一种利用太阳能的低能耗重整制氢系统技术方案

本申请提供的一种利用太阳能的低能耗重整制氢系统，控制系统可以检测太阳能集热管的出口温度，并在出口温度不小于重整燃料的反应温度时，利用太阳能集热管为汽化器和重整器提供热量，无需辅助加热，进而减少燃料消耗，降低制氢成本；在出口温度小于重整燃料的反应温度但不小于第一预设低温阈值时，利用太阳能高温集热管和辅助加热装置同时为汽化器和重整器提供热量，在出口温度小于第一预设低温阈值时，利用辅助加热装置为汽化器和重整器提供热量；这样可以在太阳能集热量不足时，尤其是长时间的极端阴雨天气或低温天然气时，由辅助加热装置来补足，从而完全避免太阳能集热不足时对重整制氢系统稳定运行的影响。对重整制氢系统稳定运行的影响。对重整制氢系统稳定运行的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种利用太阳能的低能耗重整制氢系统


[0001]本申请涉及重整制氢
，尤其涉及一种利用太阳能的低能耗重整制氢系统。

技术介绍

[0002]氢能是国家能源战略发展的重要组成成分，但是纯氢方案由于安全风险高、储能密度低和储运技术不足难于落地推广。因此，将氢转化为其他更成熟的化学氢载体，尤其是能量密度更高、更安全、更容易存储和运输的液态氢载体，规模化使用的基础设施更完善，更易于推广使用。
[0003]例如，氢的液态载体中的甲醇，因没有液氨的强腐蚀与强刺激缺点，更由于分子结构简单，得到了广泛的应用。甲醇重整反应是吸热反应，需要源源不断的提供热量才能维持反应的持续进行，传统做法是燃烧部分甲醇为甲醇重整制氢提供必要的热量，这样既降低了系统的产氢率，也提高了产氢成本。
[0004]专利CN114249297B利用太阳能为甲醇重整制氢提供必要的热量，另外一部分热量存储于相变材料中，以便于太阳能微弱时为系统提供热量，整个系统不需要额外的能量供给，有效降低了产氢成本，但是在夜晚尤其是长期极端的阴雨天气下太阳能难以提供足够的热量，甲醇重整装置重整温度不够或甚至不能够运行。
[0005]专利CN115504433A提供一种集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置。采用甲醇重整制氢反应器供氢剩余的富氢尾气或低品位燃料电池尾气为燃烧腔提供燃料，同时动态控制重整腔内的电加热装置为重整腔辅助供热，从而实现重整腔内的温度均匀分布以及减小重整腔内的温度分布梯度，提升甲醇重整制氢的产氢效率和稳定性。该专利通过尾气燃烧利用降低了电能消耗，但是燃烧电加热控制相较于单独的电或/燃烧控制增加了控制难度，且相较于太阳能供热的甲醇重整系统，由于需要外部能量供给，能量消耗更高，成本更高。
[0006]因此，设计一种低能耗且能稳定运行的甲醇或其他燃料重整制氢系统十分必要。

