交替式制取氢气的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源(可再生能源)技术领域，尤其涉及一种交替式制取氢气的装置。
【背景技术】
[0002]随着传统能源消耗量的加剧以及随之而来的环境污染愈发严重，可再生能源日益引起世界各国政府和研究机构的重视。氢气是一种能量密度很高的能源，而且既可以通过分解地球上储量极其丰富的水制取，又可以依靠化石能源中储量较多的天然气重整制取，因此氢气作为清洁能源日益成为研究的热点。
[0003]目前制取氢气主要有分解水制取氢气、甲烷重整两种。分解水制取氢气中最为常见的是电解水制氢，但电解水需要消耗能量品位极高的电能，能耗较大，因此并不划算。利用高温下水分解反应吉布斯自由能降低的特点，已经发展了多种催化剂的热化学循环催化分解水制取氢气的方法。原理为利用金属氧化物在高温下放氧，低温下得氧的能力，在低温下通入水为氧化剂，将失氧后的金属氧化物氧化，并放出氢气。该方法仅需要利用热能即可实现水分解，但金属氧化物放氧温度较高(一般为1500°C左右)，高温对于反应器材料和密封性能都带来挑战。目前的热化学循环催化分解水制取氢气的方法都是水蒸气一次性通过高温反应器，由水的热力学性质所限，水的转化率很低(当反应温度为1500°C，气体组分分压为10—5atm时，水的转化率为1.26%)，系统热能至氢气化学能的转换效率同样很低。目前甲烷重整制氢温度在700°C以上，同样能耗较大，且制取氢气中含有一氧化碳、二氧化碳和没有完全反应的甲烷，纯度不高。
[0004]相比于传统方法制氢，基于质子导体和氧离子导体(或碳酸根离子导体)交替式制取氢气装置可以利用太阳能、核能和工业废热等为热源，减少电能和化石能源的使用，对实现能源的可持续发展具有重要意义。
[0005]然而，在实现本发明的过程中，申请人发现目前的交替式制取氢气装置的结构不尽合理，导致制氢效率不高，
【发明内容】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种交替式制取氢气的装置，以优化结构设计，提尚制氣效率。
[0008](二)技术方案
[0009]本发明交替式制取氢气的装置包括:反应器。该反应器包括:交替设置并通过管道连接的若干个质子导体反应腔(3)和第二离子导体反应腔;与多个质子导体反应腔(3)的氢气出口相连通的抽氢真空管道(7);以及与多个第二离子导体反应腔(4)的第二气体出口相连通的抽第二气体真空管道。其中，质子导体反应腔(3)内部具有质子导体催化剂，所述第二离子导体反应腔内具有能与第二气体结合的第二离子导体催化剂;首个反应腔的一侧设置反应气入口 ；末个反应腔的一侧设置反应气出口。
[0010](三)有益效果
[0011]从上述技术方案可以看出，本发明交替式制取氢气的装置具有以下有益效果:
[0012](I)反应气管路由质子导体反应腔和氧离子导体反应腔(或碳酸根离子导体反应腔)交替连接而成，水蒸气或甲烷和水蒸气分别和质子导体催化剂和氧离子导体催化剂(或碳酸根离子导体催化剂)作用交替分解，气体反应物转化率比通过单一热化学循环时有大幅提升，若质子导体反应腔和氧离子导体反应腔(或碳酸根离子导体反应腔)数量足够多，水蒸气可以完全分解(或甲烷完全重整)；
[0013](2)连续通过质子导体反应腔和氧离子导体反应腔(碳酸根离子导体反应腔)，使高温水蒸气被不断分解或甲烷湿重整不断进行，减少了流出系统的高温未反应原料气的热损耗，同时可以制取更多的氢气，具有比传统方法更高的热效率；
[0014](3)将质子导体反应腔和氧(碳酸根)离子导体反应腔连接成环形，并将抽氢真空管道和抽氧(二氧化碳)真空管道设置在环形的内侧或外侧，大大提高了集热器反应室的空间利用率；
[0015](4)与现有技术的装置相比，可以通过控制质子导体催化剂和氧离子导体催化剂(或碳酸根离子导体催化剂)的表面积来控制调节气体反应物的速率，控制质子导体催化剂吸氢，氧离子导体催化剂吸氧或碳酸根离子导体催化剂吸收二氧化碳的速率与气体反应物反应的动力学性能匹配；
