所需的预定最低温度的温度之后在各个电化学反应器处引入。根据另一个实施方案，气态进料流包含化合物的一种或多种残余物，所述化合物选自包含能量的化合物、可燃化合物、有毒化合物等，且其中所述系统还包含辅助入口以允许将氧化剂引入至系统和配置用以燃烧所述残余物的燃烧器内，从而将气态进料流的温度升高至等于或大于所需的预定最低温度的温度。所述一种或多种残余物可为例如CO或H2或它们的组合，且所述氧化剂可为例如氧或空气或它们的组合。根据另一个实施方案，电化学反应器至少部分地位于其中产生工业过程过量热的室的空腔内。此外，夹套可放置在位于所述室内的电化学反应器周围，且夹套可用作缓冲以调节反应器温度。本文所用的术语“室”在整个说明书和权利要求中以表示在其中产生过量热的包围体。通过又一个实施方案，工业过程为以下之一：水泥制造过程、玻璃制造过程、钢制造过程、铝制造过程、气化、生物气燃烧、焚烧、重整过程和发电。根据又一个实施方案，电化学反应分解CO2和/或H2O。根据另一个实施方案，所述系统还包含有效用于将电流引入至所述系统的设备，其中该设备有效用于在所述气态进料流的输入能量减少时增加引入至所述系统的电流。根据本公开的另一方面，提供了将工业过程产生的过量热用于电化学过程的方法。该方法包含以下步骤：提供用于进行电化学反应的电化学反应器，其中所述电化学反应需要预定最低温度；接收所述工业过程中产生的和在升高温度下的气态进料流；将一种或多种化学反应物引入至所述电化学反应器；其中所述方法特征在于，所述气态进料流温度不恒定，且对于至少部分时间，接收所述气态进料流的温度低于所需的预定最低温度。根据该方面的另一个实施方案，所述方法还包含：提供串联布置的多个部分，其中各个部分包含至少一个电化学反应器和至少一个燃烧器，且其中在所述气态进料流的温度低于所需的预定最低温度的情况下，所述气态进料流在燃烧器中预热至等于或大于所需的预定最低温度的温度之后在电化学反应器处引入。根据另一个实施方案，接收气态进料流的步骤包含接收包含化合物的一种或多种残余物的气态进料流，所述化合物选自包含能量的化合物、可燃化合物和有毒化合物，且其中所述方法还包含引入氧化剂以燃烧所述残余物的步骤，从而将气态进料流的温度升高至等于或大于所需的预定最低温度的温度。本领域技术人员应理解，所述一种或多种残余物可包含在气态进料流中，在该流已从工业过程排放之后将残余物添加至该流中而得到，或当气态进料流从工业过程排放时作为副产物包括在气态进料流中。通过本专利技术的该方面的又一个实施方案，电化学反应器至少部分地位于其中产生工业过程过量热的室的空腔内。根据本专利技术的该方面的又一个实施方案，工业过程为以下之一：水泥制造过程、玻璃制造过程、钢制造过程、铝制造过程、气化、生物气燃烧、焚烧、重整过程和发电。附图简述为了更完整理解本专利技术，现在结合附图参考以下详述，其中：图1是本专利技术的实施方案的系统的实施例的示意框图；图2是说明根据本专利技术的另一实施方案，使用串联安装的各自包含电化学反应器和燃烧器的多个部分的示意框图；图3举例说明使用文丘里泵以提高输入的进料流的压力；图4举例说明使用文丘里泵以提供氧化剂至燃烧器；和图5是与本专利技术的实施方案解释的系统组合的工业过程的实施例的概要示意框图。详述在以下描述中，出于解释目的，阐述许多具体细节以便通过实施例提供本专利技术的更好的理解。然而，显而易见的是，本专利技术可在没有这些具体细节下实施。本公开提供的系统目的在于使电化学反应器能与在其中进行高温过程的设备组合，而在这些过程中产生的至少一些热量目前以热气态输出的形式从所述设备中排放，未完全利用包含在排放气体内的能量潜力。虽然在排出气体中可能有大量的能量含量潜力，但与利用该潜力有关的典型问题在于，热气体输出是在短暂基准上产生的副产物，例如，间歇过程的输出、副产品热气体的非恒定产生、处于变化的温度等。因此，实际上不可能依赖基本上非恒定的热气体进料用于进行连续过程(这出于经济观点是期望的)和需要最低操作温度以便在商业基准上进行的过程。因此，根据本专利技术，提供利用过量热的系统，其包括能够捕集原本被浪费掉的(或至少部分被浪费)作为工业过程副产物的热气体形式的能量的电化学反应器。这些工业过程可在以下中进行：例如，水泥厂、玻璃制造业、钢铸造厂、铝铸造厂、气化设备、生物气燃烧器、焚烧炉、重整器、化学工厂、发电设备等。本文提出的解决方案固有的一个优点是，在变化的温度下由工业过程回收的过量热可用于电化学过程，所述电化学过程在基本恒定的工作条件下进行且其中需要最低温度阈值。这样的电化学反应器的实施例为电化学反应器是气体分解反应器，CO2和/或H2O作为输入气体引入且反应器输出是CO和/或H2(除剩余的输入气体以外)和O2。以热气体的形式到达反应器的外部热源用于提供能量至分解过程和任选用于产生所述过程也需要的电能。在某些情况下，其中过量热在作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
将工业过程产生的过量热用于电化学过程的系统，所述系统包含：用于进行电化学反应的电化学反应器，其中所述电化学反应需要预定最低温度来进行；有效用于接收工业过程产生的和在升高温度下的气态进料流的设备；用于将一种或多种化学反应物引入至所述电化学反应器的入口；其中所述系统特征在于，所述气态进料流温度不恒定，且对于至少部分时间，所述系统接收的气态进料流的所述温度低于所需的预定最低温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.12 US 61/8901911. 将工业过程产生的过量热用于电化学过程的系统，所述系统包含：用于进行电化学反应的电化学反应器，其中所述电化学反应需要预定最低温度来进行；有效用于接收工业过程产生的和在升高温度下的气态进料流的设备；用于将一种或多种化学反应物引入至所述电化学反应器的入口；其中所述系统特征在于，所述气态进料流温度不恒定，且对于至少部分时间，所述系统接收的气态进料流的所述温度低于所需的预定最低温度。2. 权利要求1的系统，所述系统包含串联布置的多个部分，其中各个部分包含至少一个电化学反应器和至少一个燃烧器，其中所述气态进料流在燃烧器中加热至等于或大于所需的预定最低温度的温度之后在各个电化学反应器处引入。3. 权利要求1的系统，其中所述气态进料流包含化合物的一种或多种残余物，所述化合物选自包含能量的化合物、可燃化合物和有毒化合物，且其中所述系统还包含辅助入口以允许将氧化剂引入至所述系统和配置用以燃烧所述残余物的燃烧器，从而所述气态进料流的温度升高至等于或大于所需的预定最低温度的温度。4. 权利要求1的系统，其中所述电化学反应器至少部分地位于其中产生工业过程过量热的室的空腔内。5. 权利要求1的系统，其中所述工业过程为以下之一：水泥制造过程、玻璃制造过程、钢制造过程、铝制造过程、气化、生物气燃烧、焚烧、重整过程和发电。6. 权利要求1的系统，其中所述电化学反应分解CO2和/或H2O。7. 权利要求3的系统，其中所述一种或多种残余物为CO或H2...

【专利技术属性】
技术研发人员：R哈帕兹，D沙伊纳，
申请(专利权)人：新二氧化碳燃料有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL