一种多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及300°C?500°C的中低温太阳能热化学利用技术领域，尤其是一种多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器。
【背景技术】
[0002]由于社会发展对于能源需求日益增加，加之化石能源对于环境污染问题的日益加剧，大力发展可再生能源已经成为我国当前的迫切需求。
[0003]太阳能以其储量的无限性、开发利用的清洁性成为解决开发利用化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径之一。太阳能热化学实现了太阳能的化学储能，解决了太阳能间歇性、不连续性、能流密度低的固有缺陷。
[0004]太阳能热化学主要是利用吸热化学反应过程，将聚集的太阳能转化为碳氢燃料的化学能。太阳能与化石燃料互补的热化学能量转化系统可以在太阳能资源丰富的地方进行并进行动力循环，也可以将太阳能转化为二次燃料运输到其他地方。目前关于太阳能热化学主要集中在高温度范围内，存在太阳能转化效率低、投资成本高等科学技术难题。金红光研宄团队提出了中低温太阳能燃料转化方法并展开相关研宄。中低温太阳能热化学过程易于实现，利用抛物槽式太阳能集热器，将太阳辐射聚焦成为300?500°C的热源，通过热化学转化为燃料或者加热蒸汽通过汽轮机发电进行利用。
[0005]目前，抛物槽式是最为成熟的一种中温太阳能热利用技术，已应用于中低温太阳能热化学领域，其聚焦形式属于线聚焦。该技术用于热化学领域，多涉及醇类或烷类在催化剂床层上的重整与热解反应，制取合成气，将太阳能转化为化石燃料的化学能。但由于随着化学反应的进行，反应物沿管程逐渐减少，分压力降低，导致反应趋缓问题；同时，化学反应所需热量减少，汇聚的太阳能大部分转化为合成气体的汽化潜热使催化反应床的温度升高，催化剂在高温下易产生烧结失效，进一步导致反应效率降低。
[0006]鉴于此，本发明提出一种多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器，并推广至中低温太阳能热化学应用领域。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器，以解决目前线聚焦太阳能热化学装置中反应速率因反应物分压力降低而沿管程逐渐减小的问题。
[0009]( 二 )技术方案
[0010]为达到上述目的，本发明提供了一种多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器，用于中低温太阳能热化学，包括线聚焦反光镜阵列、变径吸收反应管3和注入管道4，其中，变径吸收反应管3设置于线聚焦反光镜阵列的多个反光镜之中，部分反应物通过吸收反应管3的端部入口进入吸收反应管3，其余反应物通过注入管道4沿管程多级注入吸收反应管3 ;反应物进入吸收反应管3后，被线聚焦反光镜阵列聚焦的太阳能加热，在催化剂条件下发生吸热反应，将太阳能转化为生成物的化学能，提升反应物品位。
[0011]上述方案中，所述线聚焦反光镜阵列由多个线性菲涅尔反光镜I构成，或者由多个抛物槽式反光镜2构成。所述变径吸收反应管3的轴线与线聚焦反光镜阵列中各线性菲涅尔反光镜I或抛物槽式反光镜2的焦线重合。
[0012]上述方案中，所述变径吸收反应管3的管径沿管程逐渐增大，以保证反应物不因多级注入导致沿管程气体流速逐渐增加，阻力随之增大，反应时间随之减小。
[0013]上述方案中，所述部分反应物通过吸收反应管3的端部入口进入吸收反应管3，其余反应物通过注入管道4沿管程多级注入吸收反应管3，用以保证反应物不因相对分压力沿管程降低导致反应速率随之减小。
[0014](三)有益效果
[0015]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0016]1、本发明提供的多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器，反应物分级注入吸收反应管内，保持反应物沿程相对分压力不显著降低，进而反应速率不显著降低，实现吸收反应管流程与反应动力学特点相匹配，可提高整体反应效率。
[0017]2、本发明提供的多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器，吸收反应管管径沿管程增大，保持气体流速沿管程不显著升高，进而反应时间不显著减少，实现吸收反应管结构与工质流体力学特点相匹配，可降低能量消耗。
[0018]3、本发明提供的多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器，通过协同调节反应物多级注入量，可控制沿管程反应平衡正向进行程度，从而控制局部反应热(由聚焦太阳能提供)，进而控制沿管程反应温度，避免反应温度过高时催化剂失效及吸收反应管变形，可有效保护催化剂，延长装置寿命。
[0019]4、本发明提供的多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器，通过协同调节反应物的分级注入量，可以调节反应温度，降低温升，实现催化反应床温度均匀分布，延长吸收反应管寿命O
【附图说明】
[0020]图1为依照本发明第一实施例的多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器的结构示意图，其中，各部件及相应标记为:1-线性菲涅尔反光镜；3_变径吸收反应管；4-注入管道。
[0021]图2为依照本发明第二实施例的多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器的结构示意图，其中，各部件及相应标记为:2_抛物槽式反光镜；3_变径吸收反应管；4_注入管道。
[0022]图3为依照本发明第三实施例的多级注入式线性菲涅尔太阳能醇类重整系统的示意图，其中，各部件及相应标记为:1_线性菲涅尔反光镜；2_变径吸收反应管；3_注入管道；4_回热器；5_冷凝器；6_冷却塔；7_气液分离器；8_循环泵；9_蒸发器。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0024]本发明提供的多级注入式线聚焦太阳能吸收反应器，用于中低温太阳能热化学，包括:线聚焦反光镜阵列、变径吸收反应管3和注入管道4，其中，线聚焦反光镜阵列由多个线性菲涅尔反光镜I构成，或者由多个抛物槽式反光镜2构成。变径吸收反应管3设置于线聚焦反光镜阵列之中，变径吸收反应管3的轴线与线聚焦反光镜阵列中各线性菲涅尔反光镜I或抛物槽式反光镜2的焦线重合。部分反应物通过吸收反应管3的端部入口进入吸收反应管3，其余反应物通过注入管道4沿管程多级注入吸收反应管3，以保证反应物不因相对分压力沿管程降低导致反