Brevet FR3040061A1 (20170217)
REVENDICATIONS1 Procédé d'électrolyse à haute température de la vapeur d'eau H20, ou de co-électrolyse de la vapeur d'eau H2O et du dioxyde de carbone CO2, mis en oeuvre dans un réacteur comportant un empilement de cellules d'électrolyse élémentaires (Cl, C2) de type à oxydes solides, formées chacune d'une cathode (2.1, 2.2), d'une anode (4.1, 4.2) et d'un électrolyte (3.1, 3.2) intercalé entre la cathode et l'anode, et une pluralité d'interconnecteurs (5.1 ; 5.2) électrique et fluidique agencés chacun entre deux cellules élémentaires (Cl, C2) adjacentes avec une de ses faces en contact électrique avec l'anode (4.1) d'une (Cl) des deux cellules élémentaires et l'autre de ses faces en contact électrique avec la cathode (2.2) de l'autre (C2) des deux cellules élémentaires, selon lequel: - on alimente en vapeur d'eau (EH2(1)) ou en un mélange de vapeur d'eau H2O et de dioxyde de carbone CO2 une première zone (61, 71,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur (5.1) d'un premier groupe et on le distribue à une cathode de chaque cellule élémentaire du premier groupe puis on récupère l'hydrogène H2 produit (SH2(1)) ou le gaz de synthèse (mélange de monoxyde de carbone CO et d'hydrogène H2) dans une deuxième zone (63, 73,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur du premier groupe, - on alimente en vapeur d'eau (EH2(2)) ou en un mélange la vapeur d'eau H2O et de dioxyde de carbone CO2 une première zone (62, 73,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur (5.2) d'un deuxième groupe dont au moins un est adjacent à un interconnecteur du premier groupe , et on le distribue à une cathode de chaque cellule élémentaire du deuxième groupe, dont au moins une est adjacente à une cellule du premier groupe, puis on récupère l'hydrogène H2 produit (SH2(2)) ou le gaz de synthèse (mélange de monoxyde de carbone CO et d'hydrogène H2) dans une deuxième zone (64, 71,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur du deuxième groupe, les première et deuxième zones des interconnecteurs (5.2) du deuxième groupe étant non situées à l'aplomb respectivement des première et deuxième zones des interconnecteurs (5.1) du premier groupe, procédé selon lequel, au sein de l'empilement, l'alimentation et la circulation respectivement aux interconnecteurs et aux cellules du premier groupe sont réalisées, de manière indépendante par rapport à l'alimentation et la circulation respectivement aux interconnecteurs et aux cellules du deuxième groupe. 3040061 30\n<CLM>\1\tProcédé d'électrolyse ou de co-électrolyse selon la revendication 1, selon lequel les première et deuxième zones des premier et deuxième groupes d'interconnecteurs sont agencées de sorte que la distribution de la vapeur d'eau ou du mélange de vapeur d'eau H2O et de dioxyde de carbone CO2, à la cathode des cellules du 5 premier groupe est réalisée à co-courant de celle aux cellules du deuxième groupe.\n<CLM>\1\tProcédé d'électrolyse ou de co-électrolyse selon la revendication 1, selon lequel les première et deuxième zones des premier et deuxième groupes d'interconnecteurs sont agencées de sorte que la distribution de la vapeur d'eau ou du mélange de vapeur d'eau H2O et de dioxyde de carbone CO2, à la cathode des cellules du 10 premier groupe est réalisée à contre-courant de celle aux cellules du deuxième groupe.\n<CLM>\1\tProcédé d'électrolyse ou de co-électrolyse selon l'une des revendications 1 à 3, selon lequel : - on alimente en gaz drainant, tel que de l'air, (E1(02)) une troisième zone (65, 75,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur (5.1) du premier groupe, et on le distribue à l'anode de 15 chaque cellule du premier groupe, puis on récupère l'oxygène 02 produit et le cas échéant le gaz drainant (S1(02)) dans une quatrième zone (66,76,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur du premier groupe, - on alimente en gaz drainant, tel que de l'air, (E2(02)) une troisième zone (65, 75,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur (5.2) du deuxième groupe, et on le distribue à l'anode 20 de chaque cellule du deuxième groupe, puis on récupère l'oxygène 02 produit (S2(02)) et le cas échéant le gaz drainant dans une quatrième zone (66, 76,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur du deuxième groupe, les troisième et quatrième zones du deuxième groupe d'interconnecteurs (5.2) étant situées à l'aplomb respectivement des troisième et quatrième zones du premier groupe d'interconnecteurs (5.1), de sorte à avoir une 25 alimentation en gaz drainant et une récupération d'oxygène produit communes aux premier et deuxième groupes.