Патентний опис · PCT-заявка готується · вересень 2026
Система і спосіб спільного виробництва водню та сірчаної кислоти.
Повний опис винаходу: рівень техніки, суть, розкриття чотирьох патентоспроможних ознак і формула з 12 пунктів. Незалежні пункти 1 (система) і 9 (спосіб) побудовані на енергоінтеграції печі та електролізера, а не на SDE як такому.
← Повернутися до пітч-декупунктів формули: 2 незалежних, 10 залежних
патентоспроможні ознаки розкрито в описі
електроспоживання від тепла сірки — ядро пунктів 1 і 9
ступенів термолізу H₂SO₄ (450–900 °C) у циклі — головна відмінна ознака
Назва й область техніки.
| Реквізит | |
|---|---|
| Назва | Система і спосіб спільного виробництва водню та сірчаної кислоти з електроживленням електролізу від тепла спалювання сірки |
| Область техніки | Воднева енергетика; виробництво сірчаної кислоти; SO₂-деполяризований електроліз (SDE) |
| МПК | C25B 1/00 · C25B 9/00 · C01B 3/00 · C01B 17/00 |
| Заявник | Федоровський Артем Миколайович · SulfHy |
| Стратегія | Первинна заявка → PCT через 12 міс. → національні фази (США, ЄС, Саудівська Аравія, Чилі, Казахстан) |
Формулу побудовано навколо енергетичної інтеграції: тепло екзотермічної реакції S + O₂ → SO₂ (297 кДж/моль), яке на звичайному контактному заводі викидається в атмосферу, конвертується в електроенергію та живить SDE-електролізер.
Така постановка свідомо обходить портфелі конкурентів: патенти на SDE-комірки та на відкритий сірковий цикл металургійних газів не покривають зв’язку «власна піч сірки → паротурбіна → самодостатній енергобаланс електролізу».
Чотири гілки попередників — і чого кожній бракує.
| Рішення | Суть | Недолік |
|---|---|---|
| Гібридний сірковий цикл (Westinghouse HyS) | SDE у парі з термічним розкладанням H₂SO₄ при 850–1000 °C; замкнутий цикл | Потрібне джерело тепла 900 °C (ядерне, CSP); ККД 30–40 %; 50 років без промислової реалізації |
| Outotec Open Cycle / Peregrine Hydrogen | SDE на металургійному SO₂ мідних і нікелевих заводів | Немає термічної самодостатності; прив’язка до металургії та її газового господарства |
| SOL2HY2 (ЄС) | Сірковий цикл на сонячному теплі | Та сама стадія розкладання кислоти; лабораторний рівень |
| SRNL / University of South Carolina | SDE з паровою подачею SO₂, мембрани s-PBI | Комірковий рівень; немає інтеграції з сірчанокислотним виробництвом |
Спільний недолік рівня техніки: залежність від дорогої мережевої електроенергії або від високопотенційного тепла, а також відсутність самодостатнього енергобалансу на майданчику сірчанокислотного виробництва.
Технічний результат і сумарна реакція.
Сумарна реакція
S + O₂ + 2 H₂O → H₂SO₄ + H₂
Єдина стадія. Без ступеня розкладання H₂SO₄ при 900 °C: в HyS-циклі вона обов’язкова (при 900 °C кислота розкладається практично повністю — тому й потрібні ядерне/CSP-тепло), тут же SO₂ отримують спалюванням сірки.
- імпорт електроенергії з мережі 4–8 кВт·год на кг H₂ проти 50–55 у електролізу води;
- не менше 50 %, переважно ~70 %, електроспоживання електролізера покривається теплом спалювання сірки;
- товарні продукти: H₂ 99,97 % і H₂SO₄ 96 %, що виходять одночасно;
- режим А — власна піч сірки; режим Б — металургійний SO₂ без печі та турбіни.
Чотири ознаки та їх пункти формули.
- 1
пункти 1, 9
Енергетична інтеграція піч → котел → турбіна → SDE
Тепло спалювання сірки (297 кДж/моль) через котел-утилізатор і паротурбіну (40 бар → протитиск 3 бар, η ≈ 30 %) покриває ≥ 50 % електроспоживання електролізера. Залишкова пара НТ іде на довипарювання кислоти до 96 %.
- 2
пункти 3, 4, 11
Каскад стеків за концентрацією SO₂
Не менше трьох ступенів зі спадною концентрацією SO₂ (наприклад, 18 → 12 → 6 %) та роздільним керуванням струмом: сумарне перетворення > 95 % при низькому анодному перенапруженні, без великої рециркуляції газу.
