[发明专利]一种基于热化学循环的微波加热制氢装置及制氢方法和应用

说明书

本发明属于热化学途径制氢技术领域，尤其涉及一种基于热化学循环的微波加热制氢装置及制氢方法和应用。包括：微波发生装置、气瓶、蒸汽发生器、过热器和反应器，其中，所述微波发生装置与反应器连接，用于微波加热反应器中的催化剂；所述气瓶和蒸汽发生器均与过热器连通，所述过热器与反应器连通；所述反应催化剂为负载在碳化硅陶瓷泡沫上的金属氧化物。本发明通过微波加热金属氧化物，相比传统热处理方式功耗更低，有效能利用率得到了大幅度提高。

技术领域

本发明属于热化学途径制氢技术领域，尤其涉及一种基于热化学循环的微波加热制氢装置及制氢方法和应用。

背景技术

本发明背景技术公开的信息仅仅旨在增加对本发明总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

氢是从水、石油、煤、天然气和可燃废物中产生的。转化为氢能需要电、热和微生物等介质。目前，石油或天然气重整是一种商业化的制氢方法。然而，在利用石油和天然气生产氢的过程中，也存在着污染物产生的问题。为了克服这一问题，目前正在研究利用电解、热化学循环、光催化反应和生物分解的方法从水中获得氢。例如，专利文献CN201210401809.6公开了一种微波场下生物质与焦炭热解气化的制氢方法，其特征是以新鲜生物质为原料，以氯化锌为催化剂，以焦炭为微波吸收介质和气化料；将原料、催化剂和焦炭混合均匀后以微波源为加热源进行热解气化，经热解气化形成的挥发性产物经由氮气吹扫进行收集，再通过冰水混和物冷却系统除去焦油、水和灰，然后进入氢气分离系统获得氢气。

热化学制氢是一种在一定温度下利用水的分解生成氢的方法。金属氧化物广泛用于热化学制氢。就工艺简单、能量利用率高的两步热化学制氢而言，金属氧化物在高温(1500℃)下还原，释放氧气形成富含氧空位的还原物；在相对较低的温度(≤800℃)下，还原物与水蒸气反应，水中的氧会填充还原物的氧空位，氢则形成氢气。基于这些性质，水与金属氧化物的反应可以诱导水的分解。金属氧化物在制氢过程中，随着表面被再氧化，基于热化学分解水产生的氢气量逐渐减少；为了再生氢，通常需要金属氧化物在高温(1500℃)下的再还原过程。然而，本发明人认为：在热化学制氢中，由于产生和再生氢气所需要的能量大于或等于产生的氢气所需要的能量，因此在能源效率等方面还存在许多问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在于提供一种基于热化学循环的微波加热制氢装置及制氢方法和应用，通过微波加热金属氧化物，相比传统热处理方式功耗更低，有效能利用率得到了大幅度提高。

本发明第一目的，提供一种基于热化学循环的微波加热制氢装置。

本发明第二目的，提供所述一种基于热化学循环的微波加热制氢的方法。

本发明第三目的，提供所述基于热化学循环的微波加热制氢装置及制氢方法的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开了一种基于热化学循环的微波加热制氢装置，包括：微波发生装置、气瓶、蒸汽发生器、过热器和反应器，其中，所述微波发生装置与反应器连接，用于微波加热反应器中的催化剂；所述气瓶和蒸汽发生器均与过热器连通，所述过热器与反应器连通；所述反应催化剂为负载在碳化硅陶瓷泡沫上的金属氧化物。

作为进一步的技术方案，所述微波发生装置包括：微波功率源、水负载、双定向耦合器、三螺钉调配器、波导和截止波导；所述微波功率源与波导的一端连接，波导的另一端与所述截止波导连接，所述水负载、双定向耦合器、三螺钉调配器和反应器依次设置在波导上，且水负载靠近微波功率源设置。