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专利号: 2021102711972
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于氨基热化学能储能的太阳能高温电解水耦合制氢的系统,其特征在于,主要包括氨基热化学能储能单元、再压缩S‑CO2布雷顿循环单元和高温电解水制氢单元;

所述氨基热化学能储能单元包括定日镜场(1)、吸热反应器(2)、第一换热器(3)、常温压力储罐(4)、第二换热器(6)和绝热反应器(7);所述再压缩S‑CO2布雷顿循环单元主要包括第五换热器(5)、主压缩机(10)、低温换热器(11)、高温换热器(13)、第六换热器(14)和透平机(15);所述高温电解水制氢单元包括第三换热器(8)、第四换热器(9)、固体氧化物电解池(16)和气体分离器(21);

所述常温压力储罐(4)与第二换热器(6)之间的第二输气管(19)上设有第五换热器(5),第五换热器(5)与主压缩机(10)和低温换热器(11)连接成一循环回路,低温换热器(11)与高温换热器(13)连接成循环回路,高温换热器(13)、第六换热器(14)和透平机(15)连接成一循环回路,所述绝热反应器(7)的第二输液管(20)分成两管路分别连接第三换热器(8)和第六换热器(14),第三换热器(8)和第六换热器(14)的两出口管路合并后与第二换热器(6)连接,所述固体氧化物电解池(16)的进口分别与第三换热器(8)和透平机(15)连接,出口依次与气体分离器(21)和第四换热器(9)连接,第四换热器(9)与第三换热器(8)连接。

2.如权利要求1所述的一种基于氨基热化学能储能的太阳能高温电解水耦合制氢的系统,其特征在于,所述的吸热反应器(2)、第一换热器(3)和常温压力储罐(4)分别通过第一输液管(17)和第一输气管(18)相互连接,所述常温压力储罐(4)、第二换热器(6)和绝热反应器(7)依次连接。

3.如权利要求1所述的一种基于氨基热化学能储能的太阳能高温电解水耦合制氢的系统,其特征在于,所述的低温换热器(11)与第五换热器(5)之间的第一管路(22)上设有分支管路,所述分支管路连接再压缩机(12)的进口,再压缩机(12)的出口和第二管路(23)合并成一管路并与高温换热器(13)连接。

4.如权利要求1所述的一种基于氨基热化学能储能的太阳能高温电解水耦合制氢的系统,其特征在于,气体分离器(21)的出口分为两支路,一支路与第四换热器(9)连接,另一支路与第三管路(24)合并成一管路并与固体氧化物电解池(16)的进口连接。

5.一种如权利要求1所述的基于氨基热化学能储能的太阳能高温电解水耦合制氢的工艺,其特征在于,包括如下步骤:常温压力储罐(4)中的液态氨沿着第一输液管(7)流出,经过第一换热器(3)进入吸热反应器(2)吸收来自定日镜场(1)集聚的太阳能,同时进行氨分解吸热反应,反应所生成的N2和H2沿着第一输气管(18)经过第一换热器(3)回流至常温压力储罐(4)中,N2和H2沿着第二输气管(19)从常温压力储存罐(4)中流出,经过第五换热器(5)和第二换热器(6),进入绝热反应器(7)进行合成氨反应;反应生成的氨从绝热反应器(7)流出并分为两路,一路经过第三换热器(8)加热输水管中的水,用于高温电解水制氢,另一路经过第六换热器(14)加热S‑CO2,两路液氨合流一起进入第二换热器(6)加热N2和H2,最后回流到常温压力储罐(4),如此循环往复;在透平机(15)膨胀做功后的S‑CO2,依次进入高温换热器(13)和低温换热器(11)换热,从低温换热器(11)出来的低温、低压的S‑CO2分为两路,第一管路(22)先进入第五换热器(5)中进一步放热,再进入主压缩机(10)增温、增压,最后进入低温换热器(11)吸热升温,另一路直接进入再压缩机(12)中增温、增压,后与沿着第二管路(23)流出的S‑CO2汇合一起进入高温换热器(13)中吸热升温,而后再进入第六换热器(14)中进一步升温,最后进入透平机(15)膨胀做功,如此循环往复;水先进入第四换热器(9)吸热升温,再进入第三换热器(8)进一步吸热升温,最后沿着第三管路(24)进入电解池阴极作为电解原料;从透平机(15)出来的CO2进入固体氧化物电解池(16)阴极作为电解原料;从固体氧化物电解池(16)阴极出来的CO和H2经过气体分离器(21)分离,CO进入第四换热器(9)换热;分离的H2一部分与第三换热器(8)出来的水进入固体氧化物电解池(16)阴极作为电解原料,另一部分得到氢产品,在阳极通入空气吹扫,得到氧产品。

6.如权利要求5所述的工艺,其特征在于,所述的水进入电解池阴极作为电解原料时,水的温度为700 800℃。

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