[發明專利]兩步式熱化學循環分解水進行制氫和產電的方法及系統

在審

• 申請號: 202011134841.3
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112323092A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 溫昶;陽威;石學強;孟桓如;秦效東;秦龍;劉天雨;徐明厚
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C25B5/00
• 分類號: C25B5/00;C25B1/04;C25B1/55;C01B3/04;C01B13/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

1.一種兩步式熱化學循環分解水進行制氫和產電的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

S1進行兩步式熱化學循環分解水制氫反應，該反應包括兩個步驟：第一步利用太陽能將氧化鋅進行吸熱還原反應，以此獲得的氧氣和鋅蒸氣，第二步水分解反應是利用鋅與水蒸氣反應，以此獲得氫氣、氧化鋅和熱能；

S2對于所述第二步水解反應中獲得氧化鋅，將其回收返回至所述第一步吸熱還原反應中，作為原料再次利用；對于所述第一步吸熱還原反應中獲得的氧氣和第二步水解反應中獲得的氫氣回收送入燃料電池中進行發電，以此實現所述氧氣和氫氣的回收和太陽能向電能的轉化；對于所述第二步水解反應中獲得的熱能，將其回收用于電解水產生氫氣和氧氣，以此實現氫氣的制備。

2.如權利要求1所述的一種兩步式熱化學循環分解水進行制氫和產電的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述第二步水分解反應之前，還需將第一步吸熱還原反應獲得的氧氣和鋅蒸氣進行降溫分離，使得所述鋅蒸氣冷卻為液體鋅，進而與所述氧氣分離。

3.如權利要求2所述的一種兩步式熱化學循環分解水進行制氫和產電的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述降溫分離采用的是淬火的方式，以此使得鋅蒸氣冷卻為液體鋅，進而與氧氣分離。

4.如權利要求1所述的一種兩步式熱化學循環分解水進行制氫和產電的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述第二步水解反應中的鋅為所述第一步吸熱還原反應中的鋅蒸氣冷卻后獲得的液體鋅。

5.如權利要求1所述的一種兩步式熱化學循環分解水進行制氫和產電的方法，其特征在于，在步驟S2中，在所述燃料電池中，氧氣和氫氣反應產生水蒸氣，該獲得的水蒸氣用于進行所述第二步水解反應，以此實現水蒸氣的再次利用。

6.如權利要求1所述的一種兩步式熱化學循環分解水進行制氫和產電的方法，其特征在于，在步驟S2中，所述電解水是通過熱交換器、熱機和發電機將熱能回收轉化為電能，利用該電能電解水，以此獲得氫氣和氧氣。

7.一種采用權利要求1-6任一項所述的方法的制氫和產電系統，其特征在于，該系統包括：熱化學循環模塊、燃料電池模塊和熱能回收模塊，其中：

所述熱化學循環模塊同時與所述燃料電池模塊和熱能回收模塊相連，用于進行兩步式熱化學循環分解水制氫反應；

所述燃料電池模塊用于回收所述熱化學循環模塊中產生的氫氣和氧氣并將其用于發電；

所述熱能回收模塊包括熱交換器、熱機、發電機和電解裝置，用于回收所述熱化學循環中產生的熱能，熱能通過所述熱交換器進行熱回收，熱交換器中的介質水通過換熱變成水蒸氣，水蒸氣帶動熱機轉輪旋轉，然后熱機轉輪帶動所述發電機的轉子旋轉發電，從而實現將回收的熱能轉換成電能，該電能供所述電解裝置電解水。

8.如權利要求7所述的制氫和產電系統，其特征在于，所述熱化學循環模塊包括太陽能反應器、淬火裝置和水解反應器，其中，所述太陽能反應器用于進行氧化鋅的吸熱還原反應，所述淬火裝置用于將吸熱還原反應產生的鋅蒸氣和氧氣冷卻，獲得液體鋅和氧氣，所述水解反應器用于將鋅和水蒸氣進行水解反應獲得氧化鋅、氫氣和熱能。