【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热、电化学能量转化领域，具体为一种两段式反应热电化学耦合发电系统和发电方法。
技术介绍
1、传统发电方式是将热能转化成蒸汽推动蒸汽轮机进行发电，也就是把热能转化为机械能，然后用机械能发电，这种发电方式受卡诺循环的限制，一般大型蒸汽轮机的效率在40％，小型的设备甚至只有20％左右的效率，即使是超临界co2发电效率也很难超过55％。
2、cn201910847192.2公开了一种利用hbr的合成与分解循环发电的系统及方法，系统包括质子交换膜燃料电池电堆、气液分离器、分解反应器、连接管路、溴储罐、氢储罐；所述气液分离器连接于质子交换膜燃料电池电堆阴极出口上，所述连接管路包括气液分离器出口处并联的第一溴管道、溴化氢管道，所述溴化氢管道上设有分解反应器并在分解反应器出口处分成并联的第二溴管道、第一氢管道；所述第一溴管道与第二溴管道合并后经溴储罐通向质子交换膜燃料电池电堆阴极进口，所述第一氢管道经氢储罐通向质子交换膜燃料电池电堆阳极进口。
3、上述方案中，将hbr分解成h2和br2为一次性反应过程，其反应产物为h2和hbr的混合气体，夹杂着br2液粒，需要额外的分离溴、氢气，反应和装置较为复杂，且难以很好的分离，反应效率地下，其反应在热力学上具有可行性，但其在动力学上无法实现有效的热能转换，并使之转换成电能。
技术实现思路
1、本专利技术克服上述现有技术中存在的不足，提供了一种热电化学耦合发电系统。
2、本专利技术利用上述热电化学耦合发电系统，
3、本专利技术所述的热化学反应为多步反应，以卤化氢为hbr，金属氧化物为fe3o4为例，其反应如下：
4、反应a：fe3o4+8hbr→3febr2+4h2o+br2；
5、反应b：febr2+h2o→fe(oh)2+2hbr；
6、反应c：3fe(oh)2→fe3o4+2h2o+h2。
7、其中，反应a和反应b可以合并为一步反应，则多步反应可简化为二步反应：
8、反应1：fe3o4+2hbr+2h2o→3fe(oh)2+br2；
9、反应2：3fe(oh)2→fe3o4+2h2o+h2。
10、热化学总反应：2hbr→br2+h2。
11、上述热化学反应不同于现有技术中的一步分解hbr的反应，本专利技术将fe3o4加入反应体系，使其与hbr先进行热化学反应1，反应生成br2，通过反应2反应生成h2，通过反应原来的选择以及循环，使两个反应分别在两个反应容器中进行，巧妙地将br2和h2的反应进行了分隔，避免了分离br2和h2的过程。
12、1、2二个反应中，反应1为放热反应，2为吸热反应，而1、2二个反应总体为吸热反应，反应1、2分别在两个不同的温度段产生br2和h2，实现hbr的热分解，其中反应1的反应温度区间为200-400℃，反应2的反应温度区间为400-600℃。
13、本专利技术所述的电化学反应在阴阳极的反应如下：
14、阴极反应：br2+2e→2br-；
15、阳极反应：h2-2e→2h+。
16、电化学总反应：br2+h2→2hbr。
17、在一个实施方案中，本专利技术的上述反应1、2可以在二个固定床反应器a1、a2中依次循环进行，电化学反应可以在高温氢溴燃料电池反应堆(hbfc)中进行。
18、反应流程的一个反应循环可以为：
19、反应器a1中的反应1：反应器a1中预先加载fe3o4，从溴化氢源将hbr/h2o(或溴化氢气体)导入固定床反应器a1中，加热至200-400℃。此时，fe3o4和hbr反应生成fe(oh)2和br2，将生成的br2蒸汽导入电化学端阴极，反应结束后，反应器a1在下一反应循环中发生反应2；
20、反应器a2中的反应2：反应器a2中预先加载fe(oh)2，将反应器a2加热至400-600℃，在反应器a2中发生分解反应，生成fe3o4、h2o和h2，其中h2/h2o蒸汽通过管道输入电化学端阳极，参与电化学反应，反应结束后，反应器a2在下一反应循环中发生反应1。
21、在电化学端，br2和h2反应生成hbr，并将化学能转化为电能，生成的hbr/h2o通过管道导入溴化氢源。
22、上述反应循环中，反应器a1内依次发生反应1、反应2，对应的，反应器a2内依次发生反应2、反应1，如此循环往复。
23、上述反应中，热源是外部的，比如锅炉余热，优选还可以部分来自于自身反应的余热。
24、基于以上热电化学反应过程，本专利技术一方面提供一种热电化学耦合发电系统，所述系统包括用于提供卤素和氢气的热化学反应模块、用于利用卤素和氢气发生电化学反应产生卤化氢的电化学反应模块、用于加热热化学反应模块的热源，以及卤化氢源；
25、所述热化学反应模块包括二种分别发生构成同一循环进程的二个不同反应i至ii的反应器，所述二个不同反应将卤化氢转化为卤素和氢气；
26、所述热化学反应模块中的反应器分别与电化学反应模块的阴极端、阳极端连接，用于将反应器中反应生成的氢气、卤素分别通入电化学反应模块的阳极端、阴极端；
27、所述卤化氢源与热化学反应模块中的反应器连接，用于向热化学反应模块提供卤化氢；
28、所述卤化氢源和氢溴燃料电池阴极相连，用于将电化学反应产生的卤化氢导回卤化氢源。
29、优选的，所述二种分别发生构成同一个循环进程的二个反应i至ii的反应器包括反应器a1和a2；
30、二种反应器a1和a2用于在同一循环进程中分别发生产卤素的反应i，产氢气的反应ii。
31、优选的，所述反应器a1和a2各自均具有和卤化氢源相连用于输入卤化氢的物料管路，和电化学反应模块的阴极端相连用于输送卤素的物料管路、和电化学反应模块的阳极端相连用于输送氢气的物料管路；更优选的，所述反应器a1和a2各自还具有和卤化氢源相连用于输出卤化氢的物料管路，所述物料管路具有控制开闭的物料阀。
32、优选的，所述二种反应器a1和a2各自独立地为一个或多个反应器；
33、当所述系统中包含多个反应器a1时，所述多个反应器a1相并联；
34、和/或，当所述系统中包含多个反应器a2时，所述多个反应器a2相并联。
35、优选的，所述反应器a1和a2各自均具有和热源相连的主传热管路，所述主传热管本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述系统包括用于提供卤素和氢气的热化学反应模块、用于利用卤素和氢气发生电化学反应产生卤化氢的电化学反应模块、用于加热热化学反应模块的热源，以及卤化氢源；
