[发明专利]一种可自由替换氢气渗透膜的太阳能氨分解膜反应器

说明书

一种可自由替换氢气渗透膜的太阳能氨分解膜反应器，属于太阳能光热分解氨制氢技术领域。它包括太阳能氨分解反应器单元、能够替换的氢气渗透膜单元及槽式太阳能集热器，太阳能氨分解反应器单元包括氨分解反应器及设置在氨分解反应器两端的三通接头，氨分解反应器为中空壳体结构，氢气渗透膜单元设置在氨分解反应器内部，槽式太阳能集热器与太阳能氨分解反应器单元对应设置。本发明在传统太阳能氨分解反应器的基础上集成了氢气渗透膜，在氨分解反应的过程中将氢气进行分离，提高了氨分解反应速率以及转化率，实现了低温下氨分解反应，且具有较高的转化率；此外，对氢气渗透膜的装配方式进行了改进，实现氢气渗透膜的自由替换。

技术领域

本发明属于太阳能光热分解氨制氢技术领域，具体涉及一种可自由替换氢气渗透膜的太阳能氨分解膜反应器。

背景技术

太阳能作为规模最大的可再生能源能够减少人类对化石能源的依赖以及碳排放。为了克服太阳能间歇性的不足，可将太阳能储存在燃料中，例如氢气、甲醇等可运输的能量载体。其中，氢气具有能量密度大、无污染等优点，被认为是最优质的二次能源之一。因此，太阳能制氢是早日实现碳中和的重要方案之一。

在众多太阳能制氢的方式中，太阳能热解水制氢需要极端的温度（2000℃）才能有可观的转化率；太阳能光催化制氢具有量子效率低、氧气释放困难等缺陷；太阳能光伏/光热+电解水整体效率不高。太阳能氨分解制氢具有工艺简单，效率高等优势是当下太阳能制氢的重要方法之一。

由于氨分解反应为吸热反应，在高温下氨分解反应具有更好的反应动力学以及更高的平衡平衡常数，因此想要获得较高的转化率需要在高温下进行。然而高温反应会带来一系列的问题，例如更昂贵的太阳能聚光集热系统（需要更高的聚光比），更昂贵的耐热材料制作的反应器以及相应的保温措施。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种可自由替换氢气渗透膜的太阳能氨分解膜反应器，其能够在低温下实现氨分解反应，且具有高转化率。

本发明提供如下技术方案：一种可自由替换氢气渗透膜的太阳能氨分解膜反应器，包括太阳能氨分解反应器单元、能够替换的氢气渗透膜单元及槽式太阳能集热器，所述太阳能氨分解反应器单元包括氨分解反应器及设置在氨分解反应器两端的三通接头，氨分解反应器为中空壳体结构，所述氢气渗透膜单元设置在氨分解反应器内部，所述槽式太阳能集热器与太阳能氨分解反应器单元对应设置。

进一步的，所述三通接头一侧的接口处设有堵头实现密封。

进一步的，所述氢气渗透膜单元包括氢气渗透膜，氢气渗透膜的两端均连接有中空金属管道，

进一步的，所述中空金属管道位于氨分解反应器的内部，其内端并通过第一卡套式直通接头与氢气渗透膜相连接，其外端穿过对应一侧三通接头密封的接口延伸至三通接头的外侧。

进一步的，两个中空金属管道外端的端部均设有第二卡套式直通接头。

进一步的，所述槽式太阳能集热器的形状为弧形曲面结构，其对应设置在氨分解反应器的外侧。

进一步的，所述氨分解反应器、槽式太阳能集热器均设置在安装支架上。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明在传统太阳能氨分解反应器的基础上集成了氢气渗透膜，在氨分解反应的过程中将氢气进行分离，提高了氨分解反应速率以及转化率，实现了低温下氨分解反应，且具有较高的转化率；

2）本发明对氢气渗透膜在氨分解反应器中的装配方式的改进，实现氢气渗透膜在太阳能氨分解反应器中的自由替换；