[发明专利]一种太阳能驱动二氧化碳制甲烷的装置与方法

权利要求书

1.一种太阳能驱动的二氧化碳加氢制甲烷装置，其特征在于，包括定日镜群(1)、高温集热器(2)、熔盐循环泵(3)、高温储热塔(4)、低温储热塔(5)、电磁比例阀(6)、流量计(7)、旁通阀(8)、温度测量变送器(9)、阵列式绝热加氢塔(10)、变压吸附塔(15)、液化塔(18)和启动/备用锅炉(19)；

所述的阵列式绝热加氢塔(10)包括加氢反应器列管(1009)和熔盐腔(1010)；所述的加氢反应器列管(1009)与阵列式绝热加氢塔(10)同轴设置，两端分别按圆周形式通过焊接方式与列管分布板(1008)连接；加氢反应器列管(1009)两端设置了整流层，中间加载有催化剂床层；靠近热熔盐入口(1007)端的列管分布板采用法兰连接方式与熔盐腔(1010)壳体固定连接，靠近热熔盐出口(1012)端的列管分布板采用通过法兰与浮头(1013)连接；浮头(1013)与阵列式绝热加氢塔上端盖(1014)联通作为反应产物气的出口通道，中间设置有波纹管(1015)以抵消加氢反应器列管(1009)受热或冷却是产生的膨胀和收缩应力；波纹管(1015)与浮头(1013)、阵列式绝热加氢塔端盖(1014)设置的产物气通道分别采用法兰方式连接。熔盐腔(1010)内部设置有折流板(1011)；下部设置有集灰斗(1002)，和不锈钢网堵塞(1001)；原料气入口(1004)和循环气入口(1005)分别设置在阵列式绝热加氢塔(10)下部的不同侧；

所述高温集热器(2)接收经定日镜群(1)聚焦后的太阳光，加热由熔盐循环泵(3)驱动、来至于低温储热塔(5)的低温载热工质；再在循环泵的作用下进入高温储热塔(4)；根据加氢反应塔设定的工艺温度和流量，结合温度测量变送器(9)检测到的管式反应器催化剂床层温度、熔盐入口温度和流速、熔盐出口温度，通过调节电磁比例阀(6)开度，分别调整高温熔盐和低温熔盐的流量，来控制进入到熔盐腔(1010)内热熔盐的温度和流量，以实现对加氢反应温度的实时、准确控制；从阵列式绝热加氢塔出来的热熔盐和高温储热塔(4)进入到热力发电系统的热熔盐(A)汇合，作为太阳能热力发电系统的蒸汽发生系统；而在蒸汽发生系统换热之后的低温热熔盐(B)循环进入低温储热塔(5)，再经熔盐泵(3)送至高温集热器(2)进行再次加热循环；在所述阵列式绝热加氢塔中，热熔盐在熔盐腔(1010)内、经折流板(1011)引导，充分加热加氢反应器列管(1009)至反应工艺温度200～500℃；所述加氢反应器列管(1009)中，CO₂与H₂的混合气从加氢反应塔入口(1005)、经集灰斗(1002)，通过整流层，进入到催化剂床层；反应后产物气(D)由整流层整流层出，经浮头(1013)、波纹管(1015)和阵列式绝热加氢塔上端盖(1014)和下游管道进入到冷凝器(12)中，在汽水分离器(13)中脱除水分；然后经两级过压缩，在变压吸附塔(15)中将产物气(D)中为反应完全的H₂、CO₂与CH₄分离。得到的CH₄经过压缩，再在液化塔(18)中进行液化得到所需的液化天然气(E)；变压吸附塔(15)的残余解吸气，作为原料气由气体循环泵(16)补充送入到阵列式绝热加氢塔(10)中。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动二氧化碳加氢制甲烷的装置，其特征在于，所述阵列式绝热加氢塔(10)采用热熔盐通过表面式换热加热各加氢反应器列管(1009)内催化剂床层至温度200～500℃。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动二氧化碳加氢制甲烷的装置，其特征在于，所述阵列式绝热加氢塔(10)的温度控制系统主要由熔盐泵(3)、高温储热塔(4)、低温储热塔(5)、电磁比例阀(6)、流量计(7)、旁通阀(8)和温度测量变送器(9)组成。