[發明專利]一種基于氨基熱化學能儲能的太陽能高溫電解水耦合制氫的系統及工藝

有效

• 申請號: 202110271197.2
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113005475B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 陳晨;夏起;趙建國;馮帥明;孔明民;錢挺;杜偉;何興
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C25B9/50
• 分類號: C25B9/50;C25B1/04;C25B1/55;C25B9/67;C25B15/021
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

1.一種基于氨基熱化學能儲能的太陽能高溫電解水耦合制氫的系統，其特征在于，主要包括氨基熱化學能儲能單元、再壓縮S-CO₂布雷頓循環單元和高溫電解水制氫單元；

所述氨基熱化學能儲能單元包括定日鏡場（1）、吸熱反應器（2）、第一換熱器（3）、常溫壓力儲罐（4）、第二換熱器（6）和絕熱反應器（7）；所述再壓縮S-CO₂布雷頓循環單元主要包括第五換熱器（5）、主壓縮機（10）、低溫換熱器（11）、高溫換熱器（13）、第六換熱器（14）和透平機（15）；所述高溫電解水制氫單元包括第三換熱器（8）、第四換熱器（9）、固體氧化物電解池（16）和氣體分離器（21）；

所述常溫壓力儲罐（4）與第二換熱器（6）之間的第二輸氣管（19）上設有第五換熱器（5），第五換熱器（5）與主壓縮機（10）和低溫換熱器（11）連接成一循環回路，低溫換熱器（11）與高溫換熱器（13）連接成循環回路，高溫換熱器（13）、第六換熱器（14）和透平機（15）連接成一循環回路，所述絕熱反應器（7）的第二輸液管（20）分成兩管路分別連接第三換熱器（8）和第六換熱器（14），第三換熱器（8）和第六換熱器（14）的兩出口管路合并后與第二換熱器（6）連接，所述固體氧化物電解池（16）的進口分別與第三換熱器（8）和透平機（15）連接，出口依次與氣體分離器（21）和第四換熱器（9）連接，第四換熱器（9）與第三換熱器（8）連接；

所述的吸熱反應器（2）、第一換熱器（3）和常溫壓力儲罐（4）分別通過第一輸液管（17）和第一輸氣管（18）相互連接，所述常溫壓力儲罐（4）、第二換熱器（6）和絕熱反應器（7）依次連接；

所述的低溫換熱器（11）與第五換熱器（5）之間的第一管路（22）上設有分支管路，所述分支管路連接再壓縮機（12）的進口，再壓縮機（12）的出口和第二管路（23）合并成一管路并與高溫換熱器（13）連接；

氣體分離器（21）的出口分為兩支路，一支路與第四換熱器（9）連接，另一支路與第三管路（24）合并成一管路并與固體氧化物電解池（16）的進口連接。

2.一種采用如權利要求1所述的系統進行制氫的工藝，其特征在于，包括如下步驟：常溫壓力儲罐（4）中的液態氨沿著第一輸液管（7）流出，經過第一換熱器（3）進入吸熱反應器（2）吸收來自定日鏡場（1）集聚的太陽能，同時進行氨分解吸熱反應，反應所生成的N₂和H₂沿著第一輸氣管（18）經過第一換熱器（3）回流至常溫壓力儲罐（4）中，N₂和H₂沿著第二輸氣管（19）從常溫壓力儲存罐（4）中流出，經過第五換熱器（5）和第二換熱器（6），進入絕熱反應器（7）進行合成氨反應；反應生成的氨從絕熱反應器（7）流出并分為兩路，一路經過第三換熱器（8）加熱輸水管中的水，用于高溫電解水制氫，另一路經過第六換熱器（14）加熱S-CO₂，兩路液氨合流一起進入第二換熱器（6）加熱N₂和H₂，最后回流到常溫壓力儲罐（4），如此循環往復；在透平機（15）膨脹做功后的S-CO₂，依次進入高溫換熱器（13）和低溫換熱器（11）換熱，從低溫換熱器（11）出來的低溫、低壓的S-CO₂分為兩路，第一管路（22）先進入第五換熱器（5）中進一步放熱，再進入主壓縮機（10）增溫、增壓，最后進入低溫換熱器（11）吸熱升溫，另一路直接進入再壓縮機（12）中增溫、增壓，后與沿著第二管路（23）流出的S-CO₂匯合一起進入高溫換熱器（13）中吸熱升溫，而后再進入第六換熱器（14）中進一步升溫，最后進入透平機（15）膨脹做功，如此循環往復；水先進入第四換熱器（9）吸熱升溫，再進入第三換熱器（8）進一步吸熱升溫，最后沿著第三管路（24）進入電解池陰極作為電解原料；從透平機（15）出來的CO₂進入固體氧化物電解池（16）陰極作為電解原料；從固體氧化物電解池（16）陰極出來的CO和H₂經過氣體分離器（21）分離，CO進入第四換熱器（9）換熱；分離的H₂一部分與第三換熱器（8）出來的水進入固體氧化物電解池（16）陰極作為電解原料，另一部分得到氫產品，在陽極通入空氣吹掃，得到氧產品。

3.如權利要求2所述的工藝，其特征在于，所述的水進入電解池陰極作為電解原料時，水的溫度為700~800℃。