一種利用HBr的合成與分解循環發電的系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種利用HBr的合成與分解循環發電的系統及方法，系統包括質子交換膜燃料電池電堆、氣液分離器、分解反應器、連接管路、溴儲罐、氫儲罐；所述氣液分離器連接于質子交換膜燃料電池電堆陰極出口上，所述連接管路包括氣液分離器出口處并聯的第一溴管道、溴化氫管道，所述溴化氫管道上設有分解反應器并在分解反應器出口處分成并聯的第二溴管道、第一氫管道；所述第一溴管道與第二溴管道合并后經溴儲罐通向質子交換膜燃料電池電堆陰極進口，所述第一氫管道經氫儲罐通向質子交換膜燃料電池電堆陽極進口。本發明專利技術可形成封閉的發電系統，高效發電的同時溴和溴化氫封閉的體系中循環，避免了有毒物質的釋放。避免了有毒物質的釋放。避免了有毒物質的釋放。

【技術實現步驟摘要】
一種利用HBr的合成與分解循環發電的系統及方法


[0001]本專利技術涉及電力生產，具體地指一種利用HBr的合成與分解循環發電的系統及方法。

技術介紹

[0002]電是現代文明社會的標志之一，人類生產生活已經離不開電。傳統上，發電主要有以下幾種方式：
[0003]1、火力發電：燃燒煤、天然氣、石油或其分餾物等化石燃料，把熱能轉換成機械能，再把機械能轉換成電能。這是一種應用最廣的發電方式，但存在以下幾個缺點：一、由于受熱機卡若循環的限制，可行的熱機發電效率通常不超過40％，大量的能量被浪費；二、化石燃料燃燒產生大量的溫室氣體和有毒廢氣，導致環境污染和全球氣候變暖，引發生態災難；三、按現在的速度，化石燃料在不久的將來就有消耗殆盡的一天，如果沒有新的發電方式，人類將無電可用。
[0004]2、太陽能發電：太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，但太陽能本身能量密度很低，而且受天氣影響很大，加之現有的太陽能發電裝置轉換效率一般不超過20％，太陽能發電還需要復雜的儲能和轉換系統，因此太陽能電力比較昂貴。而且，太陽能發電裝置在生產過程中要消耗大量的電能并產生大量的污染。因此太陽能發電只能作為特殊環境下的一種輔助發電手段，總體上難以替代火力發電。
[0005]3、燃料電池發電：現有的燃料電池發電系統都以氫為燃料，它在發電過程中不產生環境污染。燃料電池被認為是一種清潔高效的發電方式，因為它不受熱機卡若循環的限制，可以有更高的發電效率。但實際上，氫氧燃料電池的發電效率雖然不受卡若循環的限制，但也要受到熱力學第二、第三定律和電化學反應動力學的限制，它實際的發電效率與熱機相比優勢并不明顯，所以大多數學者都強調燃料電池的綜合效率，殊不知就余熱利用的效率而言，燃料電池遠不如熱機。以氫為燃料的燃料電池經過多年的發展，在材料、成本、壽命、可靠性等方面仍然存在種種問題；而且這種類型的燃料電池所需要的氫氣盡管來源豐富，但它的生產、加工和儲運要消耗更多的能源并產生污染，因此氫氧燃料電池難以大規模應用。
[0006]還有其它一些發電方式，如核電、水電、風電等，它們都比較清潔，但也有種種缺點。如核電，盡管設計時十分小心謹慎，但人類智力終究不能窮究所有的可能后果和極端情況，從大的時間跨度而言，意外不可避免，日本福島電站就是一例。水電也會破壞生態環境，而且也存在不可預料的后果。風電則受制于天，難以和生產生活的需要協調，因此只能作為必要的補充。
[0007]提到燃料電池，人們習慣上就認為是氫氧燃料電池，但這種燃料電池產生的H2O不能以經濟的方式還原為H2和O2，所以不能實現閉環發電。如果氧化劑不用空氣或O2，而是使用鹵素，情況就會有很大的不同。由于產物是強酸性腐蝕性氣體，且會污染環境，所以不受重視。
[0008]氫溴燃料電池已有研究，其放電反應為：Br2+H2→
2HBr，充電反應為2HBr
→
Br2+H2，由于原料和產物都不便另行制取，所以傳統的氫溴燃料電池一般按可逆方式設計，即可以發生充電反應把HBr還原為Br2和H2。但這種方法只能實現電能儲存，不能產生電力。如果溴化氫的分解不是用電化學方法，而是用光熱分解，系統便能輸出電能。溴化氫的光熱分解是一個可逆反應，恒溫恒壓下該反應的平衡常數Kp＝p
Br2
×
p
H2
/p
HBr2
，常溫常壓下Kp＝3.75
×
10-10
，反應逆向進行，分解幾乎不可能發生；一般的光照和催化劑活性炭只能加快反應的速度，并不能改變反應的方向，無法順利將其還原，因此需要不斷的輸入Br2、H2進行發電，成本高且產生的毒性HBr難以處理。
[0009]由于在實驗室或工業上都不需要從HBr制取Br2，事實上獲得Br2也比較困難，因此迄今為止還沒有見到有關HBr的分解裝置的報道。因此現有的氫溴燃料電池均只有發生放電反應的電堆，并無將其HBr光熱分解方法還原成Br2和H2的方法及裝置，無法完成利用HBr的合成與分解實現閉環發電，因此，需要找到一個發電效率高、無毒性物質排放、能為電池不斷提供原料的利用HBr的合成與分解循環發電的系統及方法。

