本发明专利技术公开了一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统。该系统可以对太阳能聚光的热能进行收集并将其输入储热系统加以利用，主要通过传热装置进行两种形式的利用：一是通过蓄电系统和输电系统将储热通过电化学方法储存电能用于供能，二是通过换热系统将储热以热能形式供能，两者均可为分步法分解硫化氢反应过程提供能量。分步法通过两步进行，一是硫化氢在较低温度下与金属或金属硫化物反应得到金属硫化物和氢气，为硫化产氢过程，二是通过对所得金属硫化物在较高温度下进行热分解得到原金属或金属硫化物及硫磺，为分解脱硫过程。本发明专利技术的主要优势在于通过该系统就可以直接利用太阳能对硫化氢进行分解制取氢气和硫磺。氢气和硫磺。氢气和硫磺。
【技术实现步骤摘要】
一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统
[0001]本专利技术涉及太阳能清洁利用
和硫化氢分解
，具体是一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统。
技术介绍
[0002]在现有的可再生能源中，储量丰富的太阳能是最理想和最有前途的可再生能源，太阳能储热技术正处于重要研发阶段，现已被众多研究者深入研究。氢气作为一种清洁且能量密度优异的能量载体，已成为太阳能聚光储热高效转化最热门的产物之一。太阳能和氢能的结合非常适合可再生能源系统的需求，并将在未来能源经济的发展中发挥重要作用。太阳能热化学制氢技术主要利用聚光产生的热量驱动化学转化，实现太阳能储能和制氢。许多研究已经通过各种技术实现了这种转化，如水解、生物质裂化和烃重整反应。
[0003]文献《Journal of Visualized Experiments》,2019(148):e58661.展示了一种增强CO2光还原制取CH4的方法，其基本思想是利用浓缩技术提高入射太阳光的强度，可以减少催化剂用量，降低反应器体积，从而提高表面反应温度。
[0004]文献《Energy》,2023,263:125828.提出了一种以理想的太阳辐射优化分布为指导，提高太阳能热化学集中器
‑
反应器性能和安全性的一体化设计方法。通过梯度优化算法得到了理想的反应器内太阳辐射分布，并分析了其增强机理。
[0005]“十五”期间我国探明的天然气中有990亿立方为高含H2S气田，部分酸性油气藏中H2S含量可高达60
‑<br/>90％。其中四川盆地是我国酸性油气藏储量最丰富的地区，如位于四川盆地的我国最大天然气气田普光气田，其为典型的酸性油气藏，其H2S的含量达到14.1％。这些H2S的存在不仅会严重影响资源的安全开发与利用，而且会对动植物生存、环境和生态系统等造成严重危害。目前，硫化氢的分解方法主要有克劳斯工艺、催化热分解法、等离子体分解法、电化学分解法、紫外光分解法、光催化分解法等，目前工业上处理硫化氢的主要方法是克劳斯工艺，其通过氧气将硫化氢分级氧化燃烧，最后得到硫磺和水，使得具有高附加值的氢资源以水的形式浪费掉了，且高温燃烧会消耗大量能量，其他方法也存在转化效率低、反应条件严苛、耗能高等缺点，均不利于工业应用。
[0006]综上所述，开发出一种利用太阳能供热将硫化氢高值转化利用为氢气和硫磺的反应系统变得尤为重要。
[0007]文献《International Journal of Hydrogen Energy》,2019,44(39):21336
‑
21350.分析了金属硫化物用于H2S制H2和硫磺的分步法循环工艺，通过Aspen Plus软件结合能效分析发现分步法循环工艺比克劳斯工艺具有更高的能耗优势和效率。
[0008]文献《ACS Sustainable Chemistry&Engineering》,2021,9(33):11204
‑
11211.实验结果表明，低浓度的钼掺杂可以显著增强FeS对H2S分解的反应性，同时保持FeS的相完整性。与未掺杂硫载体相比，Mo掺杂有利于氢的表面扩散，从而促进H2S的整体转化。
[0009]使用分步法分解H2S则具有在较低温度区间分解、H2S转化率高的优点，其反应原理见式(1)～式(3)。在式(1)反应中，金属或金属硫化物在H2S作用下发生硫化，得到高价金属
硫化物并同时释放出H2，称为硫化产氢步骤。在式(2)反应中，高价金属硫化物在较高温度下分解为硫磺和原金属(低价金属硫化物)，称为分解脱硫步骤。
[0010]硫化产氢步骤：(M or M
x
S
y
)+zH2S
→
(MS
z or M
x
S
y+z
)+zH2ꢀꢀꢀ
(1)
[0011]分解脱硫步骤：(MS
z or M
x
S
y+z
)
→
(M or M
x
S
y
+zS)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]总反应：zH2S
→
zH2+zS
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(3)
[0013]使用太阳能聚光供能与分步法相结合可以实现硫化氢高值利用转化为氢气和硫磺，是一种未来极具发展潜力的H2S资源化利用方式。
技术实现思路
[0014]本专利技术所要解决的技术问题是硫化氢分解制取氢气和硫磺领域的系统供能和硫化氢高效分解制取氢气和硫磺的问题，进而提出一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢制取氢气和硫磺的反应系统。