\n<CLM>\1\tProcédé d'électrolyse ou de co-électrolyse selon l'une des revendications 1 à 3, selon lequel : - on alimente en gaz drainant, tel que de l'air, (E1(02)) une troisième zone 30 (65.1, 75.1, 85.1) de chaque interconnecteur (5.1) du premier groupe, et on le distribue à l'anode de chaque cellule du premier groupe, puis on récupère l'oxygène 02 produit et le 3040061 31 cas échéant le gaz drainant (S1(02)) dans une quatrième zone (66.1, 76.1, 86.1) de chaque interconnecteur du premier groupe, - on alimente en gaz drainant, tel que de l'air, (E2(02)) une troisième zone (66.2, 76.1, 86.2) de chaque interconnecteur (5.2) du deuxième groupe et on le distribue à 5 l'anode de chaque cellule du deuxième groupe, puis on récupère l'oxygène 02 produit (S2(02)) et le cas échéant le gaz drainant dans une quatrième zone (65.2, 75.1, 85.2) de chaque interconnecteur du deuxième groupe, les troisième et quatrième zones du deuxième groupe d'interconnecteurs (5.2) étant non situées à l'aplomb respectivement des troisième et quatrième zones du premier groupe d'interconnecteurs (5.1), de sorte à avoir 10 une alimentation en gaz drainant et une récupération d'oxygène produit séparées entre le premier groupe et le deuxième groupe.\n<CLM>\1\tProcédé d'électrolyse ou de co-électrolyse selon la revendication 5, selon lequel les troisième et quatrième zones des premier et deuxième groupe d'interconnecteurs sont agencées de sorte que la distribution du gaz drainant et de l'02 15 produit par électrolyse à l'anode des cellules du premier groupe est réalisée à contre- courant de celle des cellules du deuxième groupe.\n<CLM>\1\tProcédé de production d'électricité à haute température, mis en oeuvre dans une pile à combustible à oxydes solides (SOFC) comportant un empilement de cellules électrochimiques élémentaires (Cl, C2) de type SOFC, formées chacune d'une cathode 20 (2.1, 2.2) d'une anode (4.1, 4.2) et d'un électrolyte (3.1, 3.2) intercalé entre la cathode et l'anode, et une pluralité d'interconnecteurs (5.1 ; 5.2) électrique et fluidique agencés chacun entre deux cellules élémentaires (Cl, C2) adjacentes avec une de ses faces en contact électrique avec l'anode (4.1) d'une (C1) des deux cellules élémentaires et l'autre de ses faces en contact électrique avec la cathode (2.2) de l'autre des deux cellules (C2) 25 élémentaires, selon lequel: - on alimente en combustible une première zone (61, 71,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur (5.1) d'un premier groupe, et on le distribue à une anode de chaque cellule élémentaire du premier groupe, puis on récupère le surplus de combustible et l'eau produite dans une deuxième zone (63, 73,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur du 30 premiergroupe, - on alimente en combustible une première zone (62, 73,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur (5.2), d'un deuxième groupe dont au moins un est adjacent à un 3040061 32 interconnecteur du premier groupe, et on le distribue à une anode de chaque cellule élémentaire du deuxième groupe dont au moins une est adjacente à une cellule du premier groupe, puis on récupère le surplus de combustible et l'eau produite dans une deuxième zone (64, 71,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur du deuxième groupe, les première et 5 deuxième zones des interconnecteurs (5.2) du deuxième groupe étant non situées à l'aplomb respectivement des première et deuxième zones des interconnecteurs (5.1). du premier groupe, procédé selon lequel, au sein de l'empilement, l'alimentation et la circulation respectivement aux interconnecteurs et aux cellules du premier groupe sont réalisées, de 10 manière indépendante par rapport à l'alimentation et la circulation respectivement aux interconnecteurs et aux cellules du deuxième groupe.\n<CLM>\1\tProcédé de production d'électricité à haute température selon la revendication 7, selon lequel les première et deuxième zones des premier et deuxième groupes d'interconnecteurs sont agencées de sorte que la distribution du combustible à 15 l'anode des cellules du premier groupe est réalisée à co-courant de celle aux cellules du deuxième groupe.\n<CLM>\1\tProcédé de production d'électricité à haute température selon la revendication 7, selon lequel les première et deuxième zones des premier et deuxième groupes d'interconnecteurs sont agencées de sorte que la distribution du combustible à 20 l'anode des cellules du premier groupe est réalisée à contre-courant de celle à aux cellules du deuxième groupe.