[發明專利]太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統及方法

有效

• 申請號: 200710098468.9
• 申請日: 2007-04-18
• 公開（公告）號: CN101289164A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 金紅光;洪慧;隋軍;劉啟斌;鄭丹星
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: C01B3/24
• 分類號: C01B3/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

1.一種太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，該系統包括：

原料供應裝置，用于貯存制氫所需的原料，并將貯存的原料輸出給原料混合裝置；

原料混合裝置，用于接收并混合來自原料供應裝置中的新鮮原料和氣液分離器分離出來的未反應物，并將得到的混合物輸出給原料計量裝置；

原料計量裝置，用于控制單位時間內原料進入預熱器的體積，將接收自原料混合裝置的原料按一定的速率輸出給預熱器；

預熱器，用于對接收自原料計量裝置的原料進行預熱，將預熱后的原料輸出給太陽能吸收反應器；

太陽能吸收反應器，利用吸收的太陽能熱量供接收自預熱器的原料在自身的反應管中發生重整反應，反應產物通過預熱器放出熱量，然后再進入冷凝器；

太陽能集熱器，用于以線性聚焦方式將低能流密度的太陽能聚集成高能流密度的中低溫熱能，向太陽能吸收反應器中的原料重整反應提供熱量；所述太陽能吸收反應器位于太陽能集熱器的線性聚焦線上，該太陽能集熱器采用拋物槽式聚光結構，拋物槽內表面涂有對太陽光具有高反射率、低吸收率的選擇性鍍膜，向太陽能吸收反應器中的原料重整反應提供150℃至300℃溫度范圍的熱量；

冷凝器，用于冷卻太陽能吸收反應器通過預熱器輸入的反應產物，并將冷卻后的反應產物輸出給氣液分離器；

氣液分離器，用于對接收自冷凝器冷卻的混合物進行氣液分離，分離后得到的氣相反應產物輸出給變壓吸附裝置，得到的液相反應產物輸出給原料混合裝置；

變壓吸附裝置，用于對氣液分離器輸入的氣相反應產物進行分離得到純凈的氫氣。

2.根據權利要求1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，所述原料供應裝置為原料罐，其中貯存的原料為甲醇、乙醇或二甲醚，以及脫鹽水。

3.根據權利要求2所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，所述原料混合裝置為混合器，用于將接收自原料罐中的替代燃料和脫鹽水按一定比例進行混合，并接收來自于氣液分離器中分離出來的未反應物，保證水和原料的充分混合。

4.根據權利要求1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，所述原料計量裝置為計量泵，將接收自原料混合裝置的原料按可調節的流量輸出給預熱器。

5.根據權利要求1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，所述預熱器與太陽能吸收反應器循環連接，熱源來自太陽能吸收反應器反應產物的余熱；如果余熱不足，熱源進一步由所述太陽能集熱器，或真空管式，或平板式太陽能集熱器，或外部熱源提供。

6.根據權利要求1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，所述太陽能吸收反應器既是太陽能接收器，又是化學反應器，其結構為細長的管狀，材料為導熱性能良好的銅、鋁材料，管子內填裝銅系、鎳系或者鉑鈀系固體金屬系列催化劑，管子外表面涂有對太陽光具有高吸收率、低發射率的選擇性鍍膜，管子外面安裝有高透射率的玻璃罩，玻璃罩與管子之間為真空或者非真空。

7.根據權利要求1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，所述冷凝器為間壁式換熱設備，采用循環水進行冷卻，連接有循環冷卻水。

8.根據權利要求1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，所述氣液分離器分離后得到的氣相反應產物為氫氣和二氧化碳和副產品，液相反應產物為未反應的原料和水。

9.根據權利要求1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特征在于，所述變壓吸附裝置為變壓吸附分離單元PSA，吸附氣相反應產物中的二氧化碳和副產品，輸出純凈的氫氣。