开路状态下固体氧化物电解槽制备合成气的模型设计与验证

固体氧化物电解槽(SOEC)可将H_(2)O和CO_(2)通过共电解转化为合成气(H_(2)和CO),从而实现CO_(2)的捕集与利用。然而,除了电化学反应,反应气体在高温下的逆水汽反应(RWGS反应)对该过程也存在一定影响。为了探究RWGS反应在合成气制备中的作用,建立了一种纽扣型SOEC在开路状态下制备合成气的二维模型,研究了开路状态下进气组分和操作温度对SOEC支撑层中RWGS反应的影响。将模型仿真结果与实验数据进行对比验证,确保了模型的可靠性。结果表明,入口气体中还原性气体H_(2)含量(物质的量分数,下同)是影响RWGS反应速率的首要因素,H_(2)含量越高,RWGS反应速率越快。当H_(2)含量为30%时,CO_(2)转化率在29%以上;当H_(2)含量为10%时,CO_(2)转化率仅为9%~10%。此外,在H_(2)含量一定的情况下,RWGS反应速率主要与CO_(2)含量呈正相关,在入口气体中提高CO_(2)或者H_(2)含量,可不同程度提高开路状态下的CO_(2)转化率。更高的操作温度有利于RWGS反应更快进行,且在H_(2)含量一定的情况下,进气组分中CO_(2)含量越高,RWGS反应速率的变化率也越大。