太阳能光热催化连续产氢系统

本发明涉及可再生能源利用，具体涉及一种太阳能光热催化连续产氢系统。

背景技术：

1、地球上的太阳能资源十分丰富，并且具有分布广泛、开发便捷和环境友好等特点。目前对太阳能的利用包括光热发电和光伏发电。采用化学转化的方法直接将太阳转换为化学能是近些年新兴的一种方法，包括光催化、光热催化等。单纯的光催化由于只能吸收利用太阳光光谱中的高能光子，因此大约只能吸收太阳光谱中50％的光子，而最终的能量转化效率只有不到3％，极大地限制了其应用。太阳光光谱中约50％的低能光子可直接转化为热，升高的温度可用于提升光催化的性能，且在合适的温度下可实现热催化产氢过程，光催化产氢和热催化产氢相互耦合，可提高对太阳能的利用。

2、然而，由于催化剂效率、太阳能能量密度低、太阳能不连续等原因，目前的太阳能产氢系统产率较低，不能在合适的系统尺寸下(如总面积15m2以下)达到100m3/天的氢气产率，极大地限制了太阳能产氢系统的商业化利用。此外，由于受天气因素的影响，现有的太阳能产氢系统不能实现全天候连续运行(如cn116639649a和cn116358171a)，进一步限制了产氢量。更进一步，由于需要实现较高的产氢量，对产氢反应的运行温度要求通常大于250℃，因此要求较高的聚光部件，如果不合理的布置产氢系统，难以达到该反应温度，或者需要较高的设备投入成本以满足反应需求，极大地提高了制氢成本。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种太阳能光热催化连续产氢系统，以解决现有太阳能产氢利用率低，催化剂利用率低以及制氢成本高的问题。

2、一种太阳能光热催化连续产氢系统，包括：

3、光热转换预热段，包括光热转化管及预热聚光部件，所述预热聚光部件聚焦太阳光加热所述光热转化管内的产氢反应物，所述光热转换预热段还设有储存多余热量的储热装置；及

4、催化产氢反应段，与所述光热转化管连接，加热后的所述产氢反应物输送至所述催化产氢反应段进行催化反应，所述催化产氢反应段设有多段反应子模块，多段所述反应子模块并联连接。

5、上述太阳能光热催化连续产氢系统，通过预热聚光部件将太阳光聚焦加热光热转化管内的产氢反应物，将其预热到合适的反应温度(大于250℃)，加热后的产氢反应物输送至催化产氢反应段进行催化反应。将多余的热量储存到储热装置中，储热装置持续将产氢反应物预热到合适的反应温度，保持光热催化产氢反应的稳定进行，可实现太阳能光热催化耦合全天候连续产氢，不受限于太阳能的间歇性和分布不均匀性，提高太阳能利用率。由于催化产氢反应在较短的距离内即完成了催化，为了提高催化剂利用率，将反应段设计为多段反应子模块，各子模块并联连接，共同完成产氢反应的连续进行，降低了制氢成本。

6、在其中一个实施例中，所述催化产氢反应段包括催化反应管道及循环管道，所述催化反应管道内沿其轴向依次间隔设有多段所述反应子模块，多段所述反应子模块通过循环管道并联连接。

7、在其中一个实施例中，所述反应子模块包括催化剂段和无催化剂的产物扩散段，所述产氢反应物在所述催化剂段催化反应产生的产物，经过所述产物扩散段排出。

8、在其中一个实施例中，所述产物扩散段朝远离所述催化剂段的方向内径增大与所述催化剂段形成夹角。

9、在其中一个实施例中，所述反应子模块包括依次套设的第一反应管道、第二反应管道和第三反应管道，所述第一反应管道内填充有热催化产氢催化剂，所述第一反应管道和所述第二反应管道之间填充有光热催化产氢催化剂，所述第二管道的外壁设有具有光热转化特性的光热催化产氢催化剂。

10、在其中一个实施例中，所述催化反应管道外设有对所述产氢反应物进行加热的反应聚光部件。

11、在其中一个实施例中，所述光热转换预热段还包括储热循环管道，所述储热装置安装于所述储热循环管道上，所述光热转化管内的蓄热载体通过所述储热循环管道循环加热。

12、在其中一个实施例中，所述光热转化管包括从内到外依次设置的导热管道、中间管道及透明管道，所述导热管道用于流动蓄热载体，所述导热管道和所述中间管道之间用于流动所述产氢反应物，所述透明管道和所述中间管道之间保持真空实现绝热保温。

13、在其中一个实施例中，所述中间管道的外表面负载有光热转化材料。

14、在其中一个实施例中，所述导热管道的外表面设有导热强化微结构。

技术特征：

1.一种太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述催化产氢反应段包括催化反应管道及循环管道，所述催化反应管道内沿其轴向依次间隔设有多段所述反应子模块，多段所述反应子模块通过循环管道并联连接。

3.根据权利要求1所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述反应子模块包括催化剂段和无催化剂的产物扩散段，所述产氢反应物在所述催化剂段催化反应产生的产物，经过所述产物扩散段排出。

4.根据权利要求3所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述产物扩散段朝远离所述催化剂段的方向内径增大与所述催化剂段形成夹角。

5.根据权利要求1所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述反应子模块包括依次套设的第一反应管道、第二反应管道和第三反应管道，所述第一反应管道内填充有热催化产氢催化剂，所述第一反应管道和所述第二反应管道之间填充有光热催化产氢催化剂，所述第二管道的外壁设有具有光热转化特性的光热催化产氢催化剂。

6.根据权利要求2所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述催化反应管道外设有对所述产氢反应物进行加热的反应聚光部件。

7.根据权利要求1所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述光热转换预热段还包括储热循环管道，所述储热装置安装于所述储热循环管道上，所述光热转化管内的蓄热载体通过所述储热循环管道循环加热。

8.根据权利要求1所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述光热转化管包括从内到外依次设置的导热管道、中间管道及透明管道，所述导热管道用于流动蓄热载体，所述导热管道和所述中间管道之间用于流动所述产氢反应物，所述透明管道和所述中间管道之间保持真空实现绝热保温。

9.根据权利要求8所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述中间管道的外表面负载有光热转化材料。

10.根据权利要求8所述的太阳能光热催化连续产氢系统，其特征在于，所述导热管道的外表面设有导热强化微结构。

技术总结
本发明公开了一种太阳能光热催化连续产氢系统，包括光热转换预热段及催化产氢反应段。光热转换预热段包括光热转化管及预热聚光部件，预热聚光部件聚焦太阳光加热光热转化管内的产氢反应物，光热转换预热段还设有储存多余热量的储热装置。催化产氢反应段与光热转化管连接，加热后的产氢反应物输送至催化产氢反应段进行催化反应，催化产氢反应段设有多段反应子模块，多段反应子模块并联连接。上述太阳能光热催化连续产氢系统，可实现太阳能光热催化耦合全天候连续产氢，不受限于太阳能的间歇性和分布不均匀性，提高太阳能利用率，将反应段设计为多段反应子模块，共同完成产氢反应的连续进行，提高了催化剂利用率，降低了制氢成本。

技术研发人员：陈蓉,廖强,王德超,朱恂,叶丁丁,杨扬
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31