[发明专利]基于高温固体电解池的生物质电解制高纯氢的装置及方法

权利要求书

1.一种基于高温固体电解池的生物质电解制高纯氢的装置，其特征在于：包括生物质氧化反应器、氢气生成反应器以及用以偶联及分隔生物质氧化反应器和氢气生成反应器的电解质层；采用双层平板电极结构，所述电解质层将装置分成内通道和外通道，所述内通道装填阴极材料构成氢气生成反应器、电解质层外通道侧有阳极材料构成生物质氧化反应器；所述双层平板电极包括用以将热解碳进行氧化的上端阳极，以及用以将热解气氧化的下端阳极；

所述电解质层为氧离子膜；所述氢气生成反应器设置有原料水入口和氢气出口，所述生物质氧化反应器设置有进料器和混合气出口；

所述进料器位于所述上端阳极的上方，所述混合气出口位于所述下端阳极的下方。

2.根据权利要求1所述的基于高温固体电解池的生物质电解制高纯氢的装置，其特征在于，所述阴极材料为多孔氧化锆负载的镍或多孔镧锶锰复合物；所述阳极材料为氧化铈或钛酸锶。

3.根据权利要求1所述的基于高温固体电解池的生物质电解制高纯氢的装置，其特征在于，所述氢气出口依次与第一气液分离罐、除氧器连通；所述混合气出口依次与第二气液分离罐、脱碳反应器连通。

4.根据权利要求3所述的基于高温固体电解池的生物质电解制高纯氢的装置，其特征在于，所述脱碳反应器的出气口与进料器连通。

5.一种基于权利要求1-4任意一项所述高温固体电解池的生物质电解制高纯氢的装置的方法，其特征在于，将富含碳、氢的有机生物质原料和载气通入氧化反应器进行氧化；水蒸气和氢气通入氢气生成反应器进行还原，氧化反应和还原反应的温度为500-800℃，所述氧化反应器和还原反应器之间的电压小于1.23V；

所述生物质原料为：粒径小于200目、平均粒径≤10μm的固体原料；或，不含固体渣的液体原料；

所述生物质原料的进料量为0.01-0.2g/min，载气流量为5-200mL/min，载气中氧体积分数为0-0.1。

6.根据权利要求5所述的基于高温固体电解池的生物质电解制高纯氢的装置 的方法，其特征在于，所述阴极材料厚度为0.1-3mm、面积为5-200cm²；阳极材料厚度为1-100μm、面积为1-20cm²；电解质层厚度为1-100μm。

7.根据权利要求5所述的基于高温固体电解池的生物质电解制高纯氢的装置 的方法，其特征在于，水蒸气和氢气混合气流量为10-200mL/min，水蒸气和氢气体积比为5:1-1:5。