太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統的製作方法

2023-05-03 23:19:26

專利名稱：太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統的製作方法
技術領域：
太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統技術領域本發明涉及太陽能利用技術領域，尤其涉及一種太陽能中低溫熱驅動 的熱化學反應制氫系統，特別是一種利用低聚光比太陽能聚光裝置提供替 代燃料重整反應制氫所需要的中低品位能量的轉換系統。
背景技術：
21世紀，世界能源將從以化石能源為主，向化石燃料、核能、太陽 能、可再生能源等不斷變化的多元化能源結構轉變。特別是太陽能具有分 布廣泛，儲量無限，開採利用清潔等優點引起了人們的廣泛關注，但在相 當長一段時間內，太陽能的大規模開發利用成本仍然很高，在經濟上無法 與常規的化石能源相匹敵，而且還存在不連續與不穩定性等問題。因此， 高效、低成本太陽能的利用、貯存等就成為當今能源動力領域研究的熱點 與前沿課題。同時，氫不但是一種優質燃料，還是石油、化工、化肥和冶金工業中 的重要資源，被認為是未來的主要清潔能源之一。故氫能越來越受到關注。 太陽能在利用過程中為了解決能流密度低的不足，通常利用聚光裝置 (如拋物槽式、碟式、塔式等)將太陽能轉化為熱能。 一般地，將太陽能 集聚的溫度越高，相應的成本也越高，效率越低，另外為了解決能量不連 續的問題，可以採用蓄熱手段，如何蓄熱也是一個具有挑戰性的問題；這 一過程還有不可避免的熱損失，應用受到限制。而利用太陽能進行的吸熱 化學反應，將太陽能轉化為反應產物的化學能可以解決上述難題，因此利 用太陽能進行熱化學反應制氫己成為國際上開發利用太陽能的一個研究目前利用太陽能進行熱化學反應制氫的方法主要有以下幾種(1)直接利用太陽能高溫分解水制氫，反應操作溫度在2000。C左右。 該方法由於分解後的高溫氣體產物有接觸爆炸的危險，並且高溫的氣體產
物難於分離。(2) 太陽能熱化學分解水循環制氫，反應操作溫度一般在IOO(TC左右。該方法可以有效地解決上述問題，出現了幾十種循環制氫方法，其中最為出名有Fe203/S02循環、S/I循環、UT-3循環、Fe/Cl/0/H循環、Mark 循環、太陽能分解金屬氧化物循環、S/I/Mg循環及S/0循環等。(3) 太陽能甲垸重整制氫，甲烷水蒸汽重整所需要的90(TC左右的熱 量由塔式太陽能聚光裝置提供，但是由於高溫，接收器的效率低，整個系 統複雜並且成本高。(4) 太陽能化石燃料/氣化制氫，操作溫度也在100(TC左右；太陽能 為煤等化石燃料氣化反應提供熱量，製得的合成氣需要較為複雜的淨化、 提純工藝。針對前述的四種制氫方法，均是採用高溫太陽能制氫，共同特點是均 是採用昂貴的太陽能聚光裝置，聚集高於90(TC的高品位太陽能，以提供 制氫需要的熱能，造成制氫成本高的技術難題，同時對材料的使用提出了 更高的要求，不利於大規模應用。發明內容(一) 要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種太陽能中低溫熱驅動的熱 化學反應制氫系統，以降低利用太陽能制氫的成本，便於大規模的推廣和應用。(二) 技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，該系統包括原料供應裝置，用於貯存制氫所需的原料，並將貯存的原料輸出給原 料混合裝置；原料混合裝置，用於接收並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，並將得到的混合物輸出給原料計量裝置； 原料計量裝置，用於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，用於對接收自原料計量裝置的原料進行預熱，將預熱後的原 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，然後再進 入冷凝器；太陽能集熱器，用於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於太陽能集熱器的線性聚焦線上；冷凝器，用於冷卻太陽能吸收反應器通過預熱器輸入的反應產物，並 將冷卻後的反應產物輸出給氣液分離器；氣液分離器，用於對接收自冷凝器冷卻的混合物進行氣液分離，分離 後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，用於對氣液分離器輸入的氣相反應產物進行分離得到 純淨的氫氣。上述方案中，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。上述方案中，所述原料混合裝置為混合器，用於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，並接收來自於氣液分離器中分離 出來的未反應物，保證水和原料的充分混合。上述方案中，所述原料計量裝置為計量泵，將接收自混合器的原料按 可調節的流量輸出給預熱器。