本公开提供一种多用途太阳能热化学反应测试系统，包括：高能流太阳模拟装置，用于模拟高能流太阳能光线并将高能流太阳能光线射入热化学反应装置。蒸汽发生装置，用于产生高温水蒸气并将高温水蒸气输入热化学反应装置。第一载气存储装置，用于将存储的烷烃气体输入热化学反应装置。第二载气存储装置，用于利用存储的惰性气体将碳氢固体燃料输入热化学反应装置；进料装置，用于投入碳氢固体燃料并控制进料速度；热化学反应装置，基于高能流太阳能光线提供的热量驱动高温水蒸气和碳氢固体燃料进行碳氢固体燃料气化反应产生气化合成气或驱动高温水蒸气和烷烃气体进行烷烃气体重整热化学反应产生重整合成气；气体分析装置，用于对合成气进行成分分析。用于对合成气进行成分分析。用于对合成气进行成分分析。
【技术实现步骤摘要】
多用途太阳能热化学反应测试系统
[0001]本公开涉及高温太阳能热化学利用
，尤其涉及一种多用途太阳能热化学反应测试系统。
技术介绍
[0002]能源是经济社会发展的重要物质基础，随着各类化石能源的大规模开发利用，世界范围内的能源短缺问题日益突出，各国对环境保护的日益重视，开发和探索可再生能源来代替过度开发的化石能源，成为各国在能源转型上的共同发展方向。
[0003]太阳能是一种极具发展潜力的可再生能源，其资源量巨大，且分布广泛，清洁无污染，目前主要的太阳能利用技术有光伏发电和光热利用等。其中，太阳能光热转化是通过大规模集热镜场汇聚太阳光线，将太阳能转换为热能，而后通过热机转化为电能或者应用于其他工农业生产生活领域，世界范围内已有多类型的聚光太阳能发电厂投产运行。此外，太阳能聚光集热也能充分应用在热化学转化等前沿领域，利用聚焦的中高温太阳热能驱动吸热型热化学反应，并实现将太阳能转化为碳氢燃料化学能，例如太阳能气化、太阳能重整制氢等技术。太阳能热化学技术将能够有效提高太阳能的利用以及存储效率，在将太阳能转化为更高品位化学能的同时也提高了其他化学燃料的利用效率，是太阳能热利用中最具应用前景的先进技术之一。
[0004]基于太阳能气化和太阳能重整制氢的反应体系具有提高能量利用效率以及清洁环保等诸多优势，将进行碳氢固体燃料气化技术和烷烃气体水蒸气重整技术与太阳能聚光集热技术联合系统的构建。碳氢固体燃料种类丰富，例如生物质，其作为人类最早主动利用的能源，具有可再生性及环境友好等优势，热解或者气化是生物质的主要热化学转化技术，其是指在高温条件下，生物质与气化剂(氧气、空气、水蒸气等)发生一系列复杂反应，进而生成固体、液体、以及气体产物的过程，是一种极具发展潜力的生物质热化学转化技术。烷烃是最简单的一类有机化合物，例如甲烷气体，其在所有碳氢燃料中含氢比例最高，是最清洁的化石能源，通过干/湿重整技术将甲烷转化生成以CO和H2为主要成分的重整合成气是目前甲烷热化学转化的主要方式，甲烷重整制氢亦是目前全球最主要的氢气来源。利用太阳能驱动碳氢固体燃料或烷烃气体进行热化学转化，输入燃料的热值将得到有效提升，其所得合成气可用于燃烧发电，也可以通过相关技术手段将其进一步转化为其他多种化学产品(甲醇、二甲醚等)，从而显著提高碳氢固体燃料或烷烃气体的利用效率，并满足多元化的能源需求。
[0005]但由于太阳能自身的不稳定性以及间歇性等特性，在实际太阳辐照下开展实验研究将受到较多限制，难以开展多类型的可控太阳能热化学反应等实验及测试等工作。因此迫切需要开发先进的太阳能热化学转化反应及测试系统，以深入开展理论和实验等相关研究及测试工作。
技术实现思路
