[发明专利]一种一体化抛物槽式折流型光热协同反应装置

说明书

一种一体化抛物槽式折流型光热协同反应装置，包括抛物槽式聚光器与折流型光热协同反应器，所述折流型光热协同反应器工作时位于抛物槽式聚光器的焦线上，所述折流型光热协同反应器随抛物槽式聚光器焦线的变化移动。本发明充分利用抛物槽式聚光器提供的高密度的光和热进行光热协同催化反应，折流型结构确保反应物充分反应，实现了太阳能到化学能的高效转化，提高了太阳能利用效率，从而减少化石能源消耗与污染物排放。

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种一体化抛物槽式折流型光热协同反应装置。

背景技术

太阳能储量丰富、绿色清洁、品位较高，是最有潜力的可再生能源之一。然而，由于太阳能具有能量密度低、空间分布不均、时间分布不均等特点，难以被直接高效利用。直接利用太阳能驱动化学反应，进而将太阳能转化为化学能，可以做到跨季节跨昼夜储存，是有效的利用太阳能的技术手段。但是，传统的光催化反应，效率极低；光致热驱动的热反应，成本较高。利用太阳能的光谱特性200-2500nm，由红外光提供反应所需的热，紫外和可见光提供光能，进而驱动光热协同催化反应。这一新型催化技术，不仅可以有效的提高传统光催化的反应效率，还可以有效降低热反应的活化能，降低反应温度。众所周知，反应器在催化剂宏量应用中可以起到过程强化与反应效率提升的关键作用，但是目前尚未有针对光热协同催化反应的聚光型反应器，从而极大阻碍了这一新型催化技术的实际应用。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明提出一种一体化抛物槽式折流型光热协同反应装置，以解决太阳能驱动光热反应过程中的反应过程强化及反应效率提升问题。本装置充分利用抛物槽式聚光器提供的高密度的光和热进行光热协同催化反应，折流型结构确保反应物充分反应，实现了太阳能到化学能的高效转化，提高了太阳能利用效率，从而减少化石能源消耗与污染物排放。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种一体化抛物槽式折流型光热协同反应装置，包括抛物槽式聚光器1与折流型光热协同反应器2，所述折流型光热协同反应器2工作时位于抛物槽式聚光器1的焦线上，所述折流型光热协同反应器2随抛物槽式聚光器1焦线的变化移动。

所述折流型光热协同反应器2包括石英壳体4，所述石英壳体4两端分别设置有反应物入口3和反应物出口8，所述石英壳体4内部放置有催化床6，所述催化床6与石英壳体4之间垂直布置有折流板7，催化床6位于抛物槽式聚光器1的焦线上。

所述石英壳体4外侧沿表面设置有真空夹层5。

所述石英壳体4表面设置有增透膜，增透膜的透光率大于97％。

所述催化床6含有由负载有等离激元金属的光热协同催化剂及基体材料构成，对太阳光进行全光谱吸收，利用太阳光转化的热-光电子-热电子对气相反应物进行光热协同催化反应。

所述催化床6为多孔结构，且沿焦线方向布置；所述多孔结构用于保证气相/液相反应物从反应物入口3进入反应器被折流板7阻挡进而反复穿过催化床6，最终由反应物出口8流出。

所述折流板7与催化床6之间紧密接触，以形成对流体沿焦线方向流动的阻断和垂直焦线方向折流的引导。

本发明的有益效果：

1、本发明采用的折流板型结构，使得反应物在反应器中流程相较于列管式填充型反应器要大得多，反应物的压降要小很多，反应物与催化剂的有效接触更为均匀，提高了反应效率。

2、本发明采用的催化床为固定放置，不会出现填充式反应器使用过程中，反应器随聚光器移动时，催化剂因为惯性而产生的颗粒与颗粒之间互相碰撞的磨损问题。因此，催化剂的使用寿命得到了提高，降低了运维成本。