上述方案中，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餘熱；如果餘熱不足，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。上述方案中，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，管子外表面塗有對太陽 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。上述方案中，所述太陽能集熱器採用拋物槽式聚光結構，拋物槽內表 面塗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15(TC至30(TC溫度範圍的熱量。上述方案中，所述冷凝器為間壁式換熱設備，採用循環水進行冷卻，連接有循環冷卻水。上述方案中，所述氣液分離器分離後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。上述方案中，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，輸出純淨的氫氣。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、 利用本發明，太陽能集熱器採用拋物槽式聚光結構，即單軸跟蹤 的太陽能拋物槽聚光裝置，結構簡單，拋物槽內表面塗有對太陽光具有高 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15(TC至300'C溫度範圍的熱量，與高溫太陽能集熱器相比，製造和 運行成本較低，有利於大規模的推廣和應用。另外，該太陽能集熱器將太 陽能轉化為熱能的溫度與重整制氫反應所需要的溫度匹配，實現了中低溫 太陽能的合理利用。2、 利用本發明，太陽能吸收反應器將太陽能吸收器與反應器設備集 成一體化，置於太陽能聚光裝置的焦軸上的一體化設備既是太陽能接收 器，也是反應器，聚集的高能流密度的太陽光直接照射在太陽能吸收反應 器上，直接為吸熱化學反應供熱，系統流程簡單，大大減少了採用熱介質 帶來的費用，同時也避免了熱介質儲存、傳遞產生的熱損失。通過吸收/ 反應器結構特徵一體化不僅有利於減少散熱損失，而且有利於重整反應的 進行，實現傳熱和反應的耦合，獲得良好的太陽能轉換效果。3、 利用本發明，重整反應所需要的原料為甲醇、乙醇及二甲醚等替 代燃料，利用清潔的替代燃料進行重整反應，產物主要為H2和C02，經 變壓吸附可以得到純淨的氫氣，整個氫氣的生產過程清潔化，無汙染，是符合環保要求的，有利於大規模的推廣和應用。4、 利用本發明，在能量轉換及利用方面，重整反應後的後甲醇、乙 醇及二甲醚的燃料化學能轉換為燃料的化學能，同時太陽熱能也轉換為化 學能儲存到到反應產物中。本系統在熱力學第一定律層面的效果是增加了反應產物的能量，增加的部分等於重整反應吸收的太陽熱能；在熱力學第 二定律層面上的效果體現在太陽熱能品位的提升，通過甲醇、乙醇及二甲 醚等燃料重整反應，使得低品位的太陽熱能提升為高品位的燃料化學能。 與傳統甲醇重整制氫或者甲烷重整制氫，通過燃燒高品位的燃料來提供化 學反應的反應熱相比，總的效果是減少傳統燃燒過程中燃料化學能向熱能 轉換過程的可用能損失，提高了能源利用效率。5、 本發明對下列用戶具有更大優勢需要中小規模用氫的工廠及用戶；需要氣體燃料而沒有燃氣接入條件的用戶(如城市周邊，天然氣管網覆 蓋不到的地區，山區、島嶼等地形條件不利於送氣的地區)；太陽輻照資源 良好(我國的大部分地區，尤其是西部地區)；甲醇、乙醇及二甲醚等替代 燃料消費具備一定規模(分布式能源站，甲醇、乙醇、二甲醚等供熱或動力、 發電系統)，以甲醇、乙醇及二甲醚等為原料製備合成氣的用戶。


圖1為本發明提供的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統的結 構示意圖；圖2為本發明提供的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫的方法流 程圖；圖3為太陽能替代燃料重整反應能量系統的示意圖； 圖4為本發明提供的能量品位轉換示意圖；圖5為依照本發明實施例提供的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制 氫系統的示意圖；在圖5中，l為原料罐，2為原料混合器，3為計量泵，4為預熱器， 5為太陽能集熱器，6為太陽能吸收反應器，7為冷凝器，8為氣液分離器， 9為變壓吸附單元(PSA)。 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為本發明提供的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統的結構示意圖，該系統包括原料供應裝置1、原料混合裝置2、 原料計量裝置3、預熱器4、太陽能集熱器5、太陽能吸收反應器6、冷凝 器7、氣液分離器8和變壓吸附裝置9。其中，原料供應裝置1用於貯存制氫所需的原料，並將貯存的原料輸 出給原料混合裝置2。