技术实现思路

[0007]本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中重整制氢系统的能耗较高，且无法稳定运行的技术缺陷。
[0008]本申请提供了一种利用太阳能的低能耗重整制氢系统，所述系统包括控制系统、太阳能高温集热管、辅助加热装置、汽化器、重整器、换热器和气体分离器；
[0009]所述太阳能高温集热管和所述辅助加热装置均用于在所述汽化器对重整燃料进行汽化以及所述重整器对汽化后的重整燃料进行重整时提供热量；
[0010]所述换热器用于对重整后生成的混合气体进行热交换，并将热交换后的混合气体送入所述气体分离器中分离为氢气和二氧化碳；
[0011]所述控制系统分别与所述太阳能高温集热管和所述辅助加热装置电性连接；
[0012]所述控制系统用于检测所述太阳能集热管的出口温度，并在所述出口温度不小于所述重整燃料的反应温度时，利用所述太阳能集热管为所述汽化器和所述重整器提供热量，在所述出口温度小于所述重整燃料的反应温度但不小于第一预设低温阈值时，利用所述太阳能高温集热管和所述辅助加热装置同时为所述汽化器和所述重整器提供热量，在所述出口温度小于所述第一预设低温阈值时，利用所述辅助加热装置为所述汽化器和所述重整器提供热量。
[0013]可选地，所述控制系统在所述出口温度小于所述重整燃料的反应温度但不小于第一预设低温阈值时，利用所述太阳能高温集热管和所述辅助加热装置同时为所述汽化器和所述重整器提供热量的过程，包括：
[0014]所述控制系统在所述出口温度小于所述重整燃料的反应温度但不小于第二预设低温阈值时，利用所述太阳能高温集热器单独为所述汽化器提供热量，利用所述太阳能高温集热器和所述辅助加热装置同时为所述重整器提供热量；其中，所述第一预设低温阈值低于所述第二预设低温阈值；
[0015]所述控制系统在所述出口温度小于所述第二预设低温阈值但不小于第一预设低温阈值时，利用所述太阳能高温集热器单独为所述汽化器提供热量，以及，利用所述辅助加热装置单独为所述重整器提供热量。
[0016]可选地，所述控制系统还与所述重整器电性连接；
[0017]所述控制系统利用所述太阳能高温集热器和所述辅助加热装置同时为所述重整器提供热量的过程，包括：
[0018]所述控制系统监测所述重整器的实时温度，并将所述实时温度与设定目标温度进行作差后得到偏差值，根据所述偏差值对所述辅助加热装置的输入燃料或空气流量进行调整，以使所述太阳能高温集热器和所述辅助加热装置同时为所述重整器提供热量时，所述重整器内的实时温度趋近于所述设定目标温度。
[0019]可选地，所述重整燃料通过重整燃料储放箱进行储放；
[0020]所述重整燃料储放箱的出口依次经过泵和第一流量传感器连接到所述汽化器的输入端，并通过所述汽化器的输出端与所述重整器的输入端相连。
[0021]可选地，所述重整燃料为甲醇；
[0022]所述辅助加热装置的燃料由外部燃料提供。
[0023]可选地，所述重整燃料为天然气或煤气；
[0024]所述辅助加热装置的燃料由所述天然气或所述煤气提供。
[0025]可选地，所述辅助加热装置为燃烧式加热装置；
[0026]所述燃烧式加热装置包括燃料箱、空气输入装置和燃烧式加热器；
[0027]其中，所述燃料箱依次经过通断电磁阀和第二流量传感器连接到混合器的第一输入端，所述空气输入装置经过第三流量传感器连接到所述混合器的第二输入端，所述混合器的输出端与所述燃烧式加热器的输入端相连，所述燃烧式加热气的输出端分别通过两个阀门连接到所述汽化器和所述重整器的输入端。
[0028]可选地，所述辅助加热装置为电加热装置；
[0029]所述电加热装置包括光伏发电装置、电池储能装置和电加热器；
[0030]其中，所述光伏发电装置用于将太阳能转化为电能，并通过所述电池储能装置进
行存储，所述电池储能装置用于为所述电加热器供电，所述电加热器的输出端通过两个阀门分别连接所述汽化器和所述重整器的输入端。
[0031]可选地，所述太阳能高温集热管通过泵与水箱连接，用于将所述水箱中的水加热成高温水或水蒸气，并将所述高温水或水蒸气通过两个阀门分别通入所述汽化器和所述重整器的换热管道中；
[0032]其中，所述高温水的水温与所述重整燃料的反应温度一致。
[0033]可选地，所述太阳能高温集热管的出口处、所述汽化器和所述重整器内均设置有温度传感器，各个温度传感器分别与所述控制系统连接。
[0034]从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
[0035]本申请提供的一种利用太阳能的低能耗重整制氢系统，该系统包括控制系统、太阳能高温集热管、辅助加热装置、汽化器、重整器、换热器和气体分离器；太阳能高温集热管和辅助加热装置均可以在汽化器对重整燃料进行汽化以及重整器对汽化后的重整燃料进行重整时提供热量；换热器可以对重整后生成的混合气体进行热交换，并将热交换后的混合气体送入气体分离器中分离为氢气和二氧化碳；另外，本申请的控制系统分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳能的低能耗重整制氢系统，其特征在于，所述系统包括控制系统、太阳能高温集热管、辅助加热装置、汽化器、重整器、换热器和气体分离器；所述太阳能高温集热管和所述辅助加热装置均用于在所述汽化器对重整燃料进行汽化以及所述重整器对汽化后的重整燃料进行重整时提供热量；所述换热器用于对重整后生成的混合气体进行热交换，并将热交换后的混合气体送入所述气体分离器中分离为氢气和二氧化碳；所述控制系统分别与所述太阳能高温集热管和所述辅助加热装置电性连接；所述控制系统用于检测所述太阳能集热管的出口温度，并在所述出口温度不小于所述重整燃料的反应温度时，利用所述太阳能集热管为所述汽化器和所述重整器提供热量，在所述出口温度小于所述重整燃料的反应温度但不小于第一预设低温阈值时，利用所述太阳能高温集热管和所述辅助加热装置同时为所述汽化器和所述重整器提供热量，在所述出口温度小于所述第一预设低温阈值时，利用所述辅助加热装置为所述汽化器和所述重整器提供热量。2.根据权利要求1所述的利用太阳能的低能耗重整制氢系统，其特征在于，所述控制系统在所述出口温度小于所述重整燃料的反应温度但不小于第一预设低温阈值时，利用所述太阳能高温集热管和所述辅助加热装置同时为所述汽化器和所述重整器提供热量的过程，包括：所述控制系统在所述出口温度小于所述重整燃料的反应温度但不小于第二预设低温阈值时，利用所述太阳能高温集热器单独为所述汽化器提供热量，利用所述太阳能高温集热器和所述辅助加热装置同时为所述重整器提供热量；其中，所述第一预设低温阈值低于所述第二预设低温阈值；所述控制系统在所述出口温度小于所述第二预设低温阈值但不小于第一预设低温阈值时，利用所述太阳能高温集热器单独为所述汽化器提供热量，以及，利用所述辅助加热装置单独为所述重整器提供热量。3.根据权利要求2所述的利用太阳能的低能耗重整制氢系统，其特征在于，所述控制系统还与所述重整器电性连接；所述控制系统利用所述太阳能高温集热器和所述辅助加热装置同时为所述重整器提供热量的过程，包括：所述控制系统监测所述重整器的实时温度，并将所述实时温度与设定目标温度进行作差后得到偏差值，根据所述偏差值对所述辅助加热装置的输入燃料或空气流量进行调整，以使所述太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李紫勇，黄青丹，王红斌，王勇，莫文雄，王婷延，黄慧红，宋浩永，韦凯晴，魏晓东，赵崇智，刘静，李东宇，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：