[0016](5)可以和太阳能等新能源以及核能、工业废热相结合，清洁环保；
[0017](6)装置通过质子导体催化剂和氧离子导体催化剂或碳酸根离子导体催化剂产生尚纯氣气和尚纯氧气或尚纯一■氧化碳，避免工业化生广所造成的一氧化碳残留，在能源动力、医疗、化工等方面具有重要意义。
【附图说明】
[0018]图1为根据本发明第一实施例交替式制取氢气装置的正面图；
[0019]图2为图1所示交替式制取氢气装置的背面图；
[0020]图3为图1所示交替式制取氢气装置中反应器正面的立体图；
[0021 ]图4为图1所示交替式制取氢气装置中反应器背面的立体图。
[0022]【本发明主要元件符合说明】
[0023]1-原料气入口；2-原料气出口；3-质子导体反应腔；
[0024]4-氧离子导体反应腔；5-质子导体催化剂；6-氧离子导体催化剂；
[0025]7-抽氢真空管道；8-抽氧真空管道； 9-氢气出口；
[0026]10-氧气出口；11-集热器开口； 12-复合抛物面聚光器；
[0027]13-反应室。
【具体实施方式】
[0028]本发明中，气体管路将质子导体反应腔和氧离子导体反应腔(或碳酸根离子导体反应腔)交替连接而成，使流入反应器管道内的高温水蒸气或甲烷和水蒸气依次流经质子导体催化剂和氧离子导体催化剂(或碳酸根离子导体催化剂)，解决通过单一催化剂时，由于反应气反应时热化学平衡限制反应正向进行，提高了反应气的分解率。
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0030]一、第一实施例
[0031]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种交替式制取氢气装置，具体为交替分解水制取氢气和氧气。图1为根据本发明第一实施例交替式制取氢气装置正面的立体图。图2为图1所示交替式制取氢气装置背面的立体图。如图1和图2所示，本实施例交替式制取氢气装置包括:
[0032]集热器，其内部形成高温环境的集热器反应室13;以及
[0033]反应器，固定于所述集热器反应室13内，用于在所述高温环境下交替制取氢气和氧气。
[0034]以下分别对本实施例交替式制取氢气装置的各个组成部分进行详细说明。
[0035]请参照图1，集热器呈单侧开口的筒状，其内部形成高温环境的集热器反应室。在集热器开口 11位置的内侧设置复合抛物面聚光器12。光线经过聚焦后通过集热器开口 11进入集热器，经过复合抛物面聚光器12 二次聚光后进入集热器反应室13并使集热器反应室13内温度维持在所需的反应温度以上。
[0036]其中，所述的高温环境为使水蒸气发生反应的温度，一般情况下介于800°C?2000°C之间。并且，本领域技术人员应当理解，除了图1和图2所示的集热器之外，还可以采用其他形式的集热器，复合抛物面聚光器12还可以采用其他类型的加热装置，或在保证达到工作温度的情况下不设置加热装置，均可以实现本发明。并且，需要说明的是，本实施例采用的是太阳能集热方式，而在本发明其他实施例中，还可以采用核能、化石能源或工业废热提供热量，只要能使其中的反应器的温度达到使水蒸气发生反应的温度即可。
[0037]图3为图1所示交替式制取氢气装置中反应器正面的立体图。图4为图1所示交替式制取氢气装置中反应器背面的立体图。请参照图3和图4，反应器固定于集热器反应室13内，包括:交替设置并通过管道连接的若干个质子导体反应腔3和氧离子导体反应腔4、抽氢真空管道7和抽氧真空管道8。其中，首个反应腔的一侧设置水蒸气入口 I，末个反应腔的一侧设置水蒸气出口 2。质子导体反应腔3和氧离子导体反应腔4内部分别有质子导体催化剂5和氧离子导体催化剂6。该若干个质子导体反应腔3和氧离子导体反应腔4围成一环形。在该环形的内侧设置环形抽氢真空管道7和抽氧真空管道8。其中，抽氢真空管道7的进口与多个质子导体反应腔3