SSulfHy

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-деку
12

пунктів формули: 2 незалежних, 10 залежних

4

патентоспроможні ознаки розкрито в описі

≥ 50 %

електроспоживання від тепла сірки — ядро пунктів 1 і 9

0

ступенів термолізу H₂SO₄ (450–900 °C) у циклі — головна відмінна ознака

01Реквізити

Назва й область техніки.

Реквізит
НазваСистема і спосіб спільного виробництва водню та сірчаної кислоти з електроживленням електролізу від тепла спалювання сірки
Область технікиВоднева енергетика; виробництво сірчаної кислоти; SO₂-деполяризований електроліз (SDE)
МПКC25B 1/00 · C25B 9/00 · C01B 3/00 · C01B 17/00
ЗаявникФедоровський Артем Миколайович · SulfHy
СтратегіяПервинна 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».

02Рівень техніки

Чотири гілки попередників — і чого кожній бракує.

РішенняСутьНедолік
Гібридний сірковий цикл (Westinghouse HyS)SDE у парі з термічним розкладанням H₂SO₄ при 850–1000 °C; замкнутий циклПотрібне джерело тепла 900 °C (ядерне, CSP); ККД 30–40 %; 50 років без промислової реалізації
Outotec Open Cycle / Peregrine HydrogenSDE на металургійному SO₂ мідних і нікелевих заводівНемає термічної самодостатності; прив’язка до металургії та її газового господарства
SOL2HY2 (ЄС)Сірковий цикл на сонячному тепліТа сама стадія розкладання кислоти; лабораторний рівень
SRNL / University of South CarolinaSDE з паровою подачею SO₂, мембрани s-PBIКомірковий 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.

03Суть винаходу

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.
S (рідк.) ≈16 кг/кг H₂ →H₂O деіонізована → катодгаз 1050 °CSO₂ 12–18 %пара ВТSO₂ ≈130 °CDC 7,2 МВтH₂H₂SO₄ 75 %пара НТ 3 бар1. Піч спалювання сірки1000–1100 °C, O₂-збагачення2. Котел-утилізаторпара 40 бар / 400 °C3. Очищення та осушення SO₂ЕФ, осушення, ≈130 °C5. Паротурбіна 5 МВт+ випрямлячі DC4. SDE-електролізер (каскад ×3)s-PBI, ≈125 °C, 0,5 А/см², 0,62 В6. Очищення H₂скрубер → PSA → 30 бар7. Довипарювач кислоти75 % → 96 %, пара НТ8. Абсорбер SO₂ (режим Б)металургійний газ 7–15 %→ H₂ 10 т/доб, 99,97 %→ H₂SO₄ 96 % — 490 т/доб
Фіг. 1. Установка SulfHy-10, номінал 10 000 кг H₂/добу. Пунктир — альтернативний вхід SO₂ (режим Б) та рекуперація пари.
04Розкриття винаходу

Чотири ознаки та їх пункти формули.

  1. 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. 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. 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. 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.

05Формула винаходу

12 пунктів. Незалежні — 1 і 9.

  1. 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. 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. 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. 4.

    Система за п. 3, яка відрізняється тим, що кожен стек каскаду обладнано незалежним регулятором струму.

  5. 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. 6.

    Система за п. 5, яка відрізняється тим, що імпульси деполяризації виконують з інтервалом 1–12 год.

  7. 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. 8.

    Система за п. 1, яка відрізняється тим, що вона обладнана випарювачем кислоти, підключеним до пари протитиску паротурбіни.

  9. 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. 10.

    Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що в анодні камери подають газову суміш SO₂ і парів води.

  11. 11.

    Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що газ послідовно пропускають не менше ніж через три ступені електролізу зі спадною концентрацією SO₂.

  12. 12.

    Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що при перевищенні заданої ціни електроенергії в мережі паротурбіну перемикають на відпуск електроенергії в мережу.

06Посилання та FTO

Перелік посилань і свобода оперування.

  1. [1]Hybrid Sulfur Cycle (Westinghouse, 1975; розвиток — Savannah River National Laboratory)
  2. [2]Outotec® Open Cycle; Peregrine Hydrogen — публікації та LOI 2024–2025 рр.
  3. [3]SOL2HY2 — Hydrogen from Solar-Powered Sulfur (ЄС FP7, 2013–2016)
  4. [4]PEGASUS — Renewable Hydrogen from Acid (ЄС H2020, 2019–2024)
  5. [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.

План розробки та впровадження