所述原料供應裝置一般為原料罐，其中貯存的原料 為甲醇、乙醇或二甲醚等替代燃料，以及脫鹽水。原料混合裝置2用於接收並混合來自原料供應裝置中的新鮮原料和氣 液分離器8分離出來的未反應物，並將得到的混合物輸出給原料計量裝置 3。所述原料混合裝置一般為混合器，用於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，並接收來自於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。原料計量裝置3用於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2的原料按一定的速率輸出給預熱器4。所述原料計量裝 置為計量泵，將接收自混合器的原料按一定的流量輸出給預熱器，流量是 可調節的。。預熱器4用於對接收自原料計量裝置3的原料進行預熱，將預熱後的 原料輸出給太陽能吸收反應器6。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餘熱；如果餘熱不足，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，或其他 外部熱源(餘熱或廢熱)提供。太陽能吸收反應器6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，然後再進 入冷凝器7。所述太陽能吸收反應器放置在拋物槽式太陽能集熱器的焦線 處，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、鋁等材料，管子內填裝固體金屬系列催化劑，管子外 表面塗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，用於減小對流和導熱損失；玻璃罩與管子之間為真 空或者非真空。本發明採用的催化劑可以是公知的用於甲醇、乙醇及二甲 醚重整反應的催化劑，如銅系，鎳系或者鉑鈀系催化劑等。太陽能集熱器5用於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6中的原料重整反應提供熱 量；所述太陽能吸收反應器6位於太陽能集熱器5的線性聚焦線上。所述太陽能集熱器採用拋物槽式聚光結構，可以是各種拋物槽式聚光裝置。拋 物槽內表面塗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。C至30CTC溫度範圍的熱量。太 陽能集熱器選擇採用線聚焦方式，聚光比在30 100左右，集熱溫度最高 可以達到20(TC 40(TC的拋物槽式太陽能聚光裝置，為15(TC 30(TC範 圍的重整反應供熱，以實現太陽能聚光裝置的集熱溫度和反應溫度匹配。 冷凝器7用於冷卻太陽能吸收反應器6通過預熱器4輸入的反應產物， 並將冷卻後的反應產物輸出給氣液分離器8。所述冷凝器一般為間壁式換 熱設備，可以是各種間壁式換熱器，釆用循環水進行冷卻，連接有循環冷 卻水。氣液分離器8用於對接收自冷凝器4冷卻的混合物進行氣液分離，分 離後得到的氣相反應產物輸出給變壓吸附裝置9，得到的液相反應產物輸 出給原料混合裝置2。所述氣液分離器分離後得到的氣相反應產物為氫氣 和二氧化碳和少量副產品，液相反應產物為未反應的原料和水。變壓吸附裝置9用於對氣液分離器8輸入的氣相反應產物進行分離得 到純淨的氫氣。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少量副產品，輸出純淨的氫氣。利用上述利用太陽能進行熱化學反應制氫的系統，原料通過計量泵從 原料混合器送至預熱器，加熱到一定溫度後，進入太陽能吸收/反應器，吸 收太陽能集熱器聚集的15(TC 30(TC太陽熱能。燃料與水在預熱器，吸收 /反應器內預熱、蒸發、過熱，並在催化劑作用下進行吸熱的重整反應。反應後的產物首先進入預熱器加熱計量泵送來的原料，然後進入冷凝器中冷 卻降溫，使未反應物冷凝，冷凝後的氣液混合物進入分離器實現氣液分離， 未反應物返回混合器循環使用；反應氣相產物進入變壓吸附分離單元(PSA)分離得到純淨的氫氣。上述利用太陽能進行熱化學反應制氫的系統還包括實現吸收/反應器 出口反應產物餘熱的回熱利用，即將過熱的產物混合氣通入預熱器作為原 料預熱的部分熱源，不足部分可以由上述拋物槽式太陽能聚光裝置，真空管式或平板式太陽能集熱器，或者其它外部熱源(餘熱或廢熱)提供；回熱後降溫的混合產物再通入冷凝器進一步冷凝。基於圖1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統的結構示意圖，圖2示出了本發明提供的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟201:原料混合裝置將原料供應裝置輸入的原料和氣液分離器輸 入的未反應物充分混合，並輸出給原料計量裝置；步驟202:原料計量裝置將原料混合裝置輸入的原料按一定的速率輸出給預熱器，預熱器對接收的原料進行預熱，然後輸出給太陽能吸收反應器；步驟203: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，然後進入冷凝器；步驟204:冷凝器冷卻太陽能吸收反應器通過預熱器輸入的反應產物，並將冷卻後的反應產物輸出給氣液分離器；步驟205:氣液分離器對接收自冷凝器冷卻的混合物進行氣液分離，分離後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；步驟206:變壓吸附裝置對氣液分離器輸入的氣相反應產物進行分離得到純淨的氫氣。