[发明专利]一种光热耦合热化学制氢系统及方法

说明书

本申请提出一种光热耦合热化学制氢系统及方法，包括光热系统、储热系统、热力供应系统和热化学反应系统，所述光热系统聚光太阳能直接照射到储热系统中的储热介质上，所述储热介质直接吸收太阳辐射能，所述热力供应系统套设于所述热化学反应系统外侧，所述热力供应系统用于向所述热化学反应系统供热，通过光热系统和储热系统将太阳辐射能转化为热能，然后通过热力供应系统将热能供应到热化学反应系统进行热化学制氢，采用可再生能源发热与生物质热化学制氢相结合，在实现可再生能源利用的同时，也为生物质废物的资源化提供了方法。相比于光电制氢的方式，该方法为生物质废物产量大的地区提供了一种消纳生物质废物的资源化手段。

技术领域

本申请涉及热化学制氢技术领域，尤其涉及一种光热耦合热化学制氢系统及方法。

背景技术

H2是一种清洁能源，对于碳减排和碳中和目标的实现具有重要意义。目前90％的H2来自于化石燃料的重整反应，但是化石燃料不可再生，所以寻找化石能源的替代品尤为重要。生物质能可替代化石能源进行产氢反应，其具有可再生性，并且总量丰富。生物质能的潜力在2050年后，每年将高达500EJ。将生物质能转化为氢能的有效方式之一是热化学制氢，而热能又可以从光热系统得到，目前尚没有通过光热耦合热化学制氢的方式实现光能协同生物质能到氢能的转化。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种光热耦合热化学制氢系统，通过光热系统和储热系统将太阳辐射能转化为热能，然后通过热力供应系统将热能供应到热化学反应系统进行热化学制氢，采用可再生能源发热与生物质热化学制氢相结合，在实现可再生能源利用的同时，也为生物质废物的资源化提供了方法。相比于光电制氢的方式，该方法为生物质废物产量大的地区提供了一种消纳生物质废物的资源化手段。

为达到上述目的，本申请提出的一种光热耦合热化学制氢系统，包括光热系统、储热系统、热力供应系统和热化学反应系统，所述光热系统围绕设置在所述储热系统的周围，所述光热系统聚光太阳能直接照射到储热系统中的储热介质上，所述储热介质直接吸收太阳辐射能，所述热力供应系统套设于所述热化学反应系统外侧，所述热力供应系统用于向所述热化学反应系统供热，所述储热系统与所述热力供应系统通过供热管道和回流管道双向连接形成循环流路，所述热力供应系统的上端具有分别与所述供热管道和所述回流管道连接的第一接口和第二接口，所述储热系统用于提供高温储热介质到所述热力供应系统中，同时收集所述热力供应系统中回流的低温储热介质。

进一步地，所述光热系统为槽式系统、菲涅尔式系统、盘式系统或者塔式系统中的一种或几种。

进一步地，所述热化学反应系统为为气化炉、热解炉、立式炉、卧式炉、两段炉、三段炉中的一种或几种。

进一步地，所述热化学反应系统的上端具有进料口，所述进料口用于投入生物质或生物质废物。

进一步地，还包括气体纯化系统，所述热化学反应系统的上端具有出气口，所述气体纯化系统与所述热化学反应系统的出气口连通，所述气体纯化系统用于对所述热化学反应系统产出的气体进行纯化。

进一步地，所述储热介质为熔融碳酸盐、氯化钾、氟化钠或氯化钠中的一种或几种。

进一步地，所述热力供应系统的温度在500℃-800℃之间。

一种光热耦合热化学制氢方法，应用于上述所述的光热耦合热化学制氢系统，包括如下步骤：

通过光热系统将太阳能转化为热能并储存在储热系统的储热介质中；

将储热系统中储热介质泵入热力供应系统；

以热力供应系统为热源将热化学反应系统进行加热，热化学反应系统中的生物质发生热化学反应并产出气体，其中，所述热化学反应系统同时投入反应物料与催化剂。

进一步地，所述热化学反应为碱热反应。