[發明專利]一種固體氧化物電解池產氫氣的熱回收系統

在審

• 申請號: 202111432321.5
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN113930799A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 孔為;董竣豪;張嫚;楊宗明;于子冬;阿萊克西·李維斯特
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C25B9/67
• 分類號: C25B9/67;C25B9/60;C25B1/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

本發明公開了一種固體氧化物電解池產氫氣的熱回收系統，包括儲水罐、太陽能電池板、低溫金屬儲氫罐、蒸發器、高溫金屬儲氫罐、換熱器、固體氧化物電解池、分離器和反應器；儲水罐的水依次通過太陽能電池板、低溫金屬儲氫罐、蒸發器、高溫金屬儲氫罐和換熱器多級熱交換后，到達工作溫度的水蒸氣進入固體氧化物電解池中，電化學反應后生成的氫氣和未利用完的水蒸氣由固體氧化物電解池陰極產物出口流出，先通過換熱器與待反應的水蒸氣換熱，再進入分離器，分離器其中一個氫氣出口I與低溫金屬儲氫罐和高溫金屬儲氫罐連接，儲氫罐儲氫過程中的放熱對水進行加熱，分離器另一個氫氣出口II與反應器連接，氫氣在反應器中與二氧化碳生成甲烷，產甲烷的反應熱輸送至蒸發器對水進行加熱，分離器水蒸氣出口與儲水罐連接。

技術領域

本發明涉及一種固體氧化物電解池產氫氣的熱回收系統。

背景技術

化石燃料能源消耗產生的二氧化碳排放帶來了諸如氣候變暖、冰川融化等氣候災害，使緩解氣候變化成為我們這個時代面臨的最大挑戰之一。為了應對這種挑戰，風能和太陽能等可再生能源替代化石燃料是一個很有前景的解決方案。然而，由于這些能源具有隨機性、間歇性、波動性及反調峰性等性質，且當這些能源所轉換的電能超過電網容量的20～30％時會導致電網不穩定，使可再生能源與電網的結合對電網的穩定運行帶來嚴重影響。因此，可再生能源的充分利用需要進一步開發能源轉換和能源存儲技術。水電解技術的應用將使我們能夠克服這些限制，使可再生能源以燃料和化學品的形式儲存。但由于氫氣的存儲較為困難，若將水電解產生的氫氣與二氧化碳反應生成甲醇，既能夠減少碳排放，促進碳中和以及碳達峰的實現，又能夠使氫氣轉化為更容易存放運輸的甲醇。

目前水電解技術包括質子膜電解、堿性電解、固體氧化物電解池電解，其中固體氧化物電解池的電解效率最高，但由于其工作溫度要求達到800攝氏度，因此如何高效的把常溫水加熱到固體氧化物電解池工作溫度是該技術應用的關鍵。如果采用傳統的電加熱或者燃料加熱將會大幅提高整個系統的能耗。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種既能夠利用系統中各部分余熱對水加熱，又能實現制得的氫氣合理儲存的固體氧化物電解池產氫氣的熱回收系統。

技術方案：本發明所述的固體氧化物電解池產氫氣的熱回收系統，包括儲水罐、太陽能電池板、低溫金屬儲氫罐、蒸發器、高溫金屬儲氫罐、換熱器、固體氧化物電解池、分離器和反應器；儲水罐的水依次通過太陽能電池板、低溫金屬儲氫罐、蒸發器、高溫金屬儲氫罐和換熱器多級熱交換后，到達工作溫度的水蒸氣進入固體氧化物電解池中，電化學反應后生成的氫氣和未利用完的水蒸氣由固體氧化物電解池陰極產物出口流出，先通過換熱器與待反應的水蒸氣換熱，再進入分離器，分離器其中一個氫氣出口I與低溫金屬儲氫罐和高溫金屬儲氫罐連接，儲氫罐儲氫過程中的放熱對水進行加熱，分離器另一個氫氣出口II與反應器連接，氫氣在反應器中與二氧化碳生成甲烷，產甲烷的反應熱輸送至蒸發器對水進行加熱，分離器水蒸氣出口與儲水罐連接。

其中，所述低溫金屬儲氫罐包括換熱腔體I以及氫氣匯流室I，所述換熱腔體I內設有多個平行設置的隔板I，換熱腔體I上還設有液態水入口和液態水出口，多個平行設置的隔板I在換熱腔體I內形成液態水折流流道；氫氣匯流室I上設有氫氣入口I，氫氣匯流室I與多個金屬儲氫微管連通，多個金屬儲氫微管貫穿整個換熱腔體I，金屬儲氫微管內填充有儲氫材料。

其中，所述金屬儲氫微管為夾層式套管，包括外管和一端封閉的內管，內管外側壁上沿縱向設有多個通孔，在內管和外管之間的空腔中填充有低溫儲氫材料，低溫儲氫材料為LaNi5系列的儲氫材料，放熱溫度為60～70℃。

其中，金屬儲氫微管(外管)的內徑為6cm，內部傳質圓管(內管)的外徑為3cm。