一种太阳能驱动煤气化的反应装置的制作方法

本发明涉及低阶煤气化领域，具体涉及一种太阳能驱动煤气化的反应装置。

背景技术：

1、太阳能驱动煤气化反应器是一种将太阳能转换为热能的设备，利用太阳能作为能量来源，低阶煤或者生物质等作为碳质原料，通过太阳能热化学转化过程生产清洁的化学燃料，可以将来自太阳能的集中辐射转化为热能，进而转化为化学能源。

2、现有技术中的上吸式管式固定床反应器能够提供良好的热效率，煤粉颗粒从反应器顶部通入，水蒸气从反应器底部通入，可以利用高温合成气对煤粉颗粒进行预热，提高热解温度和速度，以促进后续的气化反应，同时，合成气和煤粉颗粒的对流运动增加反应器内的气流扰动，延长了颗粒在热解和气化过程中的停留时间。

3、上吸式管式固定床反应器的缺陷是给煤器从反应器顶部通入煤粉，合成气从反应器顶部抽出，导致煤粉容易被合成气夹带出反应器。为了解决这个问题，现有技术将给煤器的出口设置在低于合成气的出口的位置，但是这又造成了合成气容易反流到给煤器内部的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太阳能驱动煤气化的反应装置，以解决上吸式管式固定床反应器的给煤器的出口与合成气的出口距离太近，导致煤粉容易被合成气夹带出反应器，或者合成气容易反流到给煤器内部的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种太阳能驱动煤气化的反应装置，包括：反应器、氮气源、水蒸气源、给碳器和气泵；所述反应器的顶部连接给碳管、抽吸管和防反流管；所述给碳管竖直设置并且贯通所述反应器的顶部，所述给碳器的输出端连接所述给碳管并且通过所述给碳管向所述反应器的内部输出碳粉；所述防反流管套装在所述给碳管的外侧，所述防反流管的出口低于所述给碳管的出口和所述抽吸管的入口，所述防反流管的入口连接所述氮气源，氮气通过所述防反流管通入所述反应器的内部，并且使得所述给碳管的出口附近的气压大于所述防反流管的出口附近的气压；所述抽吸管连接所述气泵，所述气泵用于在所述防反流管的外壁和所述反应器的内壁之间形成负压以使得合成气通过所述抽吸管排出；所述反应器的底部连接所述氮气源和所述水蒸气源，氮气和水蒸气混合后在所述反应器的内部上升；所述反应器的中部接收太阳能的加热以形成气化区，下落的碳粉和上升的水蒸气在所述气化区通过煤气化反应生成合成气。

4、进一步地，所述反应器的内部安装有多孔件，所述多孔件设置在所述气化区以形成固定床。

5、进一步地，所述多孔件是碳化硅网状多孔陶瓷。

6、进一步地，所述防反流管包括第一管身、连接部和第二管身；所述第一管身同轴套装在所述给碳管的外侧，所述连接部连接所述第一管身和所述第二管身，所述第一管身和所述第二管身之间具有夹角以使得所述第二管身朝向远离所述给碳管的方向延伸，所述第二管身连接所述氮气源，所述连接部与所述给碳管之间形成环形的射流腔室，所述射流腔室连通所述第一管身与所述给碳管之间的缝隙。

7、进一步地，所述给碳管的出口形成有轴向向外延伸并且径向朝外延伸的扩张部，所述扩张部的出口的边缘与所述防反流管的内壁之间形成狭缝。

8、进一步地，所述扩张部的出口形成有轴向向外延伸并且径向朝内延伸的收缩部，所述扩张部的外壁和所述收缩部的外壁圆滑过渡。

9、进一步地，所述防反流管与所述反应器之间安装有螺旋叶片，所述螺旋叶片将所述防反流管的外壁与所述反应器的内壁之间的圆筒形状的空腔分隔成螺旋形状的旋流腔室。

10、进一步地，所述反应器上安装有吹扫管，所述吹扫管的一端贯穿所述反应器并且沿着所述旋流腔室的切向方向连接至所述旋流腔室的内部，所述吹扫管的另一端通过阀连接所述氮气源，所述氮气源用于通过间歇性开启的阀在所述旋流腔室的内部形成流向所述反应器内部的气流。

11、进一步地，所述吹扫管的横截面是矩形的，所述吹扫管的内壁包括顶壁、底壁、第一侧壁和第二侧壁，在所述吹扫管的出口处，所述顶壁、所述底壁和所述第一侧壁均与所述旋流腔室的内壁相切，所述第二侧壁位于所述旋流腔室的中间。

12、进一步地，所述反应器是竖直设置的镍基合金反应管，所述反应器的外侧包裹有保温层，所述保温层的侧面设置有锥形入光孔；所述氮气源包括氮气瓶和质量流量控制器，所述氮气瓶通过两个所述质量流量控制器分别连接所述防反流管的入口和所述反应器的底部；所述水蒸气源包括顺序连接的水箱、水泵和水蒸气发生器；所述气泵和所述抽吸管之间通过风冷机连接。

13、本申请与现有技术相比较具有如下有益效果：

14、提供一种太阳能驱动煤气化的反应装置，生产合成气时，向防反流管的入口输入氮气以使得给碳管的出口附近的气压高于防反流管内部的其他位置，气体只能通过防反流管的入口流向防反流管的出口，从而避免合成气反流到给碳管的内部，同时，防反流管的出口低于抽吸管的入口，还能避免合成气将碳粉夹带出反应器。

技术特征：

1.一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动煤气化的反应装置，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种太阳能驱动煤气化的反应装置，反应装置在上吸式管式固定床反应器的给碳管的外侧套装防反流管，防反流管的出口低于给碳管的出口和抽吸管的入口，防反流管的入口连接氮气源，氮气通过防反流管通入反应器的内部，并且使得给碳管的出口附近的气压大于防反流管的出口附近的气压。生产合成气时，向防反流管的入口输入氮气以使得给碳管的出口附近的气压高于防反流管内部的其他位置，气体只能通过防反流管的入口流向防反流管的出口，从而避免合成气反流到给碳管的内部，同时，防反流管的出口低于抽吸管的入口，还能避免合成气将碳粉夹带出反应器。

技术研发人员：曹洁,姜鲲鹏,王婷,潘卫红,徐秋枫
受保护的技术使用者：中国地质调查局油气资源调查中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13