一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统的制作方法

本发明涉及电解水技术领域，具体涉及一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统。

背景技术：

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。而寻找可替代油、气的新型能源载体,已成为当今各国能源发展的重要目标。氢是一种无污染和可再生的能源载体,且具有可储可输的特点,已引起广泛重视。目前研究用氢作为能源载体已经成为国际上的研究热点,氢能经济已经成为一个热门的话题。目前氢能主要通过电解水来获取，然后现有技术中存在电解水的能耗大，经济效益低下、电解效率低等问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了设计合理的一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统。

本发明的技术方案如下：

一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统，其特征在于，包括定日镜场、氨分解反应器、常温压力储存罐、合成氨反应器、固体氧化物电解池，所述常温压力储存罐上设有第一输液管、第二输液管、第一输气管、第二输气管，所述第一输液管与氨分解反应器底部入口相连，所述第一输气管与氨分解反应器顶部出口相连；所述第二输液管与合成氨反应器底部出口相连，所述第二输气管与合成氨反应器顶部入口相连，所述固体氧化物电解池上接有输水管道，所述输水管道穿设于合成氨反应器，所述定日镜场能够对氨分解反应器进行加热。

所述的一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统，其特征在于，所述常温压力储存罐与氨分解反应器之间的管路上设有换热器。

所述的一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统，其特征在于，所述常温压力储存罐与合成氨反应器之间的管路上设有换热器。

所述的一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池包括致密电介质层及设置在致密电介质层两侧的多孔氢电极、多孔氧电极。

本发明的有益效果是：该系统利用合成氨反应热能量密度大、能量损失少且储存温度低，解决了传统电解池存在的电解效率低、电解成本高、操作温度高等问题，同时解决了太阳能的局限性问题，通过氨分解反应来存能，通过合成氨反应来释能。该系统因其无副反应，可在常温下储存，可操作性高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的固体氧化物电解池结构示意图。

图中：1-定日镜场，2-集热塔，3-氨分解反应器，4-第一输液管，5-第一输气管，6-常温压力储存罐，7-换热器，8-第二输液管，9-第二输气管，10-合成氨反应器，11-固体氧化物电解池，12-输水管道。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。

如图1-2所示，氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统，定日镜场1以一定角度安置，将太阳光反射到氨分解反应器3（吸热反应）；氨分解反应器3是罐状结构，其两端是球形弧面，氨分解反应器3的底端通过第一输气管4和第一输液管5两根导管与换热器7连接（此处换热器的作用是吸收h2、n2的热量，预热液氨），氨分解反应器3和换热器7用集热塔2的钢结构支撑，换热器7通过第一输气管4和第一输液管5两根导管与常温压力储存罐6连接，常温压力储存罐6为罐状结构，两个端面是球形弧面；常温压力储存罐6通过第二输气管9和第二输液管8两根导管与换热器7连接（此处换热器的作用是吸收液氨的热量，预热反应气体h2和n2），换热器7与合成氨反应器10（放热反应）的上下两端连接，合成氨反应器10最后通过导管与固体氧化物电解池11连接；氨分解反应器3、换热器7、常温压力储存罐6、换热器7和合成氨反应器10构成一个闭路循环，通过氨分解反应进行热化学储能；在合成氨（放热反应器）10中进行合成氨进行氨循环反应，释放的热量将输水管路12中的水加热至蒸汽状态，并在固体氧化物电解池11中进行水蒸气电解制氢，最后将制取的氢进行收集储存。

本发明的氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统，主要通过氨分解反应器3和合成氨反应器10两个反应器之间通过合成氨反应进行氨循环，合成氨反应器10与固体氧化物电解池11之间以水作为连接。两个反应器及所有连接导管的材质均为inconel625，反应器内部均匀填充有铁基合成氨催化剂颗粒，常温储存罐为不锈钢材质。

工作过程：

氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统的结构如图1所示。液态氨从储存罐中流出，经过换热器，进入氨分解反应器吸收太阳能，同时进行氨分解吸热反应。反应所生成的氮气与氢气经过换热器回流至储存罐中，并在常温下自发地与液态氨进行气液两相分离。若存在电解需求时，氮气与氢气从储存罐中流出，经过换热器，进入合成氨反应器进行合成氨反应，同时加热输水管路中的水，用于电解水制氢。该电解水制氢系统不仅解决了传统电解水系统存在的电解效率低、成本高、操作温度低等问题，而且具有无副反应，可在常温下储存等优点。

固体氧化物电解池(solidoxideelectrolyzercells,soec)是一种高效、低污染的能量转化装置,可以将电能和热能转化为化学能。

固体氧化物电解池11的基本组成如图2所示：中间是致密的电解质层1102，两边为多孔的氢电极1101和氧电极1103。电解质的主要作用是隔开氧气和燃料气体，并且传导氧离子或质子。较高温度（600-1000℃），在固体氧化物电解池11两侧电极上施加一定的直流电压，h2o在阴极被分解产生o^2-，o^2-穿过致密的固体氧化物电介质层到达阳极，在那里失去电子得到纯o2。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统，包括定日镜场、氨分解反应器、常温压力储存罐、合成氨反应器、固体氧化物电解池，所述第一输液管与氨分解反应器底部入口相连，所述第一输气管与氨分解反应器顶部出口相连；所述第二输液管与合成氨反应器底部出口相连，所述第二输气管与合成氨反应器顶部入口相连，所述固体氧化物电解池上接有输水管道，所述输水管道穿设于合成氨反应器，所述定日镜场能够对氨分解反应器进行加热。本发明的有益效果是：该系统利用合成氨反应热能量密度大、能量损失少且储存温度低，解决了传统电解池存在的电解效率低、电解成本高、操作温度高等问题。

技术研发人员：陈晨;赵磊磊;孔明民
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2019.07.03
技术公布日：2019.09.06