【技术实现步骤摘要】
本申请涉及水制氢，具体涉及一种一体式硫酸分解器及其应用。
技术介绍
1、氢是一种清洁高效的能量载体，具有热值高、无毒、可再生、来源多样的特点，被誉为“21世纪的能源”，对缓解世界能源危机和环境污染具有积极作用。目前制氢方法有很多种，主要分为化石燃料制氢、生物质制氢和水制氢三大类。其中化石能源制氢需要依赖化石燃料且制氢时会产生大气污染和温室效应，这种方法将会被逐渐取代。生物质制氢技术起步较晚，技术尚未发展成熟。而地球中水资源储量丰富，水制氢在未来将是推动氢能发展的主力军。
2、水制氢有多种方案，其中直接高温热解水制氢耗能较高；电解水制氢成本较高；光解水制氢能量利用效率低，易受外部条件影响，应用受限。相比之下，热化学碘硫循环水分解制氢由于其热效率较高、过程无污染，可匹配核能和太阳能、成本低、易于实现大规模工业化等优点，被认为极具发展前景，受到了国内外学者的广泛关注。
3、热化学碘硫循环制氢系统以水为原料，产物是氢气和氧气，其余中间产物循环回收，整个过程通过吸收外部提供的高温热量以维持连续的系统反应。该系统包含三大化学反应：本生(bunsen)反应、hi分解反应、h2so4分解反应。其反应原理如下：
4、
5、
6、
7、其中硫酸分解反应(3)又分成了以下两步：
8、
9、
10、上述反应之中，硫酸初步分解反应(4)所需温度相对较低，无需催化剂并且反应迅速，容易实现100％分解。而so3分解反应(5)则必须使用催化剂，并且反应所
11、为实现较大的单元制氢量，目前的硫酸分解器通常广泛采用圆柱形反应器和电加热。由于反应器的直径较大，导致反应器径向传热困难。因此，此类设备存在传热效果差、难以耦合实际热源、耐腐蚀性能较差、催化剂成本较高或易失活、硫酸分解量小等缺陷。
12、因此，设计一种安全耐腐蚀、高效持久、传热性能优良并且适合工业化应用的硫酸分解器迫在眉睫。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种一体式硫酸分解器，其导热效率高，升温速度快，能够充分满足反应生产需求，其结构完整性高，安全稳定，简便易用。
2、本申请的另一目的在于提供一种上述一体式硫酸分解器在热化学碘硫循环制氢系统中的应用，能够安全、稳定、高效的对硫酸进行分解，满足热化学碘硫循环制氢的需求。
3、本申请的技术方案如下：
4、一方面，本申请实施例提供了一种一体式硫酸分解器，其包括硫酸分解管、高温气体加热管、和保温装置，上述硫酸分解管套设于上述高温气体加热管外壁且与上述高温气体加热管之间形成用于分解硫酸的反应腔室，上述保温装置套设于上述硫酸分解管外壁；
5、上述硫酸分解管的底部设置有硫酸进料管，顶部设置有出料管，上述进料管和上述出料管均与上述反应腔室连通；
6、上述反应腔室内设置有导热填充层和催化填充层，上述导热填充层靠近上述硫酸进料管，上述催化填充层靠近上述出料管。
7、另一方面，本申请实施例还提供了一种上述一体式硫酸分解器在热化学碘硫循环制氢系统中的应用。
8、相对于现有技术，本申请的实施例至少具有如下优点或有益效果：
9、针对第一方面，本申请实施例提供了一种一体式硫酸分解器，其包括硫酸分解管、高温气体加热管、和保温装置。由于传统硫酸分解器通常会使用圆柱形的反应器，其所需直径较大，导致反应器径向传热困难，进而导致处于中心处的硫酸温度较低且升温速率慢。而本申请方案装置整体采用套管结构，在上述硫酸分解管和上述高温气体加热管之间形成反应腔室，硫酸物料在上述反应腔室内流动，能够大大减小径向传热间距，从而加快流体中心处的升温速率。同时由于为纯液体或气体的导热系数较小，壁面向其传热速率有限，因此传统反应器存在传热效果差、硫酸升温速率慢的缺点。而本方案装置通过在上述反应腔室内设置导热填充层，既能够增大壁面向流体域内部的传热速率，又能够使硫酸溶液或混合气体在流动过程中能够形成涡流并相互扰动，增强了流体相互之间的传热效果；在两种增强效果下可以极大提高硫酸的升温速率，并使硫酸温度分布更加均匀。
10、通过在上述反应腔室内设置导热填充层和催化填充层，能够构成完整的硫酸分解反应单元，并利用设置于装置内部的上述高温气体加热管和设置于装置外部的保温装置来进一步增强升温传热的效果，从而更好的实现入口硫酸物料的升温、相变、h2so4初步分解和so3催化分解的全过程；整个装置结构简单，能够给设备的远程运输、现场安装和日常维护带来极大的便利性。安装时，用户在现场只需将设备与外部管路进行连接即可，且后期维护内容更少。
11、此外，采用高温气体作为热源来辅助设备升温传热，有助于降低能耗；具体的，可采用高温烟气、第四代超高温气冷堆的氦气或气冷快堆的氦气等来作为热源，还能够实现碘硫制氢系统与核电站反应堆系统的耦合，从而实现氢电联产。
12、进一步的，在本申请的一些实施例中，上述导热填充层内填充有sic颗粒，上述催化填充层内填充有催化剂。
13、进一步的，在本申请的一些实施例中，上述sic颗粒的粒径为2～5mm，填充后上述导热填充层的孔隙率为0.5。
14、在上述实施例中，sic颗粒具有较大的导热系数，通过在填充sic颗粒作为导热填充层，既能够增大壁面向流体域内部的传热速率，又能够使硫酸溶液或混合气体在流动过程中能够形成涡流并相互扰动，增强了流体相互之间的传热效果，从而进一步提高升温速率，并使硫酸温度分布更加均匀。