- 3
пункти 5, 6
Імпульсна деполяризація катода
Періодичний реверс до +0,1…+0,5 В тривалістю 10–120 с з інтервалом 1–12 год окиснює відкладення елементарної сірки на катодному каталізаторі та утримує ресурс МЕВ на цілі ≥ 40 000 год.
- 4
пункти 7, 8, 12
Двотемпературний режим і режим накопичувача енергії
Анод 120–140 °C / катод 60–90 °C (ΔT ≥ 30 K) створює спрямований потік води до аноду й пригнічує кросовер SO₂. При високій ціні енергії турбіна перемикається на відпуск у мережу, а електролізер знижує навантаження — майданчик працює як накопичувач.
Розширення формули (готується, жовтень 2026)
Залежні пункти 13–15: (13) цифровий шар — EIS-моніторинг деградації МЕВ з ML-прогнозом заміни та AI-оптимізацією розподілу струму в каскаді за концентрацією SO₂; (14) режим В — пряма подача кислого газу H₂S в анодні камери, минаючи ступінь Клауса (напрям активізувався в 2025–2026: низькотемпературний електроліз H₂S — KAUST, огляд Frontiers in Chemistry); (15) гібридний режим А+В з автоматичним перемиканням за ціною сірки та кислоти.
12 пунктів. Незалежні — 1 і 9.
- 1.
Система спільного виробництва водню та сірчаної кислоти, що містить піч спалювання сірки, котел-утилізатор, паротурбіну з електрогенератором та електролізер з анодним окисненням діоксиду сірки і катодним виділенням водню, яка відрізняється тим, що електрична енергія паротурбіни покриває не менше 50 % електроспоживання електролізера, а діоксид сірки, що утворюється при спалюванні сірки, спрямовують в анодні камери електролізера.
- 2.
Система за п. 1, яка відрізняється тим, що між котлом-утилізатором і електролізером розміщено блок очищення та осушення газу, що забезпечує подачу SO₂ в електролізер при 110–140 °C.
- 3.
Система за п. 1, яка відрізняється тим, що електролізер виконано у вигляді каскаду не менше трьох стеків, з’єднаних за потоком газу зі спадною концентрацією SO₂.
- 4.
Система за п. 3, яка відрізняється тим, що кожен стек каскаду обладнано незалежним регулятором струму.
- 5.
Система за п. 1, яка відрізняється тим, що вона обладнана блоком імпульсної деполяризації катода, який виконує періодичне реверсування напруги до +0,1…+0,5 В тривалістю 10–120 с.
- 6.
Система за п. 5, яка відрізняється тим, що імпульси деполяризації виконують з інтервалом 1–12 год.
- 7.
Система за п. 1, яка відрізняється тим, що анодні камери працюють при 120–140 °C, катодні — при 60–90 °C, а різниця температур становить не менше 30 K.
- 8.
Система за п. 1, яка відрізняється тим, що вона обладнана випарювачем кислоти, підключеним до пари протитиску паротурбіни.
- 9.
Спосіб спільного виробництва водню та сірчаної кислоти, що включає спалювання сірки до SO₂ з утилізацією тепла, електрохімічне окиснення SO₂ в анодних камерах електролізера та виділення водню на катоді, який відрізняється тим, що не менше 50 % електроенергії, яку споживає електролізер, генерують паротурбіною на теплі спалювання сірки, а сірчану кислоту, що утворюється в анодних камерах, відводять як товарний продукт.
- 10.
Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що в анодні камери подають газову суміш SO₂ і парів води.
- 11.
Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що газ послідовно пропускають не менше ніж через три ступені електролізу зі спадною концентрацією SO₂.
- 12.
Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що при перевищенні заданої ціни електроенергії в мережі паротурбіну перемикають на відпуск електроенергії в мережу.
Перелік посилань і свобода оперування.
- [1]Hybrid Sulfur Cycle (Westinghouse, 1975; розвиток — Savannah River National Laboratory)
- [2]Outotec® Open Cycle; Peregrine Hydrogen — публікації та LOI 2024–2025 рр.
- [3]SOL2HY2 — Hydrogen from Solar-Powered Sulfur (ЄС FP7, 2013–2016)
- [4]PEGASUS — Renewable Hydrogen from Acid (ЄС H2020, 2019–2024)
- [5]Публікації SRNL та University of South Carolina щодо SDE з паровою подачею SO₂ (2015–2024)
Свобода оперування
До подачі PCT — патентний пошук за портфелями Outotec/Metso (Open Cycle) і Peregrine Hydrogen, включно із заявками на каскади та регенерацію. Незалежні пункти свідомо сформульовані через енергоінтеграцію з власною піччю сірки, якої у відкритих джерелах не виявлено.
Статус
Опис і формулу підготовлено; заявка на пріоритеті — у 2026 р. FTO-думка — до M6 за планом розробки.