[发明专利]一种燃料制备装置及其应用

说明书

本发明公开了一种燃料制备装置及其应用，所述燃料制备装置包括反应器，所述反应器包括电化学氧泵和多孔载体，所述多孔载体与外设燃料原料流连通，所述燃料原料流中的原料在多孔载体中反应生成氧气和燃料，所述电化学氧泵用于将所述氧气抽离所述多孔载体。本发明通过电化学氧泵快速电离热化学还原阶段产生的氧气，同时可以通过调节输入电化学氧泵的功率，实现高效并节能地除氧。本发明的热源可以是电能，核能/工业余热，或者是新能源，具有很大的应用空间。

技术领域

本发明涉及热化学燃料技术领域，尤其是涉及一种燃料制备装置及其应用。

背景技术

为减少二氧化碳的排放，基于热化学还原H₂O/CO₂制备H₂/CO燃料的技术逐渐受到社会的关注。热化学还原H₂O/CO₂制备H₂/CO燃料的技术的过程中，除氧技术尤为重要。传统的热化学反应装置一般为吹扫气体方法除氧或采用真空泵的方法除氧，但是，吹扫气体会导致高温的热化学反应装置产生大量的热损失(一般为5-30％)，而真空泵在高真空度(绝对压强10-0.01Pa)的情况下，电效率过低(一般为5-40％)，因此，传统热化学反应装置的能量转化率过低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种燃料制备装置，具有能量转化率高的特点。

本发明还提供了上述燃料制备装置的应用。

本发明还提供了一种通过上述燃料制备装置制备燃料的方法。

本发明的第一方面，提出了一种燃料制备装置，包括反应器，所述反应器包括电化学氧泵和多孔载体，所述多孔载体与外设燃料原料流连通，所述燃料原料流中的原料在多孔载体中反应生成氧气和燃料，所述电化学氧泵用于将所述氧气抽离所述多孔载体。

根据本发明实施例的一种燃料制备装置，至少具有以下有益效果：

本发明的工作过程主要包括：反应器的氧化物在高温下(300℃-3000℃)，发生还原反应释放氧气，变成还原态，用于还原H₂O/CO₂，生成H₂/CO燃料。通过电化学氧泵，电离反应器中氧化物产生的氧气，加快氧化物向还原态转化的程度与速率，具体为：在电能驱动下，电化学氧泵的阴极电离氧气产生氧离子，氧离子被输运到阳极，失去电子得到氧气。

通过电化学氧泵快速电离热化学还原阶段产生的氧气，同时可以根据氧化物产生氧气的速率，实时调节电化学氧泵的功率，即可以通过调节输入电化学氧泵的功率，实现高效并节能地除氧，能量转化率高、系统效率高。此外，本发明电化学氧泵的输入功率和泵氧量可保持一致，电效率较高。电化学氧泵动态响应快，电化学氧泵的控制变量是电压，还原反应过程中通过调控电流大小即可实现对氧分压的实时调控：在其他条件不变的情况下，电流会随电压瞬间响应，而电流变化体现为阴极上氧气分子的还原速率，所以改变电压能迅速改变阴极氧气的还原速率，从而达到多孔载体内氧气浓度的迅速调控，即可以实时的调整工况，根据需要调控多孔载体内的氧分压。

本发明中用于高温还原过程的热源可以是电能，核能/工业余热，或者是新能源，电化学氧泵的电能可以由电网、发电装置(光伏发电装置或温差发电片)提供，具有更大的应用空间和市场前景。

同时，现今机械真空泵除氧技术中：真空泵要求整个反应器在还原过程中处于低压状态，因此要整体具有良好的气密性，加工工艺要求高。相较于机械真空泵除氧技术，本发明只需反应器内具有良好的气密性即可，即多孔载体与电化学氧泵之间具有良好的气密性，降低了加工难度。

在本发明的一些实施方式中，所述电化学氧泵包括单电池或者电堆中的至少一种。