Novel approach to integrate CO2 utilization coupled with direct methane conversion to C2 products using solid oxide electrolysis cell

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作者
Seong Kyun Kim,Young-il Kwon,Yeong Beom Kim,Jongyun Jung,Sanggyu Kang,Jong Hoon Joo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:444: 136619-136619 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136619
摘要

• Efficient integration of CO 2 electrolysis and OCM in single reactor was proposed. • Heat demand of SOEC can be compensated from waste heat of OCM process. • C2 yield of 25.4% at 825 ℃ coupled with CO 2 electrolysis at 850 ℃ was achieved, simultaneously. Solid oxide electrolysis cells (SOECs) based on oxygen ion-conducting electrolytes driven at high temperatures have been considered promising candidates for CO 2 utilization and energy storage to mitigate environmental problems because of their high current density and efficiency. Additionally, SOECs have potential to integrate with processes that require high-temperature pure oxygen produced at anode and CO 2 utilization at cathode. Despite this advantage, CO 2 utilization via SOEC has been extensively studied only for the practical use and development of CO 2 electrolysis electrodes. In this study, we propose novel strategy that synergistically integrates both CO 2 electrolysis and OCM in single apparatus. A previous study on OCM using SOEC resulted in low C2 yield, highlighting the difficulty to develop anode electrode that satisfies the MIEC property to promote the oxygen evolution reaction as well as the catalytic activity to improve CH 4 conversion and C2 selectivity. Herein, CO 2 electrolysis coupled with the OCM reaction (C2 yield of 25.4% at 825 °C) was achieved through reactor capable of independently controlling operating conditions of two reactions in one apparatus. Furthermore, thermodynamic simulation analysis demonstrated that the conversion efficiency of the proposed OCM-SOEC system is superior to that of the conventional OCM-air separation unit (ASU) system.
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