太阳能热化学循环及反应器设计研究

发布时间：2021-11-09 05:57

　　将太阳能转化为燃料的化学能有利于解决太阳能本身的稀疏和间歇性的问题,在满足世界范围能源需求的同时极大降低了人类对化石燃料的依赖。太阳能热化学循环通过驱动吸热反应来合理利用太阳能的化学储能方式引起人们越来越大的关注。二氧化铈及其衍生物催化的两步热化学循环可以将H2O（或CO2）有效地分解为H2或CO,而两者均是生产氨气、甲醇和液态碳氢燃料的重要原料。以氧化铈为氧载体的H2O和CO2分解过程如下:首先,利用太阳能在高温TRe条件下将金属氧化物的化合价降低,释放出氧原子;接着水或者CO2在低温Tox下被降价的金属或者金属氧化物还原,生成H2和CO。尽管理论上太阳能驱动热化学循环可以有很高的能量转化效率,但是目前文献中获得的效率普遍较低。本学位论文依托于国家自然科学基金,国家重点研发计划等科研课题,围绕如何提高太阳能热化学循环分解水或者二氧化碳制备燃料效率的问题展开研究,进行了一系列的理论计算、实验研究与数值模拟。本文的主要内容及结论如下:（一）进行了高温太阳能热化学循环系统的机理性研究,建立了热化学热机模型,从热力学第一定律效率和热力学第二定律效率角度对太阳能等温热化学循环和双温热化学循环制... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２太阳能反应器概念图（Ｃｌｉｕｅｈｅｔａｌ．，２０１０ａ）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｏｌａｒ?ｒｅａｃｔｏｒ?ＣＣｈｕｅｈ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１０ａ）??

Ｔｉｍｅ?（ｍｉｎ）?Ｔｉｍｅ?（ｍｉｎ）??图１．３利用太阳能热化学反应器以Ｃ０２和Ｈ２〇为反应物的铈基热化学循环（Ｃｈｕｅｈｅｔａｌ．，??２０１０ａ）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｈｅ?ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ?ｃｙｃｌｅ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｃｅｒｉａ?ｆｏｒ?ＣＯ２?ａｎｄ?Ｈ２Ｏ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?ｕｓｉｎｇ?ａ??ｓｏｌａｒ?ｒｅａｃｔｏｒ?（Ｃｈｕｅｈｅｔａｌ．，２０１０ａ）??反应器的入射光功率为１．９ｋＷ，氧化铈管可获得的温度在１４２０?°Ｃ和１６４０?°Ｃ??之间，氧气释放过程出口温度约为９００?°Ｃ，通过测试可得到氧气产率及ＣＯ和??Ｈ２的产率随时间的变化曲线，如图１．３。每一次循环的高温曲线峰值变得平缓，??主要由于高温下太阳能热化学循环反应器的二次辐射损失变大。氧化反应中ＣＯ??和Ｈ２的气体释放速率比较快，影响热化学循环速率的主要原因是还原反应中氧??气释放速率相对较低。??Ａ?〇２?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?Ｂ?Ｈ２?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?Ｃ?ＣＯ?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ??１２－｜￣￣，￣￣，￣￣，￣￣，￣￣，￣￣?０．１５?１２－，?．?

反应器的入射光功率为１．９ｋＷ，氧化铈管可获得的温度在１４２０?°Ｃ和１６４０?°Ｃ??之间，氧气释放过程出口温度约为９００?°Ｃ，通过测试可得到氧气产率及ＣＯ和??Ｈ２的产率随时间的变化曲线，如图１．３。每一次循环的高温曲线峰值变得平缓，??主要由于高温下太阳能热化学循环反应器的二次辐射损失变大。氧化反应中ＣＯ??和Ｈ２的气体释放速率比较快，影响热化学循环速率的主要原因是还原反应中氧??气释放速率相对较低。??Ａ?〇２?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?Ｂ?Ｈ２?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?Ｃ?ＣＯ?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ??１２－｜￣￣，￣￣，￣￣，￣￣，￣￣，￣￣?０．１５?１２－，?．?，?，??１２－，???，?

【参考文献】：
期刊论文
[1]煤、气、油联合生产甲醇实现资源互补和节能减排[J]. 刘丽娜,李辉,王鼎.  化工生产与技术. 2012(04)
[2]金属氧化物两步热化学循环分解水制氢[J]. 祝星,王华,魏永刚,李孔斋,晏冬霞.  化学进展. 2010(05)
[3]热化学循环分解水制氢研究进展[J]. 张平,于波,陈靖,徐景明.  化学进展. 2005(04)



本文编号：3484761