一种燃料制备装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料制备装置及其应用，所述燃料制备装置包括反应器，所述反应器包括电化学氧泵和多孔载体，所述多孔载体与外设燃料原料流连通，所述燃料原料流中的原料在多孔载体中反应生成氧气和燃料，所述电化学氧泵用于将所述氧气抽离所述多孔载体。本发明专利技术通过电化学氧泵快速电离热化学还原阶段产生的氧气，同时可以通过调节输入电化学氧泵的功率，实现高效并节能地除氧。本发明专利技术的热源可以是电能，核能/工业余热，或者是新能源，具有很大的应用空间。空间。空间。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料制备装置及其应用


[0001]本专利技术涉及热化学燃料
，尤其是涉及一种燃料制备装置及其应用。

技术介绍

[0002]为减少二氧化碳的排放，基于热化学还原H2O/CO2制备H2/CO燃料的技术逐渐受到社会的关注。热化学还原H2O/CO2制备H2/CO燃料的技术的过程中，除氧技术尤为重要。传统的热化学反应装置一般为吹扫气体方法除氧或采用真空泵的方法除氧，但是，吹扫气体会导致高温的热化学反应装置产生大量的热损失(一般为5
‑
30％)，而真空泵在高真空度(绝对压强10
‑
0.01Pa)的情况下，电效率过低(一般为5
‑
40％)，因此，传统热化学反应装置的能量转化率过低。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种燃料制备装置，具有能量转化率高的特点。
[0004]本专利技术还提供了上述燃料制备装置的应用。
[0005]本专利技术还提供了一种通过上述燃料制备装置制备燃料的方法。
[0006]本专利技术的第一方面，提出了一种燃料制备装置，包括反应器，所述反应器包括电化学氧泵和多孔载体，所述多孔载体与外设燃料原料流连通，所述燃料原料流中的原料在多孔载体中反应生成氧气和燃料，所述电化学氧泵用于将所述氧气抽离所述多孔载体。
[0007]根据本专利技术实施例的一种燃料制备装置，至少具有以下有益效果：
[0008]本专利技术的工作过程主要包括：反应器的氧化物在高温下(300℃
‑
3000℃)，发生还原反应释放氧气，变成还原态，用于还原H2O/CO2，生成H2/CO燃料。通过电化学氧泵，电离反应器中氧化物产生的氧气，加快氧化物向还原态转化的程度与速率，具体为：在电能驱动下，电化学氧泵的阴极电离氧气产生氧离子，氧离子被输运到阳极，失去电子得到氧气。
[0009]通过电化学氧泵快速电离热化学还原阶段产生的氧气，同时可以根据氧化物产生氧气的速率，实时调节电化学氧泵的功率，即可以通过调节输入电化学氧泵的功率，实现高效并节能地除氧，能量转化率高、系统效率高。此外，本专利技术电化学氧泵的输入功率和泵氧量可保持一致，电效率较高。电化学氧泵动态响应快，电化学氧泵的控制变量是电压，还原反应过程中通过调控电流大小即可实现对氧分压的实时调控：在其他条件不变的情况下，电流会随电压瞬间响应，而电流变化体现为阴极上氧气分子的还原速率，所以改变电压能迅速改变阴极氧气的还原速率，从而达到多孔载体内氧气浓度的迅速调控，即可以实时的调整工况，根据需要调控多孔载体内的氧分压。
[0010]本专利技术中用于高温还原过程的热源可以是电能，核能/工业余热，或者是新能源，电化学氧泵的电能可以由电网、发电装置(光伏发电装置或温差发电片)提供，具有更大的应用空间和市场前景。
[0011]同时，现今机械真空泵除氧技术中：真空泵要求整个反应器在还原过程中处于低
压状态，因此要整体具有良好的气密性，加工工艺要求高。相较于机械真空泵除氧技术，本专利技术只需反应器内具有良好的气密性即可，即多孔载体与电化学氧泵之间具有良好的气密性，降低了加工难度。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述电化学氧泵包括单电池或者电堆中的至少一种。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述电化学氧泵包括氧泵阴极、电解质层、氧泵阳极，所述电解质层位于所述氧泵阴极与所述氧泵阳极之间，所述多孔载体与所述氧泵阴极相邻。
[0014]所述多孔载体与所述氧泵阴极相邻是指多孔载体与氧泵阴极可相贴合或者多孔载体与氧泵阴极之间具有间隙。
[0015]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧泵阴极背离所述电解质层的一侧设置有第一集流体。
[0016]根据上述实施方式，第一集流体用于汇集电流，有利于多孔载体与氧泵阴极之间的电子流动。通常，第一集流体上设有孔，作为氧气的传递通道。
[0017]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧泵阳极背离所述电解质层的一侧设置有第二集流体。
[0018]根据上述实施方式，第二集流体用于汇集电流，有利于氧泵阳极上的电子流动，从而有利于O2析出。通常，第二集流体上设有孔，作为氧气的传递通道。
[0019]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述第一集流体和所述第二集流体的材质为金属。
[0020]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述第一集流体和所述第二集流体的材质为银或金中的至少一种。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，所述多孔载体为多孔介质氧化物。
