[实用新型]一种太阳能颗粒催化式腔体吸热反应器

说明书

一种太阳能颗粒催化式腔体吸热反应器，包括吸热和反应腔体，吸热和反应腔体上开设有用于透射太阳光的进口，太阳光的进口处设置有石英玻璃窗体，与石英玻璃窗体相对的壁面上设有膜式水冷壁；吸热和反应腔体包括从下向上依次设置并且相连通的渐阔段管道、反应段管道以及渐缩段管道。本实用新型中石英窗体透过太阳光并大幅屏蔽腔体内部的红外线，对流和辐射热损失很小，通过催化剂粒子对太阳光和壁面辐射的吸收和散射作用，还可以均匀化太阳能热流密度。吸热和反应腔体的渐阔段管道可以减缓反应气体流速并延长反应物的停留时间。本实用新型反应器的空间利用率高，并且催化效率高，可以实现控制化学反应速度，减小成本同时提高运行安全性。

技术领域

本实用新型属于太阳能高效热化学储能和太阳能吸热器壁面热流密度均匀化利用领域，具体涉及一种太阳能颗粒催化式腔体吸热反应器。

背景技术

太阳能热发电技术是缓解能源危机改善生态环境的重要技术，“十三五”是我国推进经济转型、能源革命、体制机制创新的重要时期，也是太阳能产业升级的关键阶段，我国太阳能产业迎来难得的发展机遇，基本任务是产业升级、降低成本、扩大应用，实现不依赖国家补贴的市场化自我持续发展。但是太阳能具有间歇性、低密度和不稳定性、难以持续供应的缺点，一个有效安全的储能系统对太阳能热发电来说是十分必要的。

太阳能热储存技术将阳光充沛时空下的热能储存到阳光不足的时空下备用，以维持热发电系统的稳定性。热化学储能利用可逆反应进行能量的存储和释放，储能密度很高，在常温下长期储存分解物，并实现其远距离运输。甲烷热化学重整作为一种太阳能热化学储能方式，甲烷重整反应器可以分为直接式反应系统和间接式反应系统，直接式反应系统太阳能接收器即为反应器，混合器直接在接收器内反应；间接式反应系统接收器与反应器分离，需要传热流体将接收的太阳能传递给反应气体。

现有的重整反应器主要使用直接式固定床反应器，这种反应器阳光直接照射催化床层，由于入口热流密度的不均匀性，会导致催化床的温度分布不均，不利于化学反应的进行和转化率的提高。固定床反应器布置空间有限，催化剂与反应气体接触面积小，造成反应器空间的冗余，不利于反应器空间的节省，也不利于催化剂效率的提高，也会带来反应器一次造价过高的问题。并且直接式反应器不适用于吸热工质与化学反应工质不同的系统，如使用水工质作为吸热工质，但是利用CH4/CO2作为反应工质实现化学反应储能，需要同时安装化学反应器与水工质吸热腔体。常规太阳能吸热腔体暴露在空气，膜式水冷壁的对流热损失很大。因此，需要开发一种既能高效催化、控制化学反应又能均匀化太阳能入口热流密度，减少膜式水冷壁对流换热损失的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能颗粒催化式腔体吸热和反应器，能够均匀化太阳能入口热流密度，降低腔体的对流换热损失，同时实现高速、可控的化学反应，并优化高温设备，提高光能利用率，减小成本同时提高运行安全性。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种太阳能颗粒催化式腔体吸热反应器，包括旋风分离器以及两端密封的吸热和反应腔体，吸热和反应腔体上开设有用于透射太阳光的进口，太阳光的进口处设置有石英玻璃窗体，与石英玻璃窗体相对的吸热和反应腔体壁面上设有膜式水冷壁；吸热和反应腔体包括从下向上依次设置并且相连通的渐阔段管道、反应段管道以及渐缩段管道；渐阔段管道底部设置有用于通入反应气体的管道，渐缩段管道顶部设置有用于排出生成气体的管道，并且渐缩段管道顶部的管道出口与旋风分离器入口相连通。

本实用新型进一步的改进在于，渐阔段管道的母线和入口平面的夹角为45°，反应段管道呈圆柱状；渐缩段管道的母线和出口平面的夹角为45°。

本实用新型进一步的改进在于，旋风分离器底部的固体出口与开设在反应段管道底部的催化剂入口相连通。