[发明专利]一种固体氧化物电解池产氢气的热回收系统

说明书

本发明公开了一种固体氧化物电解池产氢气的热回收系统，包括储水罐、太阳能电池板、低温金属储氢罐、蒸发器、高温金属储氢罐、换热器、固体氧化物电解池、分离器和反应器；储水罐的水依次通过太阳能电池板、低温金属储氢罐、蒸发器、高温金属储氢罐和换热器多级热交换后，到达工作温度的水蒸气进入固体氧化物电解池中，电化学反应后生成的氢气和未利用完的水蒸气由固体氧化物电解池阴极产物出口流出，先通过换热器与待反应的水蒸气换热，再进入分离器，分离器其中一个氢气出口I与低温金属储氢罐和高温金属储氢罐连接，储氢罐储氢过程中的放热对水进行加热，分离器另一个氢气出口II与反应器连接，氢气在反应器中与二氧化碳生成甲烷，产甲烷的反应热输送至蒸发器对水进行加热，分离器水蒸气出口与储水罐连接。

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物电解池产氢气的热回收系统。

背景技术

化石燃料能源消耗产生的二氧化碳排放带来了诸如气候变暖、冰川融化等气候灾害，使缓解气候变化成为我们这个时代面临的最大挑战之一。为了应对这种挑战，风能和太阳能等可再生能源替代化石燃料是一个很有前景的解决方案。然而，由于这些能源具有随机性、间歇性、波动性及反调峰性等性质，且当这些能源所转换的电能超过电网容量的20～30％时会导致电网不稳定，使可再生能源与电网的结合对电网的稳定运行带来严重影响。因此，可再生能源的充分利用需要进一步开发能源转换和能源存储技术。水电解技术的应用将使我们能够克服这些限制，使可再生能源以燃料和化学品的形式储存。但由于氢气的存储较为困难，若将水电解产生的氢气与二氧化碳反应生成甲醇，既能够减少碳排放，促进碳中和以及碳达峰的实现，又能够使氢气转化为更容易存放运输的甲醇。

目前水电解技术包括质子膜电解、碱性电解、固体氧化物电解池电解，其中固体氧化物电解池的电解效率最高，但由于其工作温度要求达到800摄氏度，因此如何高效的把常温水加热到固体氧化物电解池工作温度是该技术应用的关键。如果采用传统的电加热或者燃料加热将会大幅提高整个系统的能耗。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种既能够利用系统中各部分余热对水加热，又能实现制得的氢气合理储存的固体氧化物电解池产氢气的热回收系统。

技术方案：本发明所述的固体氧化物电解池产氢气的热回收系统，包括储水罐、太阳能电池板、低温金属储氢罐、蒸发器、高温金属储氢罐、换热器、固体氧化物电解池、分离器和反应器；储水罐的水依次通过太阳能电池板、低温金属储氢罐、蒸发器、高温金属储氢罐和换热器多级热交换后，到达工作温度的水蒸气进入固体氧化物电解池中，电化学反应后生成的氢气和未利用完的水蒸气由固体氧化物电解池阴极产物出口流出，先通过换热器与待反应的水蒸气换热，再进入分离器，分离器其中一个氢气出口I与低温金属储氢罐和高温金属储氢罐连接，储氢罐储氢过程中的放热对水进行加热，分离器另一个氢气出口II与反应器连接，氢气在反应器中与二氧化碳生成甲烷，产甲烷的反应热输送至蒸发器对水进行加热，分离器水蒸气出口与储水罐连接。

其中，所述低温金属储氢罐包括换热腔体I以及氢气汇流室I，所述换热腔体I内设有多个平行设置的隔板I，换热腔体I上还设有液态水入口和液态水出口，多个平行设置的隔板I在换热腔体I内形成液态水折流流道；氢气汇流室I上设有氢气入口I，氢气汇流室I与多个金属储氢微管连通，多个金属储氢微管贯穿整个换热腔体I，金属储氢微管内填充有储氢材料。

其中，所述金属储氢微管为夹层式套管，包括外管和一端封闭的内管，内管外侧壁上沿纵向设有多个通孔，在内管和外管之间的空腔中填充有低温储氢材料，低温储氢材料为LaNi5系列的储氢材料，放热温度为60～70℃。

其中，金属储氢微管(外管)的内径为6cm，内部传质圆管(内管)的外径为3cm。