[实用新型]一种碟式太阳能耦合SOEC电解制氢设备有效

专利信息
申请号: 201621490322.X 申请日: 2016-12-30
公开(公告)号: CN206289310U 公开(公告)日: 2017-06-30
发明(设计)人: 徐周云;刘鹏;岳昉泽;杜晓丽;张思宇 申请(专利权)人: 中国石油大学(华东)
主分类号: C25B1/04 分类号: C25B1/04;C25B15/08;C25B9/00
代理公司: 济南圣达知识产权代理有限公司37221 代理人: 张勇
地址: 266580 山东省*** 国省代码: 山东;37
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搜索关键词: 一种 太阳能 耦合 soec 电解 设备
【说明书】:

技术领域

实用新型涉及太阳能集热和电解制氢技术领域,尤其涉及一种碟式太阳能耦合SOEC电解制氢设备。

背景技术

太阳能的商业化开发和利用是可再生能源领域的一个重要发展趋势。国际能源署(IEA)预计,到2040年太阳能发电将占世界电力供应的20%以上。聚光式太阳能热发电技术作为太阳能利用的一种重要方式,已成为国际太阳能技术发展的重要方向之一。近几十年来,经过一些国家的持续研究,目前已开发出多种形式的太阳能热发电系统,单级容量从千瓦级发展到兆瓦级,并已进入大规模商业开发和运行阶段。

尽管太阳能行业潜力巨大而且清洁高效,但是由于分布式能源的间歇性及不确定性,导致应用的领域及其供能范围受到极大的限制。一旦将太阳能发电并入电网会出现很大的问题,这主要体现在以下几个方方面:电网调峰能里不足、电压控制难度加大、调度与接纳能力差、光电功率难以预测、需要大规模储能技术的支撑。由于存在种种问题,会导致整体成本较高,且难以物尽其用,很多的能源白白的浪费掉了。因此,将太阳能高效地转化为一种高热密度的能源载体显得极其重要。

当今世界开发新能源迫在眉睫,是因为所用的能源如石油、天然气、煤,石油气均属于不可再生能源。随着化石燃料的消耗量日益增加,而其储量逐渐减少,人们急于寻找替代能源。氢是一种清洁的二次能源。被认为是理想的未来能源,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。21世纪,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划,并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展。目前高温水蒸气电解制氢是解决大规模氢能源问题的潜在途径之一。

目前我国年产氢气千万余吨,位列世界第一。用于工业的制氢方法主要有甲烷蒸汽重整和电解水制氢。就目前而言,甲烷蒸汽重整是最经济的制氢方法。电解水制氢方法主要有三种:碱性电解水制氢,固体聚合物电解水制氢,及高温固体氧化物电解水制氢。当前比较成熟的制氢方法是碱性电解水制氢,广泛用于工业上大规模的电解水制氢。电能主要为电解制氢提供能量,用电费用占整个电解制氢生产成本的80%左右。因此,电解水制氢技术特别适用于风力发电等可再生能源发电的能源载体。但是碱性制氢系统电解效率与总制氢效率均较低,分别为56%和25%;SPE制氢系统电解效率虽有提高约76%,但其总制氢效率仍较低约35%。 高温固体氧化物电解水电解制氢与碱性电解和SPE电解水制氢相比,高温使系统降低了电能消耗,制氢效率得到有效提高,SOEC制氢系统电解效率可达90%以上,总制氢效率高达55%。高温气冷堆耦合的SOEC(固体氧化物电解池)电解制氢系统是目前已知总制氢效率最高的大规模制氢系统。

利用太阳能制氢的途径有太阳能发电与电解水制氢、太阳能光电化学制氢、太阳能热化学分解水及生物质制氢、太阳能光催化分解水制氢。其中太阳能光催化分解水制氢具有系统结构简单、便于操作且投资少的优点,有利于大规模发展。目前研究结果中,当Pt和PdS分别作为还原和氧化助催化剂负载到CdS表面组成Pt-PdS/CdS三元光催化剂体系时,可获得93%产氢量子效率,这是迄今为止报道的最高的光催化产氢量子效率。电解水制氢是最传统的制氢方法,虽然它消耗的一次能源是电,但它能把间断性不稳定的风电、太阳能等直接转化为氢能。电解水制氢的成熟技术主要有两种,即碱性电解液和质子交换膜分解水。

