一種多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及300°C?500°C的中低溫太陽能熱化學(xué)利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]由于社會發(fā)展對于能源需求日益增加，加之化石能源對于環(huán)境污染問題的日益加劇，大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為我國當(dāng)前的迫切需求。
[0003]太陽能以其儲量的無限性、開發(fā)利用的清潔性成為解決開發(fā)利用化石能源帶來的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題的有效途徑之一。太陽能熱化學(xué)實現(xiàn)了太陽能的化學(xué)儲能，解決了太陽能間歇性、不連續(xù)性、能流密度低的固有缺陷。
[0004]太陽能熱化學(xué)主要是利用吸熱化學(xué)反應(yīng)過程，將聚集的太陽能轉(zhuǎn)化為碳?xì)淙剂系幕瘜W(xué)能。太陽能與化石燃料互補的熱化學(xué)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可以在太陽能資源豐富的地方進行并進行動力循環(huán)，也可以將太陽能轉(zhuǎn)化為二次燃料運輸?shù)狡渌胤?。目前關(guān)于太陽能熱化學(xué)主要集中在高溫度范圍內(nèi)，存在太陽能轉(zhuǎn)化效率低、投資成本高等科學(xué)技術(shù)難題。金紅光研宄團隊提出了中低溫太陽能燃料轉(zhuǎn)化方法并展開相關(guān)研宄。中低溫太陽能熱化學(xué)過程易于實現(xiàn)，利用拋物槽式太陽能集熱器，將太陽輻射聚焦成為300?500°C的熱源，通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化為燃料或者加熱蒸汽通過汽輪機發(fā)電進行利用。
[0005]目前，拋物槽式是最為成熟的一種中溫太陽能熱利用技術(shù)，已應(yīng)用于中低溫太陽能熱化學(xué)領(lǐng)域，其聚焦形式屬于線聚焦。該技術(shù)用于熱化學(xué)領(lǐng)域，多涉及醇類或烷類在催化劑床層上的重整與熱解反應(yīng)，制取合成氣，將太陽能轉(zhuǎn)化為化石燃料的化學(xué)能。但由于隨著化學(xué)反應(yīng)的進行，反應(yīng)物沿管程逐漸減少，分壓力降低，導(dǎo)致反應(yīng)趨緩問題；同時，化學(xué)反應(yīng)所需熱量減少，匯聚的太陽能大部分轉(zhuǎn)化為合成氣體的汽化潛熱使催化反應(yīng)床的溫度升高，催化劑在高溫下易產(chǎn)生燒結(jié)失效，進一步導(dǎo)致反應(yīng)效率降低。
[0006]鑒于此，本發(fā)明提出一種多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器，并推廣至中低溫太陽能熱化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器，以解決目前線聚焦太陽能熱化學(xué)裝置中反應(yīng)速率因反應(yīng)物分壓力降低而沿管程逐漸減小的問題。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器，用于中低溫太陽能熱化學(xué)，包括線聚焦反光鏡陣列、變徑吸收反應(yīng)管3和注入管道4，其中，變徑吸收反應(yīng)管3設(shè)置于線聚焦反光鏡陣列的多個反光鏡之中，部分反應(yīng)物通過吸收反應(yīng)管3的端部入口進入吸收反應(yīng)管3，其余反應(yīng)物通過注入管道4沿管程多級注入吸收反應(yīng)管3 ;反應(yīng)物進入吸收反應(yīng)管3后，被線聚焦反光鏡陣列聚焦的太陽能加熱，在催化劑條件下發(fā)生吸熱反應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為生成物的化學(xué)能，提升反應(yīng)物品位。
[0011]上述方案中，所述線聚焦反光鏡陣列由多個線性菲涅爾反光鏡I構(gòu)成，或者由多個拋物槽式反光鏡2構(gòu)成。所述變徑吸收反應(yīng)管3的軸線與線聚焦反光鏡陣列中各線性菲涅爾反光鏡I或拋物槽式反光鏡2的焦線重合。
[0012]上述方案中，所述變徑吸收反應(yīng)管3的管徑沿管程逐漸增大，以保證反應(yīng)物不因多級注入導(dǎo)致沿管程氣體流速逐漸增加，阻力隨之增大，反應(yīng)時間隨之減小。
[0013]上述方案中，所述部分反應(yīng)物通過吸收反應(yīng)管3的端部入口進入吸收反應(yīng)管3，其余反應(yīng)物通過注入管道4沿管程多級注入吸收反應(yīng)管3，用以保證反應(yīng)物不因相對分壓力沿管程降低導(dǎo)致反應(yīng)速率隨之減小。
[0014](三)有益效果
[0015]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]1、本發(fā)明提供的多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器，反應(yīng)物分級注入吸收反應(yīng)管內(nèi)，保持反應(yīng)物沿程相對分壓力不顯著降低，進而反應(yīng)速率不顯著降低，實現(xiàn)吸收反應(yīng)管流程與反應(yīng)動力學(xué)特點相匹配，可提高整體反應(yīng)效率。
[0017]2、本發(fā)明提供的多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器，吸收反應(yīng)管管徑沿管程增大，保持氣體流速沿管程不顯著升高，進而反應(yīng)時間不顯著減少，實現(xiàn)吸收反應(yīng)管結(jié)構(gòu)與工質(zhì)流體力學(xué)特點相匹配，可降低能量消耗。
[0018]3、本發(fā)明提供的多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器，通過協(xié)同調(diào)節(jié)反應(yīng)物多級注入量，可控制沿管程反應(yīng)平衡正向進行程度，從而控制局部反應(yīng)熱(由聚焦太陽能提供)，進而控制沿管程反應(yīng)溫度，避免反應(yīng)溫度過高時催化劑失效及吸收反應(yīng)管變形，可有效保護催化劑，延長裝置壽命。
[0019]4、本發(fā)明提供的多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器，通過協(xié)同調(diào)節(jié)反應(yīng)物的分級注入量，可以調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，降低溫升，實現(xiàn)催化反應(yīng)床溫度均勻分布，延長吸收反應(yīng)管壽命O
【附圖說明】
[0020]圖1為依照本發(fā)明第一實施例的多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，各部件及相應(yīng)標(biāo)記為:1-線性菲涅爾反光鏡；3_變徑吸收反應(yīng)管；4-注入管道。
[0021]圖2為依照本發(fā)明第二實施例的多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，各部件及相應(yīng)標(biāo)記為:2_拋物槽式反光鏡；3_變徑吸收反應(yīng)管；4_注入管道。
[0022]圖3為依照本發(fā)明第三實施例的多級注入式線性菲涅爾太陽能醇類重整系統(tǒng)的示意圖，其中，各部件及相應(yīng)標(biāo)記為:1_線性菲涅爾反光鏡；2_變徑吸收反應(yīng)管；3_注入管道；4_回?zé)崞鳎?_冷凝器；6_冷卻塔；7_氣液分離器；8_循環(huán)泵；9_蒸發(fā)器。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。
[0024]本發(fā)明提供的多級注入式線聚焦太陽能吸收反應(yīng)器，用于中低溫太陽能熱化學(xué)，包括:線聚焦反光鏡陣列、變徑吸收反應(yīng)管3和注入管道4，其中，線聚焦反光鏡陣列由多個線性菲涅爾反光鏡I構(gòu)成，或者由多個拋物槽式反光鏡2構(gòu)成。變徑吸收反應(yīng)管3設(shè)置于線聚焦反光鏡陣列之中，變徑吸收反應(yīng)管3的軸線與線聚焦反光鏡陣列中各線性菲涅爾反光鏡I或拋物槽式反光鏡2的焦線重合。部分反應(yīng)物通過吸收反應(yīng)管3的端部入口進入吸收反應(yīng)管3，其余反應(yīng)物通過注入管道4沿管程多級注入吸收反應(yīng)管3，以保證反應(yīng)物不因相對分壓力沿管程降低導(dǎo)致反