[发明专利]一种基于微波加热的热化学制氢系统及其制氢方法与应用

说明书

本发明属于热化学制氢技术领域，尤其涉及一种基于微波加热的热化学制氢系统及其制氢方法与应用。所述制氢装置结构为：预热器的进口与载气存储装置连通且两者之间设置流量控制器；预热器的出口经第一三通阀分别与蒸汽发生器的进口和第二三通阀的一端连通；第二三通阀的另外两端口分别与过热器的出口和反应器的进口连通；反应器设在微波发生装置中；蒸汽发生器出口经管道与过热器进口连通；反应器的出口、冷凝器、干燥装置、收集装置依次连通；色谱仪设置在干燥装置和收集装置之间的连通管道上。通过微波热解金属氧化物的加热时间短、功耗低，实验成本小，重复实验周期得到了缩减，有效能利用率得到了大幅度提高。

技术领域

本发明属于热化学制氢技术领域，尤其涉及一种基于微波加热的热化学制氢系统及其制氢方法与应用。

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。

21世纪以来，世界各国对二氧化碳排放与全球变暖问题给予了高度关注。人们对能源的开发与利用逐步转为天然气、氢气等气体燃料，而氢能作为最理想的可再生能源载体，具有资源丰富、可再生和环保高效等优点。目前的制氢技术多种多样，包括化学、生物、电解和光解等处理过程。全球主要的液氢生产方式是天然气蒸汽重整制氢。在21世纪初，Kodama和Steinfeld提出了新型的制氢工艺——化学链蒸汽重整制氢和合成气技术。该技术耦合了晶格氧部分氧化制合成气与分解水制氢技术的优势，所得氢气纯度高，合成气(H₂/CO＝2)比例合适。例如，专利文献CN110407171A公开了一种基于太阳能聚光模拟器的热化学制氢反应性能评估系统及方法，其特征是以气态的甲烷，乙烷，氧气及其混合物，或液态的甲醇，乙醇，水及其混合物为原料，利用太阳能聚光模拟器提供200℃-1000℃的温度在填有催化剂的微通道反应器中反应生成氢气及一氧化碳、二氧化碳，产物经由惰性气体吹扫和冷凝器冷却，反应结束后收集并进行分析检测。

目前，水分解制氢，特别是两步热化学水分解制氢被给予广泛的考虑。热化学水分解是指结合化学反应使水在低于直接热分解的温度下分解的方法。具体地说，在热化学水分解反应过程中，不同氧化态的氧化物经过氧化还原反应将水分解成氢和氧，例如高氧化态金属氧化物在高温下热解为低氧化态金属氧化物和氧(热还原反应，温度在1500℃左右)，低氧化态金属氧化物与水反应产生氢气并氧化为高氧化态金属氧化物(水解反应，温度在800℃左右)。在这样的热化学水分解过程中，降低反应所需的温度非常重要，特别是降低热解高氧化态金属氧化物所需要的温度。催化剂在热化学制氢反应中至关重要，有效的催化剂可以大幅度降低热化学反应的反应温度，提高反应效率。目前已经证明了掺杂二氧化铈及镍铁氧体等金属氧化物可以有效地用于热化学水分解。

然而，本发明人认为：在评估催化剂制氢性能的过程中，利用太阳能聚光模拟器作为热源的经济成本过高，高温热解金属氧化物所需温度往往高达1500℃左右，热解金属氧化物的过程长达30-60min，冗长的加热时间导致一个实验周期约1.5-2h，催化剂长期处于如此高的温度下易出现烧结失活的现象，因此在实验周期、实验成本和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微波加热的热化学制氢系统与方法，提供一种吸波材料的制备与应用，相比太阳能模拟器和传统热处理方式，通过微波热解金属氧化物的加热时间短、功耗低，实验成本小，重复实验周期得到了缩减，有效能利用率得到了大幅度提高，通过对产物进行精确分析，能够有效评估催化剂的制氢性能。

本发明第一目的，提供一种基于微波加热的热化学制氢系统。

本发明第二目的，提供所述一种基于微波加热的热化学制氢方法。

本发明第三目的，提供所述基于微波加热的热化学制氢系统及其制氢方法的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：