[发明专利]一种双腔式太阳能驱动含碳物质反应方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热化学领域，尤其涉及一种双腔式太阳能驱动含碳物质反应的方法及其装置。

背景技术

全球太阳能辐射总量约1.7×10¹⁷W，其中我国约占1%（1.8×10¹⁵W，相当于1.9万亿吨标煤/年），是我国目前年能耗总量的680倍，太阳能蕴藏着巨大的开发潜力。但是太阳能能流密度比较低，能量波动比较大，储存费用高，如采用光伏并网发电，对电网的冲击又比较大，这些问题一直影响着太阳能的进一步开发利用。而太阳能热化学方法正是通过聚光器聚焦太阳光，提高能流密度，通过热量储存和热化学反应，减小能量输出波动，同时将太阳能以化学能的形式储存起来。

在我国，煤炭、生物质、生活垃圾等含碳物质的直接燃烧造成了利用品位低，空气污染等问题。为了提高含碳物质利用率，含碳物质反应（包括热解和气化）等高效利用技术得到了开发和推广。而含碳物质反应是一个强烈的吸热反应，需要大量的热量来维持反应的进行，太阳能经过聚光器聚焦，可以达到900℃以上的温度，足以满足含碳物质反应对热量的需求。将太阳能与含碳物质反应结合起来，既促进了太阳能的进一步利用，也提高了单位质量含碳物质的反应产物产出率，减少了二氧化碳的排放。太阳能驱动的含碳物质反应方法正是一种高效的太阳能热化学方法。一般的太阳能反应腔需要一个石英玻璃盖板用来密封反应腔，同时保证聚焦的太阳能光能够高效率进入反应腔。然而含碳物质反应需要高温高压隔绝空气等条件，一般的石英玻璃盖板密封很难解决，而且玻璃盖板的污染问题也很难解决，严重影响太阳能反应的安全性和可行性。

发明内容

本发明针对现有的含碳物质反应耗能大，现有的太阳能反应吸热腔玻璃盖板问题，太阳能无法储存等问题，提供了一种双腔式太阳能驱动含碳物质反应的装置及其方法。

将两者有效地结合起来，并且采用双腔式形式，以固体颗粒作为吸热介质，高效利用太阳能为提供含碳物质反应所需的能量，既可以提高单位质量含碳物质的反应产物产出率，减少二氧化碳排放，又可以将太阳能以化学能形式储存起来，同时保证吸热腔的寿命和安全性。

本发明的具体技术方案如下：

用分隔盘面将反应接收器分为上下两个腔，上腔为吸光腔，下腔为反应腔，经过聚焦后的太阳光束，照射在所述的吸光腔内，固体颗粒经固体颗粒入口进入吸光腔，流经分隔盘面，此时的冷固体颗粒温度在200℃～300℃，固体颗粒和分隔盘面同时吸收太阳光，将太阳光转化为热能，颗粒温度上升到800℃～1000℃，分隔盘面被加热到900℃～1100℃,高温热颗粒进入吸光腔中央的下降管入口，下降管出口和反应腔通过气动盒连接，经过预处理的含碳物质通过螺旋输送管直接进入反应腔，含碳物质的温度在100℃左右，与由气动盒流出的陶瓷热颗粒相混合，含碳物质吸收陶瓷热颗粒所携带的热量，同时吸收分隔盘面向反应腔发射的辐射能量，含碳物质温度上升到500℃～700℃，生成反应气，反应气由反应腔气体出口进入反应产物催化处理系统，经过冷凝的100℃～200℃的部分反应气和水蒸气的混合气经换热器后，混合气温度上升到200℃～300℃，同时通入反应腔气动盒和反应腔气体进口，在气动盒和反应腔气体进口都安装有布风板，在反应腔中形成鼓泡流化床，同时反应后的固体产物和冷固体颗粒经反应腔固体出口流出，此时固体产物和冷固体颗粒的温度为300℃～400℃，进入燃烧室燃烧，固体产物燃烧完毕后，将固体颗粒通入换热器，固体颗粒被冷却到200℃～300℃，冷却的固体颗粒进入提升管，到达吸光腔的固体颗粒入口，完成固体颗粒循环。

为减少吸光腔对外的对流损失，在吸光腔入口增加玻璃盖板，此时的玻璃盖板不承压，也不存在被反应污染的问题。为保证足够大的聚光比，在太阳光进入吸光腔前，增设复合抛物面聚光器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用了双腔式结构，将反应腔和吸光腔用分隔盘面隔离，既可以避免玻璃盖板高温密封和易受污染等问题，提高系统安全性、可行性和可靠性，又可以利用高温的分隔盘面，将吸收的热能以辐射形式传递给含碳物质。

2、本发明的方法将含碳物质反应和太阳能高温热利用结合起来，利用高聚光比的太阳能提供含碳物质反应所需的热量，提高单位质量含碳物质的反应产物产出率，减少二氧化碳排放，减少了反应产物的污染，为反应产物的后续处理和收集储存提供便利，同时又可以将太阳能以化学能储存起来。