[发明专利]一种太阳能热化学循环制氢的甲烷化系统及方法

权利要求书

1.一种太阳能热化学循环制氢的甲烷化系统，其特征在于，该系统包括：

热化学循环制氢模块：以水和氧化铈为原料实现热化学循环制氢，生成高温氢气和高温氧气；

高温气体余热回收模块：接收热化学循环制氢模块生成的高温氢气和高温氧气进行发电；

生物甲烷模块：以工业废气和经过余热回收的低温氢气为输入，以高温气体余热回收模块发电提供电压环境生成甲烷气体；

应用所述的太阳能热化学循环制氢的甲烷化系统的甲烷化方法，包括以下步骤：

1）氧化铈氧载体在高温时在还原反应器（1）中发生还原反应，并释放氧气，生成低价氧化铈后进入氧化反应器（2）中，在低温下与O发生氧化反应并释放氢气，生成的氧化铈返回到还原反应器（1）中循环反应；

在氧化还原循环反应过程中，太阳光经过太阳能聚热器（3）使热量集中对还原反应器（1）提供高温环境，水箱（6）经过循环泵为氧化反应器提供水；

2）在还原反应结束后未被利用的热量按第一循环方向进入氧化反应器（2）为其氧化反应过程提供低温环境；

3）在氧化反应结束后未被利用的热量按第二循环方向进入还原反应器（1）中结合太阳能聚热器（3）的热量为还原反应过程提供高温环境；

4）还原反应器（1）通过还原反应生成的高温氧气以及氧化反应器（2）通过氧化反应生成的高温氢气分别通过高温氧气换热器（10）和高温氢气换热器（15）生成的水蒸气推动热机（13）转轮旋转带动发电机（14）转子转动进行发电后，低温氧气经过阀门和循环泵输入到氧气瓶（12）中存储，低温氢气输送到生物甲烷池（17）中；

5）生物甲烷池（17）以低温氢气以及二氧化碳捕捉装置（18）捕捉到的二氧化碳为输入，由发电机（14）提供电压环境，在驯化后的活性污泥微生物作用下，氢气与二氧化碳反应生成甲烷气体，将生成的甲烷气体通入气体提纯塔（19）提纯后经过循环泵通入燃气管道供应用户使用；

所述的步骤2）中，第一循环方向具体为：

打开还原反应器（1）与第一储热瓶（4）之间的阀门，使带有还原反应剩余热量的介质进入第一储热瓶（4）中，然后打开第一储热瓶（4）与第二储热瓶（5）之间的阀门，使得第一储热瓶（4）的热量进入第二储热瓶（5）中，最后打开第二储热瓶（5）与氧化反应器（2）之间的阀门，使热量进入氧化反应器（2）中；

所述的步骤3）中，第二循环方向具体为：

打开氧化反应器（2）与第二储热瓶（5）之间的阀门，使带有氧化反应剩余热量的介质进入第二储热瓶（5）中，然后打开第一储热瓶（4）与第二储热瓶（5）之间的阀门，使得第二储热瓶（5）的热量进入第一储热瓶（4）中，最后打开第一储热瓶（4）与还原反应器（1）之间的阀门，使热量进入还原反应器（1）中。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能热化学循环制氢的甲烷化系统，其特征在于，所述的热化学循环制氢模块包括：

还原反应器（1）：用以进行氧化铈的高温还原反应过程，生成低价氧化铈和高温氧气；

氧化反应器（2）：用以进行低价氧化铈的低温还原反应过程，生成氧化铈和高温氢气；

太阳光聚热器（3）：用以吸收太阳能为还原反应器（1）提供高温环境；

水箱（6）：用以为氧化反应器（2）提供水源；

热量循环回路：包括与还原反应器（1）连接的第一储热瓶（4）、与氧化反应器（2）连接的第二储热瓶（5）、连接管路、阀门和循环泵以及循环回路介质。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能热化学循环制氢的甲烷化系统，其特征在于，所述的循环回路介质为氩气。

4.根据权利要求2所述的一种太阳能热化学循环制氢的甲烷化系统，其特征在于，所述的热化学循环制氢模块还包括高温氧气换热器（10）、高温氢气换热器（15）以及与高温氧气换热器（10）通过阀门和循环泵连接的氧气瓶（12）。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能热化学循环制氢的甲烷化系统，其特征在于，所述的高温气体余热回收模块由相互连接的热机（13）和发电机（14）构成，所述的热机（13）分别接收高温氧气换热器（10）和高温氢气换热器（15）的高温水蒸气介质后推动发电机（14）转子转动完成发电过程，发电机（14）发出的电能一部分并入电网，另一部分为生物甲烷模块提供电压环境。