步驟201中所述原料供應裝置為原料罐，其中貯存的原料為甲醇、乙 醇或二甲醚等替代燃料，以及脫鹽水；所述原料混合裝置為混合器，所述 混合過程包括將接收自原料罐中的替代燃料、脫鹽水和接收自氣液分離器中分離出來的未反應物充分混合，保證水和原料的充分混合。步驟202中所述原料計量裝置為計量泵，所述一定的速率為可調節的速率。上述步驟203包括預熱器輸入給太陽能吸收反應器的原料在經過預熱器預熱和太陽能吸收反應器蒸發後，成為過熱蒸氣，在常壓、150至300'c反應溫度及固體金屬系列催化劑作用下，利用來自太陽能集熱器收集的太陽能量發生重整反應，反應產物為H2、 C02和未反應的原料及少量副產品組成的混合物，該混合物先經過預熱器放出熱量，然後進入冷凝器。步驟204中所述氣相反應產物為氫氣和二氧化碳及少量副產品，液相 反應產物為未反應的原料和水。步驟205中所述變壓吸附裝置為變壓吸附分離單元PSA，所述對氣液 分離器輸入的氣相反應產物進行分離是通過吸附氣相反應產物中的二氧 化碳及少量副產品得到純淨氫氣的。另外，如圖3所示，圖3為太陽能替代燃料重整反應能量系統的示意 圖。在上述方法中，經太陽能集熱器聚集的高能流密度的太陽光照射在太 陽能吸收反應器上，直接為燃料的重整反應提供熱量，得到主要產物氫氣； 從而太陽熱能被轉換、儲存在產物的化學能中，低溫太陽能的品位得以提 升，轉化為高品位的氫氣化學能，進一步作燃料使用。上述過程能量品位 轉換如圖4所示圖中橫坐標為過程焓變，縱坐標為能量品位A，其 定義為過程可用能變化與烚變之比。甲醇、乙醇及二甲醚等替代燃料品 位約為A產1.02，反應產物氫氣品位約為A3=0.92，中低溫太陽能品 位約為A2=0.29-0.48。 AH,代表甲醇、乙醇及二甲醚等替代燃料的熱值， AH2代表中低溫太陽熱能。經過燃料的重整反應，反應產物能量在量 上為上述兩部分能量之和；而太陽熱能品位大幅度被提升到化學能品 位，即經過燃料重整反應，太陽能在質上的高度由低級熱能高度提升 到高級化學能的高度。基於圖1所述的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統的結構示 意圖，以及圖2所示的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫的方法流程 圖，以下結合具體的實施例對本發明利用太陽能進行熱化學反應制氫的方 法進一步詳細說明。 實施例
本實施例利用太陽能，甲醇、乙醇或二甲醚，以及脫鹽水進行熱化學重整反應來製備氫氣。結合圖5，圖5為依照本發明實施例提供的太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統的示意圖。該系統由太陽能聚光裝置5、 一體化吸收/反應器6及其它輔助設備組成。原料混合器2中的原料甲醇、乙醇或二甲醚(以及脫鹽水)經過管道 10，由原料泵3按500 4000ml/h的流量，經管道11送入預熱器4，然後 經過管道12進入太陽能吸收反應器6。燃料和水在預熱器4，太陽能吸收 反應器6內預熱，蒸發，最終成為過熱蒸氣，在常壓、150 30(TC反應溫 度及催化劑作用下，利用來自太陽能集熱器5收集的太陽能量，在太陽能 吸收反應器6中發生重整反應，產物主要為H2、 C02和未反應原料及少量 副產品組成的混合物，該混合產物經管道14先進入預熱器4預熱原料， 如能量不足，補充熱源由21進，22出(補充熱源可以由太陽能集熱器5 提供，也可以由真空管式或平板式太陽能集熱器，或者其它外部熱源提 供)，同時混合產物自身溫度下降，部分冷凝，隨後由管道15進入冷凝 器7，冷卻後經管道16進入分離器8，其中的氣相主要成分H2與C02， 由管道18排出，送往下遊經PSA分離後儲存。未反應的原料和少量液體 副產物從分離器出來，通過管道17返回混合器2中，與來自原料罐l的 新鮮原料混合後循環使用。冷凝器7的冷卻介質由管道19入，自管道20 出對反應產物進行冷卻，冷卻介質可以循環利用。以下的實施例可以說明本發明的效果用一個聚光比為70，最大輸出熱功率為4kW的拋物槽式太陽能集熱 器，原料為常溫常壓下99.9%濃度的液體工業甲醇與脫鹽水，採用 Cu/ZnO/Al203固體金屬系列催化劑。從分離器下端分離出來的液相產品，主要是未反應的原料和少量液體 副產物，冷凝分離器上端分離出來的氣相產品是90%以上的H2和C02， 加上少量可燃的原料及少量副產品組成的合成氣。在本實施例中，當太陽輻照700W/m2，甲醇和水的摩爾比為l，總進 料量4000ml/h條件下，甲醇轉化率達到90%以上，合成氣中的氫氣的濃度可超過70%，太陽熱能利用效率達到77%。經過變壓吸附分離單元(PSA)分離後即可得到高純度的氫氣。