[0015]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统，其包括如下：
[0016]本专利技术提供的反应系统包括压力泵1、塔式聚光器2、碟式聚光器3、槽式聚光器4、储热系统5、传热装置6、蓄电系统7、输电系统8、换热系统9、供热系统10、冷凝器11、出气装置12、出气管道13、出气管道14、进气管道15、反应装置16、均匀供热装置17、反应管18、反应物质19、H2S气瓶20、进气装置21、出气装置22、气相色谱仪2。
[0017]本专利技术的反应系统利用太阳能聚光装置进行储热，该太阳能聚光器可以是碟式聚光器、塔式聚光器、复合抛物面聚光器、折射式聚光器，同时配有自动跟踪装置，该装置能根据太阳光方向来调整聚光器的方向，使得聚光器始终垂直于太阳入射光线，太阳角度追踪更为精确。
[0018]压力泵，所述压力泵1的主要作用在于将塔式聚光器2、碟式聚光器3、槽式聚光器4所收集的热能通过热传导的方式运送至储热系统5，该过程一部分能量可由传热装置6过程散热损失所提供。
[0019]塔式聚光器，所述塔式聚光器2可对太阳能高效收集，主要利用由平面反射镜组成的多台反射器，将太阳能辐射反射集中到位于高塔顶部的接收器上的一种非成像集热器。首先塔式聚光器在塔顶部安装固定一个吸收器，塔周围布置有定口镜群，定口镜群将太阳光反射到塔顶的接收器的腔体内产生高温，再将通过吸收器的工质加热并产生高温蒸汽的系统，塔式太阳能集热器的聚光比可达300
‑
1500，运行温度可达1500℃。
[0020]碟式聚光器，所述碟式聚光器3是借助于双轴跟踪，利用抛物型碟式镜面将太阳辐射能聚焦反射到位于其焦点位置的吸热器上，吸热器吸收这部分辐射能并将其转换成为热能然后直接进入储热系统5。单个碟式聚光器系统发电装置的容量范围在5
‑
5kW之间，使用氦气或氢气做工质，工作温度可达800℃。
[0021]槽式聚光器，所述槽式聚光器4是通过借助槽形抛物面反射镜将太阳光聚焦反射在一条线上，在这条焦线上布置安装有集热管，来吸收太阳聚焦反射后的太阳辐射能。通过管内热载体将管内流体加热本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统，其特征在于，所述系统包括压力泵1、塔式聚光器2、碟式聚光器3、槽式聚光器4、储热系统5、传热装置6、蓄电系统7、输电系统8、换热系统9、供热系统10、冷凝器11、出气装置12、出气管道13、出气管道14、进气管道15、反应装置16、均匀供热装置17、反应管18、反应物质19、H2S气瓶20、进气装置21、出气装置22、气相色谱仪23，其中所有部件均为耐高温防腐蚀材料订制。2.一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统，其特征在于，所述反应系统利用太阳能聚光装置进行储热，该太阳能聚光器可以是碟式聚光器、塔式聚光器、圆台式聚光器、槽式聚光器、组合平面镜聚光器、双曲面聚光器、抛物面聚光器、复合抛物面聚光器、折射式聚光器，同时配有自动跟踪装置，该装置能根据太阳光方向来调整聚光器的方向，使得聚光器始终垂直于太阳入射光线，太阳角度追踪更为精确。3.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统，其特征在于，所述储热系统主要为熔盐储热装置，熔盐主要成分为混合硝酸盐，同时储热系统中还配备熔盐泵、熔盐罐、蒸汽发生器、保温材料、玻璃关键设备，以防止冻堵；主要利用材料在升温或降温过程中的温差而实现热能存储，在整个工作温度范围内，储热材料始终保持液态，储热时长可在4h以上，最大饱和蒸汽压力为2.5MPa，系统热效率＞90％，使用寿命＞20年。4.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统，其特征在于，所述传热装置主要通过传热介质对储热系统内的热能进行传递到蓄电系统或换热系统，传热介质可以是水及水蒸汽、钠钾合金、矿物型导热油、合成型导热油、液态金属、熔盐、惰性气体中的一种。5.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统，其特征在于，所述蓄电系统实现储热用于反应装置供热的第一种利用形式，通过传热装置的热能转化为电化学能，其主要结构可以是镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、碱锰电池、铅蓄电池中的一种组成的大型蓄电池，同时配备电能管理设备，可以显著提高电能的利用率，减少电能损失。6.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光供能用于分步法分解硫化氢的反应系统，其特征在于，所述输电系统的主要作用是将蓄电系统内的电能输出给系统提供电能，输电系统主要由逆变器和变压器...
【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，段元刚，于姗，黄泽皑，张瑞阳，唐春，付梦瑶，黄靖元，李思婕，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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