一种提高太阳能热化学燃料制取速度和效率的系统及方法

摘要

本发明公开了一种提高太阳能热化学燃料制取速度和效率的系统及方法，该系统包括聚光装置(a)、接触换热装置(b)、反应器(c)、氧气收集装置(d)、换热器(e)和气体分离收集装置(f)。本发明提供的提高太阳能热化学循环制取燃料速度和效率的系统及方法，与太阳能热化学等温法相比，都是致力于消除加热催化剂的能量损耗，但等温法的温度不变，氧化反应温度比双温法高，使还原后的氧化铈与H₂O氧化反应时氧空位变化较小，不利于燃料产量。利用本发明，通水带来的催化剂主动降温，可以把反应器每个循环所需的时间大大缩短，同时与等温法相比每个循环产生更多的氢气，并且可以提高氧化步骤的反应速度，合理地利用了高温还原步热量，提高了太阳能燃料转换效率，避免了固‑固换热器的使用，提升了反应器的机械性能。

主权项

一种提高太阳能热化学燃料制取速度和效率的系统，其特征在于，该系统包括聚光装置(a)、接触换热装置(b)、反应器(c)、氧气收集装置(d)、换热器(e)和气体分离收集装置(f)，其中：聚光装置(a)，用于将太阳光会聚至反应器(c)，提供还原反应需要的热量；反应器(c)，用于吸收聚光装置(a)会聚的热量，使反应器(c)中的氧载体发生还原反应释放出氧气；在还原反应后隔绝聚光装置(a)会聚的热量，将CO₂/H₂O注入到还原反应后的被还原的氧载体中，利用还原反应后氧载体的高温热量将CO₂/H₂O进一步加热到T_L，使被还原的氧载体在温度T_L下与CO₂/H₂O发生氧化反应，产生CO/H₂并且释放出热量Q_L，产生的CO/H₂及未反应完全的CO₂/H₂O通过换热器(e)进入气体分离收集装置(f)，释放出的热量Q_L被产生的CO/H₂及未反应完全的CO₂/H₂O携带至换热器(e)；氧气收集装置(d)，用于收集还原反应释放出来的氧气；换热器(e)，用于将氧化反应产生的CO/H₂及未反应完全的CO₂/H₂O携带的热量与室温下的入口原料CO₂/H₂O进行热量交换，加热入口原料CO₂/H₂O至温度T₁，加热后的入口原料CO₂/H₂O被通入接触换热装置(b)；接触换热装置(b)，用于将加热后的入口原料CO₂/H₂O直接喷洒在氧载体(3)上，将氧载体(3)的温度降低到温度T_L，同时将入口原料CO₂/H₂O的温度提高到T_L；气体分离收集装置(f)，用于收集氧化反应产生的CO/H₂以及未反应完全的CO₂/H₂O，并进行气体分离，得到纯净的CO/H₂；在该系统中，还原反应和氧化反应交替在同一个反应器中进行，氧载体位置固定；还原反应采用太阳能照射，氧化反应隔绝太阳能照射，并在氧化反应时将反应器的照射窗口遮盖，降低二次辐射损失。