\n<CLM>\1\tProcédé de production d'électricité à haute température selon l'une des revendications 7 à 9, selon lequel : - on alimente en comburant, tel que de l'air, (E1(02)) une troisième zone (65, 25 75,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur (5.1), du premier groupe et on le distribue à la cathode de chaque cellule du premier groupe, puis on récupère le surplus de comburant (S1(02)) dans une quatrième zone (68, 76,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur du premier groupe , - on alimente en comburant, tel que de l'air, (E2(02)) une troisième zone (67, 75,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur (5.2) du deuxième groupe, et on le distribue à la cathode 30 de chaque cellule du deuxième groupe, puis on récupère le surplus de comburant (S2(02)) dans une quatrième zone (68, 76,\n<CLM>\1\tde chaque interconnecteur du deuxième ,groupe, les troisième et quatrième zones du deuxième groupe d'interconnecteurs (5.2) étant situées à 3040061 33 l'aplomb respectivement des troisième et quatrième zones du premier groupe d'interconnecteurs (5.1), de sorte à avoir une alimentation en comburant et une récupération de surplus de comburant communes aux premier et deuxième groupes.\n<CLM>\1\tProcédé de production d'électricité à haute température selon l'une des 5 revendications 7 à 9, selon lequel : - on alimente en comburant, tel que de l'air, (E1(02)) une troisième zone (65.1, 75.1, 85.1) de chaque interconnecteur (5.1), du premier groupe, et on le distribue à la cathode de chaque cellule du premier groupe, puis on récupère le surplus de comburant (S1(02)) dans une quatrième zone (66.1, 76.1, 86.1) de chaque interconnecteur du premier 10 groupe, - on alimente en comburant, tel que de l'air, (E2(02)) une troisième zone (66.2, 76.1, 86.2) de chaque interconnecteur (5.2), du deuxième groupe, et on le distribue à la cathode de chaque cellule du deuxième groupe, puis on récupère le surplus de comburant (S2(02)) dans une quatrième zone (65.2, 75.1, 85.2) de chaque interconnecteur 15 du deuxième groupe, les troisième et quatrième zones du deuxième groupe d'interconnecteurs (5.2) étant non situées à l'aplomb respectivement des troisième et quatrième zones du premier groupe d'interconnecteurs (5.1), de sorte à avoir une alimentation en comburant et une récupération de surplus de comburant séparées entre le premier groupe et le deuxième groupe. 20\n<CLM>\1\tProcédé de production d'électricité à haute température selon la revendication 11, selon lequel les troisième et quatrième zones des premier et deuxième groupe d'interconnecteurs sont agencées de sorte que la distribution du comburant à la cathode des cellules du premier groupe est réalisée à contre-courant de celle des cellules du deuxième groupe. 25\n<CLM>\1\tProcédé de production d'électricité à haute température selon l'une des revendications 7 à 12, le combustible étant l'hydrogène ou le méthane (CH4), ou un mélange des deux.\n<CLM>\1\tProcédé d'électrolyse à haute température de la vapeur d'eau H2O, ou de co-électrolyse de la vapeur d'eau H2O et du dioxyde de carbone CO2, selon l'une des 30 revendications 1 à 6, et procédé de production d'électricité à haute température selon l'une des revendications 7 à 13, selon lequel l'alimentation des gaz dans la première zone 3040061 34 du premier groupe d'interconnecteurs est reliée en série à celle des gaz dans la première zone du deuxième groupe d'interconnecteurs.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 14, selon lequel on enrichit les gaz en combustible et/ou en comburant entre la sortie du premier groupe et l'entrée du 5 deuxième groupe ou vice-versa.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 14 ou 15, selon lequel on met en oeuvre des cellules de taille différente entre le premier et le deuxième groupes de manière à ce que toutes les cellules soient à la même tension avec des compositions en combustibles différentes. 10\n<CLM>\1\tProcédé d'électrolyse à haute température de la vapeur d'eau H2O, ou de co-électrolyse de la vapeur d'eau H2O et du dioxyde de carbone CO2, selon l'une des revendications 1 à 6, et procédé de production d'électricité à haute température selon l'une des revendications 7 à 13, selon lequel l'alimentation des gaz dans la première zone du premier interconnecteur est en parallèle de celle des gaz dans la première zone du 15 deuxième interconnecteur.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 17, selon lequel on alimente le premier et le deuxième groupes avec des compositions et débits en gaz sont identiques.\n<CLM>\1\tProcédé de production d'électricité à haute température selon la revendication 17 ou 18, selon lequel on alimente le premier et le deuxième groupe avec 20 des compositions en méthane (CH4) ou hydrogène (H2) différente de sorte à avoir un reformage différent entre les deux groupes.\n<CLM>\1\tProcédé de co-électrolyse de la vapeur d'eau H2O et du dioxyde de carbone CO2 selon la revendication 17 ou 18, selon lequel on alimente le premier et le deuxième groupe avec un même ratio H20/CO2/CO. 25\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 14 à 20, selon lequel en fonctionnement, on change l'alimentation en série en alimentation en parallèle et selon lequel on rend simultanément les débits et compositions différentes entre les deux groupes de manière à gérer une dégradation prématurée des cellules d'un des deux groupes. 30