[发明专利]一种制氢系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及制氢领域，特别是涉及一种制氢系统及其方法。

背景技术

当今化石能源供应形势日益严峻，化石能源利用迫使生态环境不断遭到破坏，开发和利用可再生能源成为我国实现能源可持续发展的必由之路。太阳能资源清洁、无污染且储量大，但是具有分散性、不稳定性、不连续性等特点。将太阳能转化为化学能源可以解决太阳能存储、运输、受空间限制等难题。

氢能作为一种洁净能源，被认为是最理想的化石能源与可再生能源的连接桥梁。开发高效、低成本的太阳能制氢技术成为国际上的研究热点。太阳能热化学制氢是利用太阳能聚焦技术获得热能和高温用于制氢反应，其能量转化效率高，技术手段较为成熟，有广阔的工业应用前景

目前利用太阳能进行热化学制氢的方法主要有以下几种：

(1)直接利用太阳能高温分解水制氢，反应操作温度在2000℃左右。该方法由于分解后的高温气体产物有接触爆炸的危险，并且高温气体产物难于分离。

(2)太阳能热化学分解水制氢，反应操作温度一般在1000℃以上，该方法可以有效地解决上述问题，出现了几十种循环制氢方法，其中，有名的有Fe2O3循环、S/I循环、UT-3循环、Fe/Cl/O/H循环、Mark循环、太阳能分解金属氧化物循环等。

(3)太阳能甲烷重整制氢，甲烷水蒸气重整所需要900℃的热量由塔式太阳能聚光装置提供。

(4)太阳能化石燃料/气化制氢的操作温度也在1000℃左右，太阳能为煤等化石燃料气化反应提供能量，制成的合成气需要进行精华、提纯工艺。

以上四种制氢方法均采用高温太阳能制氢，操作温度非常高，当大规模推广时需要使用耐高温流体介质进行热量传输。当前，大规模太阳能制氢的流体介质一般选择熔融盐。但是由于熔融盐的工作温度一般小于800℃，而高温太阳能制氢的操作温度一般在1000℃以上，二者之间存在温度的不匹配问题，熔融盐长时间工作在超高温下，会发生分解，影响熔融盐的性能，甚至影响系统的安全性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种制氢系统及其方法，解决了现有技术中利用熔融盐作为导热介质所引发的效率低和稳定性差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种制氢系统，其特征在于，包括：

集热机构，所述集热机构包括集热器和液态金属管道，所述液态金属管道与所述集热器相连，所述集热器用于吸收热量，所述液态金属管道内填充有液态金属；

制氢机构；

换热器，所述换热器分别与所述制氢机构和液态金属管道连接。

其中，所述集热机构还包括液态金属泵和液态金属储液罐，所述液态金属泵和液态金属储液罐均设于所述液态金属管道；

所述制氢机构包括反应器，所述反应器能够通过所述换热器与所述液态金属管道换热。

其中，还包括储气罐，所述制氢机构还包括金属储存罐和储氢罐，所述金属储存罐的一端、储气罐和反应器均与所述换热器的第一换热管连接，所述金属储存罐的另一端通过所述反应器与所述储氢罐连接，所述液态金属管道与所述换热器的第二换热管连接。

其中，所述换热器还设有甲烷入口。

其中，还包括液态金属分离器，所述换热器为混合接触式换热器，所述液态金属分离器设于所述换热器处。

其中，所述液态金属为镓基合金、铟基合金、锡基合金、铋基合金、铜基合金、锂合金、镉-铋合金、锡-铋合金、铋-锌合金、钙-铜合金、铅铋合金中的至少一种。

本发明还公开一种制氢方法，其特征在于，包括：

集热器收集热量传递给液态金属管道的液态金属；

液态金属通入换热器，给制氢机构提供反应所需的热量，制氢机构获得热量后制氢。

其中，所述给制氢机构提供反应所需的热量，制氢机构获得热量后制氢为：在反应器中通入甲烷和水，与第二换热管中的液态金属换热后产生氢气和一氧化碳。

其中，所述给制氢机构提供反应所需的热量，制氢机构获得热量后制氢为：反应器中通入水，第一换热管中填充有金属氧化物，与第二换热管中的液态金属换热后，产生金属和氧气，氧气由储气罐收集；

金属通过金属储存罐与反应器中的水反应产生氢气，并由储氢罐收集，产生的金属氧化物通入第一换热管。

其中，所述给制氢机构提供反应所需的热量，制氢机构获得热量后制氢为：反应器中通入水，第一换热管中填充有金属氧化物和甲烷，与第二换热管中的液态金属换热后，产生金属和燃料气，燃料气由储气罐收集；