一种太阳能驱动的变体积流道反应器

本发明属于沼气重整制氢，具体地涉及一种太阳能驱动的变体积流道反应器。

背景技术：

1、当今世界能源与环境问题日益严重，节能减排已成为社会发展的主流问题之一。

2、太阳能作为一种可再生的清洁能源，具有储量庞大、分布广泛的特点，对我国能源结构调整具有重大的推进作用，在我国能源结构中占有重要地位。氢能因具有高效、清洁、绿色等特点，广受人们关注，被誉为二十一世纪最具发展潜力的清洁能源。深入对太阳能与氢能耦合利用的开发研究，符合我国“双碳”政策发展的需求，具有广阔的发展前景。

3、公开专利cn219885676u提出了“一种甲烷蒸汽重整反应器”，通过在反应炉中加入水蒸气管，解决了反应中催化剂失活的问题，但该反应器的加热方式是通过布置多条电热管道为甲烷重整反应提供热量，带来了额外的能量消耗。

4、此外，目前工业上常用的氢气制备方法为甲烷重整制氢，对于甲烷重整制氢反应，该反应是物质量增加的反应，从化学平衡角度来说，压力过大不利于甲烷转化率的增加。目前常采用的解决方法是，在压力增大的同时，提高水碳比，减小因为压力增大对于化学反应平衡的影响，但高水碳比也意味着反应能耗的增加。因此，减少甲烷重整反应中能耗过高的问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太阳能驱动的变体积流道反应器用以解决上述存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种太阳能驱动的变体积流道反应器，包括太阳能集热器和气体反应流道，太阳能集热器用于为气体反应流道提供热量进行加热，气体反应流道具有进料端和出料端，气体反应流道的横截面积从进料端至出料端逐渐增大。

3、进一步的，还包括预热管道和出料管道，预热管道和出料管道分别与气体反应流道的进料端和出料端连通。

4、更进一步的，还包括反应器外壳，气体反应流道设置在反应器外壳内，预热管道和出料管道分别伸出至反应器外壳外部，太阳能集热器输出加热光斑照射在反应器外壳的底部上进而热传递给气体反应流道进行加热。

5、更进一步的，所述反应器外壳为圆柱形结构，气体反应流道与反应器外壳底部直接接触。

6、更进一步的，所述反应器外壳采用镍铁合金625制成。

7、进一步的，所述气体反应流道为平面螺旋结构。

8、更进一步的，所述太阳能集热器为碟式太阳能集热器。

9、进一步的，所述气体反应流道的同一横截面的加热温度从一侧至相对的另一侧逐渐变化。

10、更进一步的，所述加热光斑为圆形光斑，加热光斑的温度由中心径向向外逐渐降低，气体反应流道为平面螺旋结构，平面螺旋结构的外端为进料端，内端为出料端，出料端对应于加热光斑的中心位置。

11、本发明的有益技术效果：

12、本发明通过气体反应流道的设计，使其横截面积从进料端至出料端逐渐增大形成变体积流道，契合了气体反应(如甲烷重整反应)熵增的特点，减少了压力因素对于反应的影响，促使反应正向进行，可以缓解甲烷重整反应高水碳比而引起的高能耗问题；其次，流道体积的增加，提升了反应气的流动扰动程度，增加了气体的混合程度，使反应进行得更充分，可提高甲烷的转化率；且结构简单，易于实现，成本低。

技术特征：

1.一种太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：包括太阳能集热器和气体反应流道，太阳能集热器用于为气体反应流道提供热量进行加热，气体反应流道具有进料端和出料端，气体反应流道的横截面积从进料端至出料端逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：还包括预热管道和出料管道，预热管道和出料管道分别与气体反应流道的进料端和出料端连通。

3.根据权利要求2所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：还包括反应器外壳，气体反应流道设置在反应器外壳内，预热管道和出料管道分别伸出至反应器外壳外部，太阳能集热器输出加热光斑照射在反应器外壳的底部上进而热传递给气体反应流道进行加热。

4.根据权利要求3所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：所述反应器外壳为圆柱形结构，气体反应流道与反应器外壳底部直接接触。

5.根据权利要求4所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：所述反应器外壳采用镍铁合金625制成。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：所述气体反应流道为平面螺旋结构。

7.根据权利要求6所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：所述太阳能集热器为碟式太阳能集热器。

8.根据权利要求1所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：所述气体反应流道内部布置有镍基氧化铝催化剂。

9.根据权利要求1所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：所述气体反应流道的同一横截面的加热温度从一侧至相对的另一侧逐渐变化。

10.根据权利要求9所述的太阳能驱动的变体积流道反应器，其特征在于：所述加热光斑为圆形光斑，加热光斑的温度由中心径向向外逐渐降低，气体反应流道为平面螺旋结构，平面螺旋结构的外端为进料端，内端为出料端，出料端对应于加热光斑的中心位置。

技术总结
本发明涉及沼气重整制氢技术领域，特别地涉及一种太阳能驱动的变体积流道反应器。本发明公开了一种太阳能驱动的变体积流道反应器，包括太阳能集热器和气体反应流道，太阳能集热器用于为气体反应流道提供热量进行加热，气体反应流道具有进料端和出料端，气体反应流道的横截面积从进料端至出料端逐渐增大。本发明具有结构简单、生产成本低、环境友好等特点，能够有效降低甲烷重整反应的能量消耗以及压降，提升甲烷转化率。

技术研发人员：苏博生,李梁,袁妁
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31