[0006]鉴于上述技术问题，本公开提供一种多用途太阳能热化学反应测试系统，包括：高能流太阳模拟装置、蒸汽发生装置、第一载气存储装置、第二载气存储装置、进料装置和热化学反应装置，其中：高能流太阳模拟装置，用于模拟产生高能流太阳能光线，并将该高能流太阳能光线射入热化学反应装置；蒸汽发生装置，用于产生高温水蒸气，并将该高温水蒸气输入至热化学反应装置；第一载气存储装置，用于存储烷烃气体，并将该烷烃气体输入至热化学反应装置；第二载气存储装置，用于存储惰性气体，并通过惰性气体将碳氢固体燃料连续地吹入热化学反应装置；进料装置，用于投入碳氢固体燃料，并控制碳氢固体燃料的进料速度；热化学反应装置，基于高能流太阳能光线提供的热量，驱动输入的高温水蒸气和碳氢固体燃料进行碳氢固体燃料气化反应产生气化合成气，或者驱动输入的高温水蒸气和烷烃气体进行烷烃气体重整热化学反应产生重整合成气；气体分析装置，用于对气化合成气或重整合成气进行气体成分分析。
[0007]根据本公开的实施例，其中，热化学反应装置至少包括反应腔和多孔床层结构，其中：高能流太阳能光线射入反应腔内，反应腔上设有进气管道和进料口，进气管道连接蒸汽发生装置的出口以及第一载气存储装置的出口，用于向反应腔连续地输入高温水蒸气或输入高温水蒸气和烷烃气体，进料口连接第二载气存储装置的出口以及进料装置的出口，利用惰性气体向反应腔连续地输入碳氢固体燃料；多孔床层结构设于反应腔内部，且位于进料口的出口处，多孔床层结构用于使经进料口输入的碳氢固体燃料均匀分布在多孔床层结构的各个孔内，并将太阳能光线提供的热量均匀传导至各个孔内的碳氢固体燃料，多孔床层结构还可以作为烷烃气体重整热化学反应催化剂的多孔基材载体，用以提高烷烃气体重整热化学反应的反应动力学和反应转化率。
[0008]根据本公开的实施例，其中，热化学反应装置还包括：加热炉，设于反应腔周围，用于向反应腔提供热量；多孔床层结构还用于将加热炉提供的热量均匀传导至各个孔内的碳氢固体燃料。其中，反应腔为一锥形中空反应腔，锥形中空反应腔的开口面向高能流太阳能光线，锥形中空反应腔的形状贴合高能流太阳能光线的入射光路，降低再辐射造成的损失。其中，多孔床层结构由高导热率材料制作而成。
[0009]根据本公开的实施例，其中，热化学反应装置还包括：测温装置，设置在进气管道的入口处、高能流太阳能光线的聚焦点以及多孔床层结构中部；测温装置用于获取进气管道的入口处的第一温度、太阳能光线的聚焦点的第二温度以及反应腔内的第三温度。
[0010]根据本公开的实施例，热化学反应装置的高度可以整体上下调节，使高能流太阳能光线聚焦在反应腔内不同点位，实现配合聚焦以及调整反应区域的光斑面积和能流密度分布的作用。
[0011]根据本公开的实施例，其中，热化学反应装置还包括：盖板，覆盖在反应腔的开口处，盖板由石英玻璃板构成，用于使高能流太阳能光线射入反应腔以及密封反应腔。
[0012]根据本公开的实施例，其中，高能流太阳模拟装置包括多组氙灯，用于将高能流太阳能光线均匀投射至反应腔内；氙灯的灯头上还设有透镜，高能流太阳能光线通过透镜折射后聚焦在反应腔内部的多孔床层结构的中心处。
[0013]根据本公开的实施例，其中，进气管道与第一载气存储装置的出口之间设有第一阀门，第一阀门用于控制是否向反应腔中输入烷烃气体；进料口连接第二载气存储装置的
出口以及进料装置的出口之间设有第二阀门，第二阀门用于控制是否利用惰性气体向反应腔中输入碳氢固体燃料。
[0014]根据本公开的实施例，其中，气体分析装置对气化合成气或重整合成气进行气体成分分析，具体包括：气体分析装置分别对基于高能流太阳能光线、所述加热炉或所述加热炉辅助高能流太阳能光线提供的热量所反应产生的合成气进行气体成分分析，得到第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果，并对比第一分析结果、第二分析结果和第三分析结果，得到结果信息，其中，结果信息用于优化高能流太阳能光线驱动碳氢固体燃料气化反应和烷烃气体重整热化学反应在热化学反应装置的反应特性。