技術實現思路

[0010]本專利技術的目的就是要解決上述
技術介紹
的不足，提供一種發電效率高、無毒性物質排放、能為電池不斷提供原料的利用HBr的合成與分解循環發電的系統及方法。
[0011]本專利技術的技術方案為：一種利用HBr的合成與分解循環發電的系統，其特征在于，包括質子交換膜燃料電池電堆、氣液分離器、分解反應器、連接管路、溴儲罐、氫儲罐；
[0012]所述氣液分離器連接于質子交換膜燃料電池電堆陰極出口上，所述連接管路包括設置于氣液分離器出口處的第一溴管道、溴化氫管道，所述溴化氫管道上設有分解反應且分解反應器出口處設有第二溴管道、第一氫管道；
[0013]所述第一溴管道與第二溴管道合并后經溴儲罐通向質子交換膜燃料電池電堆陰極進口，所述第一氫管道經氫儲罐通向質子交換膜燃料電池電堆陽極進口。
[0014]優選的，所述分解反應器包括依次向后設置的反應器、一級分離器、二級分離器，所述反應器包括封閉的殼體以及殼體外部的紫外光照裝置、加熱裝置，所述殼體上間隔鑲嵌石英玻璃窗與紫外光照裝置對應，所述殼體內設有充滿熱油的盤式換熱管以及緊貼盤式換熱管設置的催化劑筐，所述盤式換熱管兩端穿過殼體與加熱裝置連接。
[0015]進一步的，所述一級分離器、二級分離器均為旋風分離器，所述第二溴管道設置于一級分離器底部出口處、第一氫管道設置于二級分離器頂部出口處，所述二級分離器底部出口設置循環管道通向溴化氫管道上反應器的入口處。
[0016]優選的，還包括溴化氫儲罐，所述溴化氫儲罐設置于溴化氫管道上分解反應器的前方。
[0017]優選的，所述連接管路還包括第一溴管道與第二溴管道合并后形成的第三溴管道，所述第三溴管道上依次設置溴儲罐、閥門、第一循環泵通向質子交換膜燃料電池電堆陰極進口。
[0018]優選的，所述第一氫管道上依次設置氫儲罐、第二循環泵通向質子交換膜燃料電池電堆陽極進口，所述連接管路還包括從質子交換膜燃料電池電堆陽極出口引出并在氫儲罐前方合并至第一氫管道上的第二氫管道。
[0019]上述循環發電系統中：
[0020]放電反應Br2+H2→
2HBr，單體電壓E＝1.07V，N個單體串聯時總電壓V＝N
×
1.07V，標準摩爾生成焓標準生成吉布斯自由能發電效率η＝146.8％，作為電池，其理論比能354.35Wh/kg。
[0021]從反應熱力學數據可以看出，理論上，除了原材料本身所蘊藏的化學能(即ΔH)外，它還能從環境吸熱轉換成電能(即ΔG)，表現在實際發電過程中電池和周圍環境的溫度降低，所以它的轉換效率η遠遠大于100％(η＝146.8％)(它們之間的關系式為：ΔG＝-nFE，ΔG＝ΔH-TΔS，η＝ΔG/ΔH＝1-TΔS/ΔH，所以電化學反應輸出的電能不僅與反應本身的焓變有關本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種利用HBr的合成與分解循環發電的系統，其特征在于，包括質子交換膜燃料電池電堆(1)、氣液分離器(2)、分解反應器(3)、連接管路(4)、溴儲罐(8)、氫儲罐(9)；所述氣液分離器(2)連接于質子交換膜燃料電池電堆(1)陰極出口上，所述連接管路(4)包括設置于氣液分離器(2)出口處的第一溴管道(41)、溴化氫管道(42)，所述溴化氫管道(42)上設有分解反應器(3)且分解反應器(3)出口處設有第二溴管道(43)、第一氫管道(44)；所述第一溴管道(41)與第二溴管道(43)合并后經溴儲罐(8)通向質子交換膜燃料電池電堆(1)陰極進口，所述第一氫管道(44)經氫儲罐(9)通向質子交換膜燃料電池電堆(1)陽極進口。2.如權利要求1所述的利用HBr的合成與分解循環發電的系統，其特征在于，所述分解反應器(3)包括依次向后設置的反應器(5)、一級分離器(6)、二級分離器(7)，所述反應器(5)包括封閉的殼體(51)以及殼體(51)外部的紫外光照裝置(52)、加熱裝置(53)，所述殼體(51)上間隔鑲嵌石英玻璃窗(54)與紫外光照裝置(52)對應，所述殼體(51)內設有充滿熱油的盤式換熱管(55)以及緊貼盤式換熱管(55)設置的催化劑筐(56)，所述盤式換熱管(55)兩端穿過殼體(51)與加熱裝置(53)連接。3.如權利要求2所述的利用HBr的合成與分解循環發電的系統，其特征在于，所述一級分離器(6)、二級分離器(7)均為旋風分離器，所述第二溴管道(43)設置于一級分離器(6)底部出口處、第一氫管道(44)設置于二級分離器(7)頂部出口處，所述二級分離器(7)底部出口設置循環管道(47)通向溴化氫管道(42)上反應器(5)的入口處。4.如權利要求1所述的利用HBr的合成與分解循環發電的系統，其特征在于，還包括溴化氫儲罐(10)，所述溴化氫儲罐(10)設置于溴化氫管道(42)上分解反應器(3)的前方。5.如權利要求1所述的利用HBr的合成與分解循環發電的系統，其特征在于，所述連接管路(4)還包括第一溴管道(41)與第二溴管道(43)合并后形成的第三溴管道(45)，所述第三溴管道(45)上依次設置溴儲罐(8)、閥門(11)、第一循環泵(12)通向質子交換膜燃料電池電堆...

【專利技術屬性】
技術研發人員：錢志剛，李國鋼，
申請(專利權)人：錢志剛，
類型：發明
國別省市：