【技術實現步驟摘要】
本申請涉及水制氫，具體涉及一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器。
技術介紹
1、氫是一種清潔高效的能量載體，具有熱值高、無毒、可再生、來源多樣的特點，被譽為“21世紀的能源”，對緩解世界能源危機和環境污染具有積極作用。目前制氫方法有很多種，主要分為化石燃料制氫、生物質制氫和水制氫三大類。其中化石能源制氫需要依賴化石燃料且制氫時會產生大氣污染和溫室效應，這種方法將會被逐漸取代。生物質制氫技術起步較晚，技術尚未發展成熟。而地球中水資源儲量豐富，水制氫在未來將是推動氫能發展的主力軍。
2、水制氫有多種方案，其中直接高溫熱解水制氫耗能較高；電解水制氫成本較高；光解水制氫能量利用效率低，易受外部條件影響，應用受限。相比之下，熱化學碘硫循環水分解制氫由于其熱效率較高、過程無污染，可匹配核能和太陽能、成本低、易于實現大規模工業化等優點，被認為極具發展前景，受到了國內外學者的廣泛關注。
3、熱化學碘硫循環制氫系統以水為原料，產物是氫氣和氧氣，其余中間產物循環回收，整個過程通過吸收外部提供的高溫熱量以維持連續的系統反應。該系統包含三大化學反應：本生(bunsen)反應、hi分解反應、h2so4分解反應。其反應原理如下：
4、
5、
6、其中硫酸分解反應(3)又分成了以下兩步：
7、
8、
9、上述反應之中，硫酸初步分解反應(4)所需溫度相對較低，無需催化劑并且反應迅速，容易實現100％分解。而so3分解反應(5)則必須使用催化劑，并且反應所需溫度
10、為實現較大的單元制氫量，目前的硫酸分解器通常廣泛采用圓柱形反應器和電加熱。由于反應器的直徑較大，導致反應器徑向傳熱困難。因此，此類設備存在傳熱效果差、難以耦合實際熱源、耐腐蝕性能較差、催化劑成本較高或易失活、硫酸分解量小等缺陷。
11、因此，設計一種安全耐腐蝕、高效持久、傳熱性能優良并且適合工業化應用的硫酸分解器迫在眉睫。
技術實現思路
1、本申請的目的在于提供一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其導熱效率高，升溫速度快，能夠充分滿足反應生產需求，其結構完整性高，安全穩定，簡便易用。
2、本申請的技術方案如下：
3、本申請實施例提供了一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其包括相互連接的預熱分解反應器和催化分解反應器；
4、上述預熱分解反應器包括加熱套管、預熱分解管、內加熱器和第一外加熱器，上述內加熱器穿設于上述加熱套管內，上述預熱分解管套設于上述加熱套管外且與上述加熱套管之間存在間隔并限定形成反應腔室，上述反應腔室內設置有導熱填充層，上述催化分解反應器與上述反應腔室連通，上述第一外加熱器套設于上述預熱分解管外；
5、上述預熱分解管設置有與上述反應腔室連通的硫酸進料管，上述催化分解反應器設置有排料管。
6、相對于現有技術，本申請的實施例至少具有如下優點或有益效果：
7、針對上述方面，本申請實施例提供了一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其包括預熱分解反應器和催化分解反應器，其中，預熱分解反應器又包括加熱套管、預熱分解管、內加熱器和第一外加熱器。在實際使用時，加熱套管和預熱分解管形成雙層套管結構，其內部限定形成反應腔室，硫酸物料在反應腔室內流動，與傳統的直徑較大的圓柱形反應器相比能夠有效減小徑向傳熱間距，從而加快流體中心處的升溫速率。同時通過加熱套管內部的內加熱器提供熱源進行加熱，從而進一步提高加熱效率，提升傳熱效果，進而能夠減小為了充分預熱所需的設備長度尺寸。另外，通過在反應腔室內設置導熱填充層，既增大了壁面向流體域內部的傳熱速率，又使硫酸溶液或混合氣體在流動過程中能夠形成渦流并相互擾動，增強了流體相互之間的傳熱效果；在兩種增強效果下可以極大提高硫酸的升溫速率，并使硫酸溫度分布更加均勻。同時，將預熱分解反應器和催化分解反應器獨立設置并使二者相互連接，在實際使用的過程中，能夠根據現場實際情況靈活布置設備的安裝位置，因此在現場空間條件不佳的應用場景下也能夠滿足安裝要求，且后期維護起來更為方便，便于推廣使用。
8、進一步的，在本申請的一些實施例中，上述內加熱器和第一外加熱器可采用電熱加熱器，其中第一外加熱器還可以采用熱油等換熱介質，在提供加溫的同時可以起到保溫作用。
9、進一步的，在本申請的一些實施例中，上述催化分解反應器包括催化分解管和第二外加熱器，上述催化分解管內部與上述反應腔室連通，上述排料管設置于上述催化分解管，上述第二外加熱器套設于上述催化分解管外；上述催化分解管內設置有催化填充層。
10、在上述實施例中，通過在催化分解管外側設置第二外加熱器，能夠起到輔助升溫的作用，有助于進一步提高其加熱傳熱效率，以滿足催化分解的反應溫度需求。其中，第二外加熱器可采用電加熱器，也可采用熱油等換熱介質。
11、進一步的，在本申請的一些實施例中，上述導熱填充層內填充有sic顆粒，上述催化填充層內填充有催化劑。