[0015]根据本公开的实施例，还包括：流量控制装置，用于监测及控制高温水蒸气、烷烃气体以及携带有碳氢固体燃料的惰性气体的流量；气体冷却装置，用于将热化学反应装置内产生的气化合成气或重整合成气进行冷却和过滤后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多用途太阳能热化学反应测试系统，包括：高能流太阳模拟装置(A)、蒸汽发生装置(B)、第一载气存储装置(C)、第二载气存储装置(D)、进料装置(E)、热化学反应装置(F)和气体分析装置(G)，其中：所述高能流太阳模拟装置(A)，用于模拟产生高能流太阳能光线，并将该高能流太阳能光线射入所述热化学反应装置(F)；所述蒸汽发生装置(B)，用于产生高温水蒸气，并将该高温水蒸气输入至所述热化学反应装置(F)；所述第一载气存储装置(C)，用于存储烷烃气体，并将该烷烃气体输入至所述热化学反应装置(F)；所述第二载气存储装置(D)，用于存储惰性气体，并通过所述惰性气体将碳氢固体燃料连续地吹入所述热化学反应装置(F)；所述进料装置(E)，用于投入所述碳氢固体燃料，并控制所述碳氢固体燃料的进料速度；所述热化学反应装置(F)，基于所述高能流太阳能光线提供的热量，并驱动输入的所述高温水蒸气和所述碳氢固体燃料进行碳氢固体燃料气化反应产生气化合成气，或者驱动输入的所述高温水蒸气和所述烷烃气体进行烷烃气体重整热化学反应产生重整合成气；气体分析装置(G)，用于对所述气化合成气或所述重整合成气进行气体成分分析。2.根据权利要求1所述的多用途太阳能热化学反应测试系统，其中，所述热化学反应装置(F)至少包括反应腔(1)和多孔床层结构(3)，其中：所述高能流太阳能光线射入所述反应腔(1)内，所述反应腔(1)上设有进气管道(11)和进料口(12)，所述进气管道(11)连接所述蒸汽发生装置(B)的出口以及所述第一载气存储装置(C)的出口，用于向所述反应腔(1)连续地输入所述高温水蒸气或输入所述高温水蒸气和所述烷烃气体，所述进料口(12)连接所述第二载气存储装置(D)的出口以及进料装置(E)的出口，利用惰性气体向所述反应腔(1)连续地输入所述碳氢固体燃料；所述多孔床层结构(3)设于所述反应腔(1)内部，且位于所述进料口(12)的出口处，所述多孔床层结构(3)用于使经所述进料口(12)输入的碳氢固体燃料均匀分布在所述多孔床层结构(3)的各个孔内，并将所述高能流太阳能光线提供的热量均匀传导至各个孔内的碳氢固体燃料；所述多孔床层结构(3)还可以作为烷烃气体重整热化学反应催化剂的多孔基材载体，用以提高烷烃气体重整热化学反应的反应动力学和反应转化率。3.根据权利要求2所述的多用途太阳能热化学反应测试系统，其中，所述热化学反应装置(F)还包括：加热炉(2)，设于所述反应腔(1)周围，用于向所述反应腔(1)提供热量；多孔床层结构(3)，多孔床层结构还用于将所述加热炉(2)提供的热量均匀传导至各个孔内的碳氢固体燃料；其中，所述反应腔(1)为一锥形中空反应腔，所述锥形中空反应腔的开口面向所述高能流太阳能光线，所述锥形中空反应腔的形状贴合所述高能流太阳能光线的入射光路，所述多孔床层结构(3)由高导热率...
【专利技术属性】
技术研发人员：白章，谷宇成，巩亮，胡文鑫，王硕硕，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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