甲烷蒸汽重整最经济,但其消耗大量化石燃料,产生大量二氧化碳。目前常规碱性电解水制氢技术成本较高、总制氢效率较低而且大部分发电过程也消耗化石燃料排放大量CO2。从可持续发展以及低碳环保方面考虑,这种制氢方法存在严重的弊端,并且发展前途阻力很大。

电解水制氢是一种常用的制氢方法,目前全世界生产的氢仅有约4%是靠水的电解来生产的。这是由于常规的碱性电解水制氢需要消耗大量的电能,能量转换效率较低、成本较高,因此其应用受到很大限制。

目前制氢方面的研究方向又有了新的进展,主要有超临界水气化有机质制氢、高温固体氧化物制氢这两个方向。

其中超临界水研究处于初级阶段,只能够通过大量实验常规模拟的方法进行操作,并凭借一般经验来提高制氢效率。这是由于超临界水性质复杂,在物理学及化学方面尚无法阐述其作用机理。当然,利用超临界水的强大活泼、氧化等性质可以完成普通状态下无法实现的反应。但其温度374℃、22.1MPa(即220个大气压)这种实验装置要求很高故操作困难。

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  • 原位负载硒掺杂二硫化钼/过渡金属硼化物纳米材料的制备及应用,属于电催化材料合成技术领域。其制备过程包括以下步骤:(1)将碳布分别在丙酮、乙醇、超纯水中超声10分钟,备用;(2)将钼盐与硫源按比例在超纯水中溶解,搅拌至混合均匀;(3)将均匀的溶液转移至反应釜中并放入碳布,180℃保持12小时后,将碳布取出依次用乙醇、超纯水冲洗干净,干燥。(4)将(3)的碳布与过渡金属盐和硼氢化钠反应。(5)将步骤(4)所得碳布与硒粉以不同比例低温处理。本发明得到的催化剂材料表现出优异的电催化性能,且制备工艺简单,成本低廉,适合大规模生产。
  • 一种可再生能源直接电解含尿素废水制氢的系统及方法-201910665683.5
  • 闫巍 - 闫巍
  • 2019-07-23 - 2019-09-24 - C25B1/04
  • 本发明公开了一种可再生能源直接电解含尿素废水制氢的系统及方法,系统包括再生能源发电模块、电力调节模块、含尿素废水预处理模块、碱性尿素电解制氢模块、气/液分离干燥提纯模块、碱液循环系统、储氢罐和阳极产物储存模块,所述再生能源发电模块输出端与电力调节模块的输入端连接,且所述电力调节模块的输出端与碱性尿素电解制氢模块连接;本发明,促进可再生能源电力的就近及时消纳,降低制氢成本,提高制氢系统对电源波动性和间歇性的耐受度,将制氢技术和水处理技术进行耦合,降低了制氢能耗的同时避免了环境污染,系统适用性广泛,稳定性较强,制备的氢气纯度高,且工艺简单,易于工业化生产。
  • 一种新型吸氢机-201910684841.1
  • 吴伟;陈合金;余瑞兴;林永春 - 佛山卡沃罗设备有限公司
  • 2019-07-26 - 2019-09-17 - C25B1/04
  • 本发明公开了一种新型吸氢机,其包括外壳,所述外壳的内部设置有水箱、制氢槽、电源模块、控制模块以及气液分离器等,从而通过所述气液分离器可以对所述制氢槽电解水而产生的氢气进行气、液分离;而且,由于所述气液分离器通过第一回水组件连接所述水箱,从而通过所述第一回水组件可以将经过所述气液分离器分离出的液态水输送至水箱,实现了水的循环利用,明显提高了水的利用效率。
  • 一种氢气生产加工设备-201920070201.7
  • 周洋;肖卫;毕丽锋;全海彪 - 湖南众合气体有限公司
  • 2019-01-16 - 2019-09-17 - C25B1/04
  • 本实用新型公开了一种氢气生产加工设备,包括电解箱、氧气收集罐和氢气收集罐,所述电解箱的顶部外壁两端均设有支撑杆,且支撑杆的顶部外壁均设有太阳能电池板,所述电解箱的顶部外壁设有电箱,且电箱位于两个太阳能电池板中间,所述太阳能电池板的输出端电性连接有太阳能控制器,且太阳能控制器的输出端电性连接蓄电池组,蓄电池组的输出端电性连接有逆变器。本实用新型通过设置有太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器,该设备放置于外界,通过太阳能电池板将太阳能转化为电能,降低电解水的能耗,同时备用电池组的安装可以防止蓄电池组供电不足现象的发生,保证该氢气生产加工设备正常运行。
