[实用新型]高温电解水蒸气制氢反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，特别是涉及一种高温电解水蒸气制氢反应器的结构。

背景技术

能源是人类经济社会发展的重要条件之一，其可持续发展历来受到世界各国的重视。随着社会的发展，人类对能源的需求也越来越大。化石燃料资源的日益减少以及化石燃料使用过程中产生的大量温室气体，使得人类正面临着日益严重的能源危机以及环境保护这两个问题。寻找可替代油、气等化石能源的新型能源载体，开发清洁能源，已经成为当今世界能源发展的重要目标和大势所趋。

氢能是一种理想的无污染和可再生的能源载体。作为一种具有可储可输送特点新型能源，氢能与清洁一次能源构成的能源系统，被认为是最有希望替代化石燃料的能源体系，氢能经济也日益受到广泛的关注和重视。但是，只有当氢气能有以经济的、可持续的、非化石原料并且不产生温室气体的方式制备时，氢能经济才具有显著意义。

现有制氢方法主要为矿物燃料转化制氢，这是一种能量密集型过程，在制氢过程中消耗大量化石燃料，同时排放大量二氧化碳气体，带来严重的环境问题，因此该工艺是不可持续且不可取的。水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一，只要提供一定形式的一定能量，则可使水发生分解。公开号为CN102965687的中国实用新型专利申请提供了一种解决电解水过程中散热效率较低问题的电解水制氢氧气装置。专利号为CN102758212的中国实用新型专利以及公开号为CN104099635的中国实用新型专利申请则提供了一种在超低电压下通过电解水制氢的方法及其装置。虽然水电解制氢工艺过程简单、无污染，并且制得的氢气纯度比较高，但该过程消耗电量大，对于成熟的碱性电解水制氢技术，制氢的单位电耗甚至高达5kWh/Nm³，因此其应用受到一定的限制。

高温水蒸气电解制氢技术(HTSE)采用高温固体氧化物电解池(SolidOxideElectrolysisCell，SOEC)，并结合高效的一次能源，如高温气冷堆(HTGR)等进行制氢，具有很高的制氢效率，同时能减少甚至消除温室气体的排放，完全有能力应对未来氢能经济的需求，是最理想的大规模制氢技术之一。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高温电解水蒸气制氢反应器，它可以提高电解制氢的效率，简化工艺，降低电解制氢的能耗和成本。

为解决上述技术问题，本实用新型的高温电解水蒸气制氢反应器，包括：氧极电流收集板、氧极流动槽道、氧极流动槽道密封条、氧电极、电解质层、氢电极、绝缘包裹层、氢极流动槽道、氢极流动槽道密封条和氢极电流收集板；其中，

氧极电流收集板位于反应器的顶部，并与外部电源的正极连接；

氢极电流收集板位于反应器的低部，并与外部电源的负极连接；

氧极流动槽道位于氧极电流收集板下方，氧极流动槽道外侧和氧极电流收集板相连，氧极流动槽道的流动方向的两侧被氧极流动槽道密封条封闭；

氢极流动槽道位于氢极电流收集板上方，氢极流动槽道外侧和氢极电流收集板相连，氢极流动槽道的流动方向的两侧被氢极流动槽道密封条封闭；

氧电极位于氧极流动槽道下方，氧电极外侧与氧极流动槽道相连；

氢电极位于氢极流动槽道上方，氢电极外侧与氢极流动槽道相连；

电解质层位于氧电极和氢电极之间，并与氧电极和氢电极紧密结合为一个整体；

绝缘包裹层包围在由氧电极、电解质层和氢电极组成的整体的外面。

较佳的，所述氧极流动槽道和氢极流动槽道的流动方向呈正交错流方式。

较佳的，可以在所述氧极流动槽道和氢极流动槽道的内部布置隔板。

较佳的，所述氧电极和氢电极可以采用多孔材料制备。

所述反应器运行时的环境温度为600～1000℃，与入料混合气体的温度相同。所述反应器运行时施加的电压在热中性电压附近。

本实用新型通过改进高温电解水蒸气制氢反应器的结构，在槽道内部布置适当数量及型式的隔板，抑制流动的径向扩散，降低了紊流发生的可能性，还降低了极化损失，在高温环境下电解水蒸气时更多地使用热量能耗，显著降低了电解制氢的电耗，大大提高了制备氢气的效率，从而降低了制备氢气的成本。

附图说明

图1是本实用新型的高温电解水蒸气制氢反应器的外部整体结构示意图。

图2是本实用新型的高温电解制氢反应器的左视剖面图。

图3是本实用新型的高温电解制氢反应器的内部结构分解示意图。

图中附图标记说明如下：

1：氧极电流收集板

2、3：氧极流动槽道密封条