本發明可用於多種用途，經過提純的氫氣可以用於燃料電池發電、工 業過程用氫以及其它中小規模用氫，為太陽能中低溫制氫開闢了一條途徑。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而 己，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求1、一種太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，其特徵在於，該系統包括原料供應裝置，用於貯存制氫所需的原料，並將貯存的原料輸出給原料混合裝置；原料混合裝置，用於接收並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，並將得到的混合物輸出給原料計量裝置；原料計量裝置，用於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，用於對接收自原料計量裝置的原料進行預熱，將預熱後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，然後再進入冷凝器；太陽能集熱器，用於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於太陽能集熱器的線性聚焦線上；冷凝器，用於冷卻太陽能吸收反應器通過預熱器輸入的反應產物，並將冷卻後的反應產物輸出給氣液分離器；氣液分離器，用於對接收自冷凝器冷卻的混合物進行氣液分離，分離後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，用於對氣液分離器輸入的氣相反應產物進行分離得到純淨的氫氣。
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，其特徵在於，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，其特徵在於，所述原料混合裝置為混合器，用於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，並接收來自於氣液分離器中分離 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，其特徵在於，所述原料計量裝置為計量泵，將接收自混合器的原料按 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，其特徵在於，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餘熱；如果餘熱不足，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，其特徵在於，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，管子外表面塗有對太陽 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，其特徵在於，所述太陽能集熱器採用拋物槽式聚光結構，拋物槽內表 面塗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15(TC至30(TC溫度範圍的熱量。
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，其特徵在於，所述冷凝器為間壁式換熱設備，採用循環水進行冷卻， 連接有循環冷卻水。
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，其特徵在於，所述氣液分離器分離後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。
10、 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，其特徵在於，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，輸出純淨的氫氣。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，包括原料供應裝置，用於貯存制氫所需的原料；原料混合裝置，用於混合原料和未反應物；原料計量裝置，用於控制單位時間內原料進入預熱器的體積；預熱器，用於對原料進行預熱；太陽能吸收反應器，利用吸收的太陽能熱量驅動原料重整反應；太陽能集熱器，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，向原料重整反應提供熱量；冷凝器，用於冷卻反應產物；氣液分離器，用於對混合物進行氣液分離；變壓吸附裝置，用於分離得到純淨的氫氣。利用本實用新型，降低了太陽能制氫的成本，有利於大規模的推廣和應用。
文檔編號C01B3/00GK201040718SQ20072014881
公開日2008年3月26日 申請日期2007年4月18日 優先權日2007年4月18日
發明者劉啟斌, 慧 洪, 鄭丹星, 金紅光, 軍 隋 申請人:中國科學院工程熱物理研究所