  • 一种制氧用导电液-201910614384.9
  • 郭明成 - 广州市健崎电子科技有限公司
  • 2019-07-09 - 2019-09-10 - C25B1/04
  • 本发明涉及制氧领域,提供一种制氧用导电液,用于解决制氧效率低的问题。本发明提供的一种制氧用导电液,包括去离子水50~63质量份,碳酸钾10~12质量份,氢氧化钾11~15质量份,氢氧化钠15~20质量份,催化剂1~3质量份。氧气产生效率得到了极大地提高,降低了制氧机的能耗。
  • 一种氨基太阳能热化学固体氧化物电解水制氢系统-201910595158.0
  • 陈晨;赵磊磊;孔明民 - 浙江工业大学
  • 2019-07-03 - 2019-09-06 - C25B1/04
  • 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。
  • 有序介孔碳负载纳米铱基电催化析氢电极及其制备及应用-201611121400.3
  • 黄延强;何杨华;王发楠;徐金铭;张涛 - 中国科学院大连化学物理研究所
  • 2016-12-08 - 2019-09-06 - C25B1/04
  • 本发明属于材料科学技术领域及电催化制氢技术领域,具体涉及一种可用于碱性介质中电解水析氢反应的有序介孔碳负载纳米铱基电催化析氢电极及其制备。该催化体系以三维多孔泡沫镍为电极基底,有序介孔炭为载体,纳米尺度的贵金属铱为活性组分,其中贵金属铱在催化剂中质量含量为0.6%,在整个电极中的质量担载量为0.3mg/cm2。其在碱性介质中,可高效地电解水制备氢气,并表现出良好的稳定性,充分发挥贵金属作用。其制备过程通过原位碳化法在泡沫镍电极上担载催化剂,无需外加粘结剂,且工艺成熟稳定、操作简单、可控性强,适用于大规模生产和工业电解水制氢。
  • 一种磷掺杂钴酸镍/泡沫镍电极及其制备方法和应用-201910542972.6
  • 吕伟欣;张瑞;程兰紫;王伟 - 盐城工学院
  • 2019-06-21 - 2019-09-03 - C25B1/04
  • 本发明属于电极材料领域,具体涉及一种磷掺杂钴酸镍/泡沫镍电极及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤:将泡沫镍依次进行裁剪处理、超声清理处理和干燥处理,干燥处理后备用;将Co(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O和尿素溶解于去离子水中,搅拌均匀后得到水热溶液;将泡沫镍插入聚四氟模具底座,所述泡沫镍保持竖直状态;在120℃下保持5~8h,冷却至室温,洗涤、干燥、煅烧处理后冷却至室温,得到钴酸镍/泡沫镍电极;将钴酸镍/泡沫镍电极与NaH2PO2·2H2O放置到石英舟中,将石英舟放置于管式炉进行磷化处理,得到磷掺杂钴酸镍泡沫镍电极。该电极即可用于电解水的阴极析氢,也可作为阳极析氧,是一种双功能电极,具有较好的经济性和环保性。
  • 一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用-201811055264.1
  • 刘宪;宋秀丽;李晓静;文斌;韩艳娇 - 太原师范学院
  • 2018-09-11 - 2019-09-03 - C25B1/04
  • 本发明公开了一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用,是以表面负载石墨炔的双极膜作为阴极室和阳极室的隔膜,其中表面负载石墨炔的双极膜是由阳离子交换膜层,阴离子交换膜层,以及在阳离子交换膜层和阴离子交换膜层两外侧表面的石墨炔层复合而成。本发明将表面负载石墨炔的双极膜应用于水解离中,能够阻止电解液中的Na+、Cu2+、Cl、SO42‑、C6H6、CCl4通过,但可以透过水分子,有利于促进双极膜中间界面层水解离,另外本发明将表面负载石墨炔的双极膜应用于水解离中,坚实的石墨炔层负载于双极膜两侧,不仅提高了双极膜的化学稳定性,而且其杨氏模量、拉升强度等机械性能也获得提高。
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