核能制氢的效率探究

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1、核能制氢的效率探究摘要：随着社会经济及能源消耗的增加，化W燃料为基础的能源体系而临着不可再生问题与环境问题。氢能作为一种洁净高效能源，是未來支撑能源体系的重耍基础。然而受当前技术与经济性等方面的限制，氢的制备效率偏低，难以满足人规模制备。以核能作一次能源，应用高温电解与碘硫循环工艺进行制氢作业，并对其制氢效率进行研究。关键字：核能制S效率高温电解碘硫循环一、核能制氢系统氢是一种洁净与高效能源，不会向G然界排放二氧化碳及其他宥害物质，是未來支撑能源体系的重要希領。然而受技术及经济因素等条件限制，无法实现人规模制氢作业。当前

2、，多是通过水电解、生物质转化、石汕氣化、气化及甲烷重整等方式进行氢制备。然而其制备方式难以满足氢经济性要求，且无法实现大规模制备。随着核能技术的发展与极用，以核能作为能源进行氢气制备条件越发成熟。当前，核裂变能与制氢系统耦合的反应堆较多，如熔盐堆、钠冷快堆、高温气冷堆等。无论采取哪一种方式，温度因素直接影响着制氢效率。为切实提高制氢效率，应选择冷却剂出口温度较高的反应堆，如高温气冷堆与超高温气冷堆。其中高温气冷堆采取耐高温陶瓷型燃料元件，冷却剂以氦气为主，以石墨材料作慢化剂，其冷却剂出U温度最高可达95CTC,具备较高的

3、发电效率，依据核能系统，构建核氢系统，如下图所示：图1:核鼓系统小*意图二、核能制氢工艺选择及其效率分析（一）甲烷蒸汽重整技术当前，叩烷蒸汽重整技术较为成熟，以核反应堆为热源可以冇效降低重整环节所消耗的天然气量，可以在一定程度上实现其经济性，但因采取甲烷蒸汽重整技术，其仍需要以甲烷作为主要原料，在制氢过程中仍不能消除二氧化碳排放。两方国家将核反应堆与重整系统进行耦合作业，发现其在标准状态下，制氢系统运行保持为110m3/h产氢能力，其制氢效率与经济性优于常规甲烷蒸汽重整制氢。（二）高温电解工艺水电解制氢作业需要以电能消耗

4、为基础，然而在水电解制氢作业中，其活化过电位会随着温度升高呈现出降低趋势，进行高温电解，则可以奋效降低电能资源消耗。进行电解温度提高，则会在一定程度上增加热能消耗，高温电解对电能与热能需求随着温度因素出现规律性变化。美W模拟第四代反应堆，进行高温电解制氢仿真试验，发现其制氢效率在45-52%范围内，制备效率较好。（三）热化学循环工艺直接进行水热分解制氢是最为理想的制备方法，但其实现则需要超高温度，当前工艺与材料无法实现。为此，采取循环方式在较低温度下实现水分解成为了代替方案，即热化学循环工艺，采取若干热驱动化学反应组构成

5、一个完整性循环,在循环过程中将水分解为氢气与氧气。随着热循环工艺的发展，碘硫循环即IS循环与UT3循环应用前景较好。其屮1S循环屈于当前研究屮制氢效率最高的一种热化学工艺，其循环通过以卜*化学反应来实现：Bunsen反应：S02+I2+2H20->H2S0,+2HI硫酸分解反应：H2SO,->SO2+1/2O2氢碘酸分解反应：2Hi->H2+I2Bunsen反应属于放热反应，其形成酸性液相，第二步骤属可逆反应，为确保反应效率需要不断进行H2+I2分解，第三步骤为强吸热反应，将S02、202进行分离。在其反应过程屮需加强过

6、程控制，确保流量、温度计流体变化状况下的循环稳定性。（四）核能制氢效率分析综合鬧内外实践及其研究发现，核能制氢效率整体上高丁电解水制氢效率，II进-步提高核反应堆出口温度可实现更高制氢效率；高温电解制氢工艺其理论效率在50%以上，随着温度升高其效率会进-步提高，侃高温材料与密封材料等限制，对其工艺制氢效率实现造成了闲难；碘硫循环工艺在操作过程中需要以大ftHi分解为基础，其预期制氢效率不低于50%,为提高核能制氢环节的效率，需耍在碘硫循环作业中引入新技术，如电渗析浓缩111酸技术，以提高转化率，实现制氢效率的幣体提高。三

7、、结语随着不町再生能源需求及供应矛盾门益激化，如何开发新型清洁能源支撑社会经济发展成为Y国家与社会所面临的重要问题。氢能属于一种高效洁净能源，其不存在任何污染，且能源利用效率高。以核能作为一次能源，进行核能制氢作业，可以实现制氢效率的大幅提高，且其技术可行性与经济效益较好。在分析核能制氢系统的基础上，重点对核能制氢工艺及其效率进行综合分析，依托先进技术与工艺，实现制氢效率突破，为工业化人规模制氢提供支撑，并为打造新型能源体系奠定基础，切实实现其社会经济效益与环境效益。参考文献:[1]张平，于波，徐景明等.核能制氢技术的发

8、展[J].核化学与放射化学，2011,33(4):193-203.[1]裴一，倪红军，吕帅帅等.制氢技术的研究现状及发展前景[J].现代化工,2013,33(5):31-35.[2]常乐.非化也能源制氢技术综述[J].能源研究与信息，2011,27(3):130-137.[3]周菁.高温气冷堆耦合蒸汽重整制氢过程数值