[发明专利]一种光催化分解水制氢装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化分解水制氢装置，特别是一种连续运行的流态化反应装置，属于光催化反应领域。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日益加重，新型能源系统则越来越多地受到各国人民的重视。氢气以其具有清洁、高效，高热值、环境友好的特点，成为21世纪最有前途的新能源。虽然氢能距离广泛应用还有较长时间，但对其的研究和开发对于解决人类可持续发展中所面临的能源问题具有重要意义。

光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO₂单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。利用光催化分解水制取氢气是一种环境友好的再生能源制备技术，也是当前乃至未来最有希望规模化生产并获得廉价氢气的技术，极有可能成为最终解决能源和环境问题的最佳途径，具有广阔的应用前景，也被称为“21世纪梦的技术”。

科学家已经描绘出了一种理想的氢能体系: 利用太阳能分解水，再通过燃料电池将产生的H₂和O₂进行电化学反应，产生电能；产物水又可作为太阳能制氢的原料。整个体系实现了完美的循环，而且对环境没有任何污染。目前制约太阳能光催化制氢的关键问题是，高效、可行的光催化反应系统的研制和开发。光催化反应系统置的研制和开发的难点有两个：一是先进的太阳能聚光技术；二是高效的光催化反应器。。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种光催化分解水制氢装置。

本发明的目的是提供一种连续运行的流态化光催化分解水制氢装置，具有装置紧凑、易于放大、光能利用率高、单位催化剂产量高等优点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种光催化分解水制氢装置，其特征在于，柱锥型反应器（8）顶部中轴线上有光发生器，由光源（7）和冷阱（6）组成；柱锥型反应器（8）上部为气水分离器（9）；柱锥型反应器（8）中部（光发生器之外）有一根导流管（10），通过支架（11）与柱锥型反应器（8）相连；导流管（10）底部中央有一个气体喷射器（13）；柱锥型反应器（8）底部有进液口（1）和搅拌器（15）；柱锥型反应器（8）外部一侧有气相循环支线，通过管线依次连接补气口（2）、气体增压泵（3）、气体分配器（4）、出气口（5），另一侧有液固相循环支线，通过管线依次连接催化剂捕集器（12）、散热器（13）。

一种光催化分解水制氢装置，其特征为光发生器由光源和冷阱两部分组成。光源为高压汞灯、高压氙灯或LED灯，根据反应体系、催化剂、反应条件的差异调整；灯的数量根据反应器的尺寸调节。冷阱的功能是将光源产生的热量转移走，确保系统连续运行。

一种光催化分解水制氢装置，其特征为气水分离器为丝网式、旋转叶片式或挡板式。气水分离器的功能是将气相中夹带的液相分离出来，气相经气体分配器排出或返回反应器，液体则全部返回反应器。

一种光催化分解水制氢装置，其特征为导流管直径与柱锥型反应器直径之比为0.4～0.8，导流管长度与柱锥型反应器高度之比为0.2～0.6。导流管的壁厚在1 cm～2 cm之间。导流管壁上可以开设若干小孔，孔径在3mm～5mm之间，孔隙率在30%～60%之间。

一种光催化分解水制氢装置，其特征为通过补气口预先加入氢气或氧气，补入气量与柱锥反应器体积之比为0.05～0.15。反应开始前需先补入适量的气体，用于驱动气体喷射器，而反应开始后，由于反应器为密闭型，除部分以产品的形式排出，其余可循环使用。当所需产品为纯氢气时，需预先补入氢气；当所需产品为布朗气（氢气与氧气体积比为2），需预先补充氧气。

一种光催化分解水制氢装置，其特征为通过气体分配器调节排出气体与返回气体的比例，两者之比为0.1～0.4。返回气体量大时，可以适当降低气体增压泵的输出，以确保气体喷射器的稳定运行，反之亦然。

一种光催化分解水制氢装置，其特征为散热器为板式、翅片式或管壳式。固液相循环支线将部分反应液带出反应器，在催化剂捕集器处收集、再生或补充催化剂，在散热器处释放反应产生的热量，确保反应稳定进行。必要时，也可通过散热器加热反应液。