15、进一步的，在本申请的一些实施例中，上述催化剂为fe2o3、cuo等金属氧化物或cufe2o4等复合金属氧化物中的任意一种。
16、在上述实施例中，传统硫酸分解反应器多使用贵金属pt基催化剂，种类单一并且成本较高，不适合碘硫循环制氢系统大规模工业化应用；而采用fe2o3、cuo等金属氧化物或cufe2o4等复合金属氧化物作为催化剂，能够有效降低催化剂成本，且催化稳定性高，更适合用作大规模碘硫制氢系统的催化剂。
17、进一步的，在本申请的一些实施例中，上述高温气体加热管和上述硫酸分解管一体成型；上述硫酸分解管、上述高温气体加热管和上述保温装置同轴竖向设置。
18、在上述实施例中，竖向同轴的装置整体能够形成同心双层套管结构，硫酸物料在处于套管之间夹层的上述反应腔室中流动，能够进一步减小径向传热间距，从而加快流体中心处的升温速率。
19、进一步的，在本申请的一些实施例中，上述保温装置为保温材料包覆层或加热套管。
20、在上述实施例中，保温装置能够起到辅助保温、升温的作用，有助于进一步提高升温速率。
21、进一步的，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种一体式硫酸分解器，其特征在于，其包括硫酸分解管、高温气体加热管、和保温装置，所述硫酸分解管套设于所述高温气体加热管外壁且与所述高温气体加热管之间形成用于分解硫酸的反应腔室，所述保温装置套设于所述硫酸分解管外壁；
2.根据权利要求1所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述导热填充层内填充有SiC颗粒，所述催化填充层内填充有催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述SiC颗粒的粒径为2～5mm，填充后所述导热填充层的孔隙率为0.5。
4.根据权利要求2所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述催化剂为Fe2O3、CuO等金属氧化物或CuFe2O4等复合金属氧化物中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述高温气体加热管和所述硫酸分解管一体成型；所述硫酸分解管、所述高温气体加热管和所述保温装置同轴竖向设置。
6.根据权利要求1所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述保温装置为保温材料包覆层或加热套管。
7.根据权利要求1所述的一种一体
8.根据权利要求1所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述反应腔室内设置有用于检测温度的热电偶；所述导热填充层和所述催化填充层内均设置有所述热电偶。
9.根据权利要求1所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述硫酸分解管与所述硫酸进料管、所述出料管之间分别设置有法兰；所述硫酸分解器、所述高温气体加热管、所述硫酸进料管、所述出料管和所述法兰的材质均为SiC。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的一种一体式硫酸分解器在热化学碘硫循环制氢系统中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种一体式硫酸分解器，其特征在于，其包括硫酸分解管、高温气体加热管、和保温装置，所述硫酸分解管套设于所述高温气体加热管外壁且与所述高温气体加热管之间形成用于分解硫酸的反应腔室，所述保温装置套设于所述硫酸分解管外壁；
2.根据权利要求1所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述导热填充层内填充有sic颗粒，所述催化填充层内填充有催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述sic颗粒的粒径为2～5mm，填充后所述导热填充层的孔隙率为0.5。
4.根据权利要求2所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述催化剂为fe2o3、cuo等金属氧化物或cufe2o4等复合金属氧化物中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种一体式硫酸分解器，其特征在于，所述高温气体加热管和所述硫酸分解管一体成型；所述硫酸分解管、所述高温气体加热管和所述保温装...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明阳，古莉，何勇，王智化，王晓丁，张世元，翁武斌，别亦然，朱燕群，王博，
申请(专利权)人：东方电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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