[0022]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述电化学氧泵与多孔介质氧化物的间距为0
‑
2cm。
[0023]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述多孔介质氧化物为金属氧化物或卤化物中的至少一种。
[0024]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述金属氧化物包括二氧化铈或氧化锌中的至少一种。
[0025]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述金属氧化物包括掺杂型二氧化铈。
[0026]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述多孔介质氧化物的孔隙率为0.3
‑
0.99。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，所述反应器包括腔体式反应器、管式反应器或柱状反应器。
[0028]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述腔体式反应器的形状为圆柱形、圆锥形或方形中的至少一种。
[0029]腔体式反应器的形状为方形，指腔体式反应器的形状为长方体或正方体。
[0030]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述管式反应器的形状为圆柱形管、圆锥形管或方形管中的至少一种。
[0031]方形管是指管式反应器的形状为长方体或正方体，内部中空与外界连通。
[0032]在本专利技术的一些实施方式中，所述反应器包括直接式反应器或间接式反应器。
[0033]通过上述实施方式，根据加热多孔载体(如多孔介质氧化物)的形式将反应器分为直接式反应器或间接式反应器；其中，直接式反应器主要采用的热源为太阳能和激光等光线性热源，光线可以照射至多孔载体(如多孔介质氧化物)上，加热多孔载体(如多孔介质氧化物)；间接式反应器则是指热源先加热反应器的换热部(如传热层)，热量经换热部再传递至多孔载体(如多孔介质氧化物)。
[0034]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述直接式反应器包括依次设置的所述电化学氧泵、多孔载体、空腔和透光板，所述多孔载体位于所述电化学氧泵与所述空腔之间，所述透光板位于所述空腔背离所述多孔载体的一侧。
[0035]通过上述实施方式，直接式反应器主要采用的热源为太阳能和激光等光线性热源，光线可以穿过透光板(如玻璃板)照射至多孔载体(多孔介质氧化物)上，加热多孔载体(多孔介质氧化物)。
[0036]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述直接式反应器呈腔体型，所述电化学氧泵和所述透光板构成所述直接式反应器的外层，所述多孔载体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料制备装置，其特征在于，包括反应器，所述反应器包括电化学氧泵和多孔载体，所述多孔载体与外设燃料原料流连通，所述燃料原料流中的原料在多孔载体中反应生成氧气和燃料，所述电化学氧泵用于将所述氧气抽离所述多孔载体。2.根据权利要求1所述的一种燃料制备装置，其特征在于：所述电化学氧泵包括氧泵阴极、电解质层、氧泵阳极，所述电解质层位于所述氧泵阴极与所述氧泵阳极之间，所述多孔载体与所述氧泵阴极相邻。3.根据权利要求1所述的一种燃料制备装置，其特征在于：所述反应器包括腔体式反应器、管式反应器或柱状反应器；优选地，所述腔体式反应器的形状为圆柱形、圆锥形或方形中的至少一种；优选地，所述管式反应器的形状为圆柱形管、圆锥形管或方形管中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种燃料制备装置，其特征在于：所述反应器包括直接式反应器或间接式反应器；优选地，所述直接式反应器包括依次设置的所述电化学氧泵、多孔载体、空腔和透光板，所述多孔载体位于所述电化学氧泵与所述空腔之间，所述透光板位于所述空腔背离所述多孔载体的一侧；优选地，所述直接式反应器呈腔体型，所述电化学氧泵和所述透光板构成所述直接式反应器的外层，所述多孔载体与所述透光板之间形成所述空腔；或者所述直接式反应器呈腔体层型，所述电化学氧泵的两侧设置保温层，所述保温层分别与所述多孔载体的两端、所述透光板的两端相邻，所述多孔载体、所述透光板与所述保温层之间形成所述空腔；或者所述直接式反应器呈管状，所述直接式反应器内部中空且与外界连通形成空气通道，所述直接式反应器由内而外依次包括空气通道、电化学氧泵、多孔载体、空腔和透光板；优选地，所述透光板为玻璃板。5.根据权利要求4所述的一种燃料制备装置，其特征在于：所述间接式反应器包括依次设置的所述电化学氧泵、多孔载体和换热部，所述多孔载体位于所述电化学氧泵和所述换热部之间；优选地，所述换热...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩东，杨嵩，林蒙，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：