12、在上述實施例中，sic顆粒具有較大的導熱系數，有助于進一步提升導熱效果，同時還能夠使硫酸物料在填充有sic顆粒的導熱填充層中流動時能夠形成渦流并相互擾動，從而進一步增強傳熱效果，使其溫度分布更加均勻。具體的，sic顆粒的粒徑為2～5mm，孔隙率約為0.5。上述催化填充層內填充的催化劑可選用催化活性較高、成本低廉且穩定性較高的fe2o3、ceo2等金屬氧化物，或者是cufe2o4等復合金屬氧化物中的任意一種。
13、進一步的，在本申請的一些實施例中，上述催化分解管的上下兩端開口且兩端均設置有法蘭，其下端通過法蘭盲板封閉。
14、在上述實施例中，在催化分解管的上下兩端開口并設置法蘭，對其底端進行封閉，以便于實際裝配使用，能夠更好的適用于各種不同的生產環境，也有利于設備后續維護。
15、進一步的，在本申請的一些實施例中，上述催化分解管內設置有熱電偶套管，上述熱電偶套管穿設于上述催化分解管上端的法蘭內并延伸至上述催化填充層內，上述熱電偶套管內設置有活動式熱電偶。
16、在上述實施例中，通過設置熱電偶套管并在熱電偶套管內設置活動式熱電偶，能夠實時監測催化分解管內部的溫度，以便于及時對溫度進行調控。具體的，上述活動式熱電偶為k型熱電偶。
17、進一步的，在本申請的一些實施例中，還包括連接管，上述連接管的一端與上述預熱分解管連接且與上述反應腔室連通，另一端與上述催化分解管連接且內部連通。
18、進一步的，在本申請的一些實施例中，上述連接管外壁包覆有保溫層；上述連接管設置有壓力計。
19、在上述實施例中，在連接管外壁包覆保溫層有助于減緩熱量本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，其包括相互連接的預熱分解反應器和催化分解反應器；
2.根據權利要求1所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述催化分解反應器包括催化分解管和第二外加熱器，所述催化分解管內部與所述反應腔室連通，所述排料管設置于所述催化分解管，所述第二外加熱器套設于所述催化分解管外；所述催化分解管內設置有催化填充層。
3.根據權利要求2所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述導熱填充層內填充有SiC顆粒，所述催化填充層內填充有催化劑。
4.根據權利要求2所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述催化分解管的上下兩端開口且兩端均設置有法蘭，其下端通過法蘭盲板封閉。
5.根據權利要求4所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述催化分解管內設置有熱電偶套管，所述熱電偶套管穿設于所述催化分解管上端的法蘭內并延伸至所述催化填充層內，所述熱電偶套管內設置有活動式熱電偶。
6.根據權利要求2所述的一
7.根據權利要求6所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述連接管外壁包覆有保溫層；所述連接管設置有壓力計。
8.根據權利要求1所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述反應腔室內設置有多個橫向和斜向的導流板。
9.根據權利要求1所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述預熱分解管內設置有熱電偶，所述熱電偶位于所述導熱填充層內。
10.根據權利要求1所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述加熱套管、所述預熱分解管與所述內加熱器為豎向同軸設置。
...【技術特征摘要】
1.一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，其包括相互連接的預熱分解反應器和催化分解反應器；
2.根據權利要求1所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述催化分解反應器包括催化分解管和第二外加熱器，所述催化分解管內部與所述反應腔室連通，所述排料管設置于所述催化分解管，所述第二外加熱器套設于所述催化分解管外；所述催化分解管內設置有催化填充層。
3.根據權利要求2所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述導熱填充層內填充有sic顆粒，所述催化填充層內填充有催化劑。
4.根據權利要求2所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述催化分解管的上下兩端開口且兩端均設置有法蘭，其下端通過法蘭盲板封閉。
5.根據權利要求4所述的一種用于熱化學碘硫循環制氫系統的硫酸分解器，其特征在于，所述催化分解管內設置有熱電偶套管，所述熱電偶套管穿設于所述催化分...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李明陽，王曉丁，王智化，別亦然，何勇，古莉，代文花，翁武斌，朱燕群，王博，
申請(專利權)人：東方電氣股份有限公司，
類型：新型
國別省市：
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