2.权利要求1所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述热化学反应模块中的反应器分别与电化学反应模块的阴极端、阳极端连接，用于将反应器中反应生成的氢气、卤素分别通入电化学反应模块的阳极端、阴极端；
3.权利要求1所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，二种分别发生构成同一个循环进程的二个反应I至II的反应器包括反应器A1和A2；
4.权利要求3所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述反应器A1和A2各自均具有-用于输入卤化氢的物料管路，和电化学反应模块的阴极端相连用于输送卤素的物料管路、和电化学反应模块的阳极端相连用于输送氢气的物料管路；
5.根据权利要求3或4任一所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，
6.根据权利要求3或4所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在
7.如权利要求1或2或3所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述电化学反应模块为氢卤燃料电池反应堆。
9.根据权利要求1或8所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述卤化氢源经卤化氢输送管路与电化学反应模块的阴极端相连，用于将电化学反应产生的卤化氢汇入卤化氢源或卤化氢输送管路。
10.根据权利要求1或2或3或4-所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述系统还包括用于检测进行反应I的反应器内或输送卤素的物料管路内卤素含量水平的检测部件；
11.一种热电化学耦合发电方法，其特征在于，所述方法在如权利要求1-10任一项所述的两段式反应热电化学耦合发电系统中进行，包括如下步骤：
12.根据权利要求11所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，所述金属卤化物和金属氢氧化物的金属选自：铁，钴，镍，铜，锌，锡中的任意一种或多种组合。
13.根据权利要求11-所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，
14.根据权利要求11或12或13所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，
15.根据权利要求11或12或13所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，
16.根据权利要求11或12或13-所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，
17.根据权利要求11或12或13所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，
18.根据权利要求11或12或13-所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，
19.根据权利要求11或12或13所述的热电化学耦合发电方法，当所述系统还包括水源时，所述控料步骤还包括：
20.根据权利要求14-所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，所述卤化氢为溴化氢，发生反应I的反应器温度为200-400℃，发生反应II的反应器温度为400-600℃。
21.如权利要求11或12或13所述的热电化学耦合发电方法，其特征在于，通过检测产生的氢或卤素的含量水平低于参考值作为一个反应循环单元结束的标志。
...【技术特征摘要】
1.一种两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述系统包括用于提供卤素和氢气的热化学反应模块、用于利用卤素和氢气发生电化学反应产生卤化氢的电化学反应模块、用于加热热化学反应模块的热源，以及卤化氢源；
2.权利要求1所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述热化学反应模块中的反应器分别与电化学反应模块的阴极端、阳极端连接，用于将反应器中反应生成的氢气、卤素分别通入电化学反应模块的阳极端、阴极端；
3.权利要求1所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，二种分别发生构成同一个循环进程的二个反应i至ii的反应器包括反应器a1和a2；
4.权利要求3所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述反应器a1和a2各自均具有-用于输入卤化氢的物料管路，和电化学反应模块的阴极端相连用于输送卤素的物料管路、和电化学反应模块的阳极端相连用于输送氢气的物料管路；
5.根据权利要求3或4任一所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，
6.根据权利要求3或4所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，
7.如权利要求1或2或3所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述电化学反应模块为氢卤燃料电池反应堆。
9.根据权利要求1或8所述的两段式反应热电化学耦合发电系统，其特征在于，所述卤化氢源经卤化氢输送管路与电化学反应模块的阴极端相连，用于将电化学反应产生的卤化氢汇入卤化氢源或卤化氢输送管路。
10.根据权利要求1或2...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁成都，
申请(专利权)人：浙江圣钘科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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