[发明专利]一种利用太阳能聚光催化煤石墨化的系统及方法

说明书

本发明涉及一种利用太阳能聚光催化煤石墨化的系统，其包括塔式太阳能聚光组件和催化石墨化组件，太阳能聚光组件包括定日镜阵列和接收塔；催化石墨化组件包括设置于接收塔上部的石墨化反应器。本发明还提供了使用上述系统进行煤粉石墨化的方法，包括如下步骤:S1.将煤粉及催化剂加入至反应器中，通入惰性气体使反应原料与空气隔绝；S2.通过定日镜阵列对石墨化反应器进行聚光升温，至指定温度，反应1‑3h，即得石墨化材料。有益效果为：本发明将太阳能聚光及煤催化石墨化有效结合起来，使用一次能源太阳能聚光代替二次能源电能产生高温来催化石墨化；根据对石墨的使用要求，可适当调整太阳能聚光度来改变反应温度，以降低石墨的生产成本。

技术领域

本发明属于太阳能清洁利用和煤资源化利用领域，具体涉及一种利用太阳能聚光催化煤石墨化的系统及方法。

背景技术

石墨是一种优良的碳材料，具有良好的热稳定性、热导性、润滑性以及化学稳定性，被广泛运用于冶金、机械、电气、化工等领域。由于需求量大，天然石墨已不能满足人类的使用需求，这使得人造石墨备受关注。现今，工业上制造石墨主要在2500℃左右绝氧的条件下煅烧石油焦、沥青焦、无烟煤等含碳原料，过高的温度加重了生产石墨的成本。因此，如何降低反应温度进而降低生产成本一直是生产石墨研究的重要方向。研究表明，通过在石墨化的过程中添加Fe、Cu、B等元素的单质及其化合物作为催化剂可有效降低所需温度900℃以上。目前，催化石墨化主要在电炉中进行，电炉使用二次能源电能，仍然使得成本较高。

太阳能作为一种清洁可再生的能源，具有储量丰富、无污染等特点。现今采用塔式太阳能聚光技术可在局部产生高温1500℃以上。目前塔式太阳能主要用于发电领域，昼夜的更替限制了塔式太阳能发电的大面积推广，而太阳能具有实时性，因此发展多样的太阳能非发电利用技术对于太阳能的发展至关重要。

发明内容

本发明提供一种利用太阳能聚光催化煤石墨化的系统及方法，旨在通过将塔式太阳能聚光组件和煤的催化石墨化组件进行结合，一定程度上降低催化石墨化的成本及通过催化石墨化来实现太阳能的高效利用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用太阳能聚光催化煤石墨化的系统，其包括塔式太阳能聚光组件和催化石墨化组件，

所述太阳能聚光组件包括定日镜阵列和接收塔，所述定日镜阵列布置于接收塔附近的定日镜场地；

所述催化石墨化组件包括设置于所述接收塔上部的石墨化反应器，所述石墨化反应器可接收所述定日镜阵列聚光加热以实现所述石墨化反应器内煤粉的催化石墨化。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述定日镜阵列以接收塔为圆心呈扇形状布置于所述定日镜场地。扇形的圆心角优选为150-300度，所述定日镜陈列优选的布置于接收塔的北侧、东侧和西侧，以更好的实现聚光加热。

进一步，所述石墨化反应器通过旋转控制机构安装于所述接收塔的顶端。设置放置控制机构可使石墨化反应器在接收塔的塔顶能够旋转，如此则整个反应器的侧壁可得到较均匀的加热。

进一步，所述旋转控制机构包括电机和转盘，所述电机的输出轴与转盘下表面的中心固定连接，所述转盘上表面与所述石墨化反应器的底部固定连接。

进一步，所述石墨化反应器为金属导热材料制成的釜式反应器，所述石墨化反应器的侧壁上设有进出料口，所述进出料口处密封连接有可启闭的门体，所述石墨化反应器的内部设有用于放置煤及石墨化催化剂的筛板，所述石墨化反应器上还设置有惰性气体进口或抽真空接口。金属导热材料可以为钛合金或不锈钢。

进一步，所述石墨化反应器的顶部还连通有排空管，所述排空管上设有可启闭的阀门。

此外，本发明还提供了一种利用太阳能聚光催化煤石墨化的方法，其使用上述系统进行太阳能聚光催化石墨化，包括如下步骤: