一种聚光太阳能熔融盐热解含碳物料制合成气的系统技术方案

本发明专利技术属于太阳能热利用及有机废弃物洁净转化利用相关技术领域，并公开了一种聚光太阳能熔融盐热解含碳物料制合成气的系统，其包括太阳能供能及聚焦单元、熔融盐热交换单元、含碳物料热解反应单元、产物催化重整单元以及控制终端，其中通过采用聚光太阳能作为高温热源对盐进行加热熔融，再将熔融盐与含碳物料在改良后的热解反应器中混合进行热解反应，最后将气体产物进行催化重整再作收集，同时搭配合理的反馈调控系统，使之能在太阳能条件下更高效、合理的运行。通过本发明专利技术，成功克服了传统太阳能使用缺陷，提高含碳物料的热解效率，并极大降低传统热解所需的能量消耗，同时提高合成气的产率，达到高效利用太阳能对含碳物料进行加值转化的目的。

A system for syngas production from carbon-containing materials pyrolyzed by solar molten salt

The invention belongs to the related technical fields of solar thermal utilization and clean conversion and utilization of organic wastes, and discloses a system for syngas production from carbon-containing materials pyrolyzed by concentrating solar molten salt, which includes solar energy supply and focusing unit, molten salt heat exchange unit, carbon-containing material pyrolysis reaction unit, product catalytic reforming unit and control terminal, in which the concentrator is adopted. As a high-temperature heat source, solar energy melts salt by heating, then mixes molten salt with carbon-containing materials in an improved pyrolysis reactor for pyrolysis reaction. Finally, the gas products are catalytically reformed and collected. At the same time, a reasonable feedback control system is used to make the molten salt run more efficiently and reasonably under solar conditions. The invention successfully overcomes the shortcomings of traditional solar energy, improves the pyrolysis efficiency of carbon-containing materials, greatly reduces the energy consumption required by traditional pyrolysis, and improves the yield of syngas, so as to achieve the goal of high-efficiency use of solar energy to add value to carbon-containing materials.

【技术实现步骤摘要】
一种聚光太阳能熔融盐热解含碳物料制合成气的系统
本专利技术属于太阳能热利用及有机废弃物洁净转化利用相关
，更具体地，涉及一种聚光太阳能熔融盐热解含碳物料制合成气的系统。
技术介绍
随着人类生产生活的快速发展，各类生物质材料和城市生活垃圾数量倍增，而传统的焚烧或填埋技术并不具备清洁性，会极大地污染生态环境，并不符合可持续性发展道路。因此，科学环保的含碳物料处理方案亟待学者们开发。而今，太阳能因其可再生、分布广泛、储量巨大、利用简单而格外受到重视。由于太阳能属于辐射能，具有瞬时性的特点，无法保证太阳能持续稳定地输出；同时具有区域性，在各地区分布并不均匀。为了克服太阳能的这些缺点，太阳能利用技术往往需要与储能装置搭配使用。综合考虑两者过后，一种含碳物料太阳能热解技术逐渐进入了人们的视线。所谓含碳物料太阳能热解技术，是通过聚光器提高太阳的入射强度，可提供高达2000℃的高温，驱动含碳物料发生高温热解，清洁处理掉含碳物料的同时，将部分太阳能转化为化学能加以储存，便于运输使用。现有的技术中已经提出了一些解决方案，期望能够获得尽可能高的能量收益。例如，CN105112080A提出了一种太阳能热解反应装置，使用聚焦太阳光直接照射真空集热管，使生物质原料在其中热解，再进行产物分离得到生物燃气、生物炭、木醋液和木焦油，基于太阳能热解将生物质转化为可用资源；又例如CN207775144U提出的一种太阳能与生物质能耦合热解装置，对光线进行追踪当太阳光充足时，使用太阳能热源，将原料热解，而太阳光不充足时，则燃烧生物质供热作为热源，用以解决太阳能的瞬时性缺陷。然而，进一步的研究表明，现有的技术仍存以下的缺陷或不足：首先，这类技术并未全面而实质的解决太阳能的缺陷带来的问题，使用生物质燃烧辅助提供热解所需热量，仅仅有限弥补了瞬时性的缺陷，仍存在传统生物质焚烧方案中的污染问题；其次，使用太阳能直接加热生物质原料的换热效率并不高，从而导致太阳能的使用效率低下，极大限制了太阳能的高品位利用。相应地，含碳物料的太阳能热解领域亟需做出进一步的改良，以便更好地符合现代太阳能利用技术及有机废弃物的洁净转化利用领域的大环境。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种聚光太阳能熔融盐热解含碳物料合成气的系统，其中通过对其关键组成模块及其相互设置方式进行重新设计、尤其是引入了熔融盐换热和含碳物料热解反应的联合作用机理，不仅极大提高了换热效率，便于后续的产物催化过程，可获得更高质量和产量的合成气，而且通过对整个系统的构造布局和实时调控改进，相应在使用其他热源的前提下，有效地解决了太阳能瞬时性带来的使用困扰。相应地，按照本专利技术，提供了一种聚光太阳能熔融盐热解含碳物料合成气的系统，其特征在于，该系统包括太阳能供能及聚焦单元、熔融盐热交换单元、含碳物料热解反应单元、产物催化重整单元以及控制终端，其中：所述太阳能供能及聚焦单元包括抛物面聚光器，用于将入射的太阳能聚焦后，导向设置于邻近一侧的所述熔融盐热交换单元以进行加热；所述熔融盐热交换单元包括光能利用室、盐室和真空泵，其中该盐室设置在所述光能利用室中，它的内部容纳有混合盐且接受太阳能以变得熔融；此外，当所述盐室中的测温装置测得该熔融盐的温度高于800℃时，所述控制终端发出指令启动所述真空泵，将熔融盐从所述盐室抽入至所述含碳物料热解反应单元中，直至达到指定量为止；所述含碳物料热解反应单元包括热解反应器，该热解反应器除了具备用于投放含碳物料的给料口和用于抽入所述熔融盐的盐入口之外，还具备位于上部的气体出口和位于下部的盐出口；其中被投放的含碳物料于熔融盐中进行热解反应，并产生热解气；当被抽入的熔融盐达到指定量后，所述控制终端发出指令控制所述真空泵继续从所述盐室抽取熔融盐且减缓抽取速度，同时启动与所述盐出口相连的阀门，将所述热解反应器中的熔融盐以同等速率导向所述盐室重新加热，由此确保所述热解反应器中熔融盐保持所需的体积和温度；所述产物催化重整单元包括催化管和冷凝管，其中该催化管的一端与所述热解反应器的所述气体出口保持相连，另外一端与所述冷凝管的入口保持相连；此外，该催化管内部存储有催化剂且被设置为经过所述光能利用室以便利用太阳能对催化剂进行预热，当所述热解反应器产生的热解气被导入此催化管中时，预热后的催化剂对其进行催化重整得到只含有极少量热解油的粗合成气；该粗合成气继续被导入到所述冷凝器中，分离出热解油流入储油罐，并最终将剩余的更纯净的合成气导入储气罐。作为进一步优选地，所述光能利用室的内壁优选设置有热电偶，并用于不断将熔融盐的实时温度数据传输给所述控制终端。作为进一步优选地，所述热解反应器优选是带顶的圆柱罐，并在罐身设有所述给料口、盐入口、盐出口、气体出口；其中所述盐入口优选设计为其延伸方向为圆柱罐该水平截面的非直径弦，并确保熔融盐流入后呈漩涡状运动；所述盐出口被设计为经过残碳过滤器和所述阀门后与所述盐室通过管道相连，并且其延伸方向为倾斜向下；所述气体出口被设计为位于整个圆柱罐的顶端。作为进一步优选地，所述热解反应器的内部还包括热解篮，该热解篮上优选设计具有小于50mm的孔隙。作为进一步优选地，所述热解反应器中优选内置水浸传感器来持续监测其内部熔融盐的量，并将信号实时传输给所述控制终端。作为进一步优选地，所述阀门优选为可控制盐流量的球阀或其他类型阀门。作为进一步优选地，对于所述混合盐而言，其优选为三元共晶碳酸盐，进一步优选为摩尔比1：1：1的Li2CO3-Na2CO3-K2CO3的混合盐，并且其熔点约为400℃。作为进一步优选地，所述催化管内部优选采用Ni/Al2O3作为热解气重整的催化剂。作为进一步优选地，所述含碳物料包括以下物质中的一种或组合：煤炭、石油焦、生物质、城市生活垃圾等。作为进一步优选地，当所述盐室中的熔融盐的温度下降至预设的阈值后，所述控制终端发出指令使得所述真空泵和所述给料口停止工作，并在为所述热解反应器中的剩余物料流出一定的反应时候后，接着将所述阀门全开以便让熔融盐从所述热解反应器更快地流出，并进入到所述盐室中储存且等待下一次太阳光达到反应所需条件时继续运行。作为进一步优选地，所述热电偶、水浸传感器与所述控制终端之间优选构成为一个反馈调节系统，其中热电偶和水浸传感器会将所述盐室中盐的实时温度和所述热解反应器中的熔融盐量反馈到所述控制终端，之后由该控制终端根据收到的数据，相应控制所述真空泵、给料口、阀门的运行状态。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有的各类设备相比，通过对其关键组成模块及其具体设置方式、尤其是熔融盐的循环利用和催化重整的工作方式等方面进行研究和设计，相应与现有设备相比，能够显著改善对能量利用率、能耗和物质利用的优化配置，同时借助于熔融盐强化对含碳物料的传热，不仅更为高效利用太阳能，而且极大程度地提高了合成气的产量，因而尤其适合于各类高效利用太阳能对含碳物料进行加值转化的应用场合。附图说明图1是按本专利技术所构建的聚光太阳能熔融盐热解含碳物料合成气的系统的整体构造示意图；图2是更为具体地解释说明本专利技术的整体系统工作原理及运行流程图；图3是示范性显示本专利技术所使用的反馈调节方案的示意图；图4是按照本专利技术的优选实施例的热解反应器的结构示意图。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚光太阳能熔融盐热解含碳物料制合成气的系统，其特征在于，该系统包括太阳能供能及聚焦单元、熔融盐热交换单元、含碳物料热解反应单元、产物催化重整单元以及控制终端，其中：所述太阳能供能及聚焦单元包括抛物面聚光器(13)，用于将入射的太阳能聚焦后，导向设置于邻近一侧的所述熔融盐热交换单元以进行加热；所述熔融盐热交换单元包括光能利用室(7)、盐室(8)和真空泵(6)，其中该盐室(8)设置在所述光能利用室(7)中，它的内部容纳有混合盐且接受太阳能以变得熔融；此外，当所述盐室中的测温装置测得该熔融盐的温度高于800℃时，所述控制终端发出指令启动所述真空泵(6)，将熔融盐从所述盐室(8)抽入至所述含碳物料热解反应单元中，直至达到指定量为止；所述含碳物料热解反应单元包括热解反应器(1)，该热解反应器(1)除了具备用于投放含碳物料的给料口(3)和用于抽入所述熔融盐的盐入口(5)之外，还具备位于上部的气体出口(4)和位于下部的盐出口(16)；其中被投放的含碳物料于熔融盐中进行热解反应，并产生热解气；当被抽入的熔融盐达到指定量后，所述控制终端发出指令控制所述真空泵(6)继续从所述盐室抽取熔融盐且减缓抽取速度，同时启动与所述盐出口相连的阀门(14)，将所述热解反应器中的熔融盐以同等速率导向所述盐室(8)重新加热，由此确保所述热解反应器中熔融盐保持所需的体积和温度；所述产物催化重整单元包括催化管(9)和冷凝管(10)，其中该催化管(9)的一端与所述热解反应器的所述气体出口保持相连，另外一端与所述冷凝管(10)的入口保持相连；此外，该催化管内部存储有催化剂且被设置为经过所述光能利用室(7)以便利用太阳能对催化剂进行预热，当所述热解反应器(1)产生的热解气被导入此催化管中时，预热后的催化剂对其进行催化重整得到只含有极少量热解油的粗合成气；该粗合成气继续被导入到所述冷凝器(10)中，分离出热解油流入储油罐(12)，并最终将剩余的更纯净的合成气导入储气罐(11)。...

【技术特征摘要】
1.一种聚光太阳能熔融盐热解含碳物料制合成气的系统，其特征在于，该系统包括太阳能供能及聚焦单元、熔融盐热交换单元、含碳物料热解反应单元、产物催化重整单元以及控制终端，其中：所述太阳能供能及聚焦单元包括抛物面聚光器(13)，用于将入射的太阳能聚焦后，导向设置于邻近一侧的所述熔融盐热交换单元以进行加热；所述熔融盐热交换单元包括光能利用室(7)、盐室(8)和真空泵(6)，其中该盐室(8)设置在所述光能利用室(7)中，它的内部容纳有混合盐且接受太阳能以变得熔融；此外，当所述盐室中的测温装置测得该熔融盐的温度高于800℃时，所述控制终端发出指令启动所述真空泵(6)，将熔融盐从所述盐室(8)抽入至所述含碳物料热解反应单元中，直至达到指定量为止；所述含碳物料热解反应单元包括热解反应器(1)，该热解反应器(1)除了具备用于投放含碳物料的给料口(3)和用于抽入所述熔融盐的盐入口(5)之外，还具备位于上部的气体出口(4)和位于下部的盐出口(16)；其中被投放的含碳物料于熔融盐中进行热解反应，并产生热解气；当被抽入的熔融盐达到指定量后，所述控制终端发出指令控制所述真空泵(6)继续从所述盐室抽取熔融盐且减缓抽取速度，同时启动与所述盐出口相连的阀门(14)，将所述热解反应器中的熔融盐以同等速率导向所述盐室(8)重新加热，由此确保所述热解反应器中熔融盐保持所需的体积和温度；所述产物催化重整单元包括催化管(9)和冷凝管(10)，其中该催化管(9)的一端与所述热解反应器的所述气体出口保持相连，另外一端与所述冷凝管(10)的入口保持相连；此外，该催化管内部存储有催化剂且被设置为经过所述光能利用室(7)以便利用太阳能对催化剂进行预热，当所述热解反应器(1)产生的热解气被导入此催化管中时，预热后的催化剂对其进行催化重整得到只含有极少量热解油的粗合成气；该粗合成气继续被导入到所述冷凝器(10)中，分离出热解油流入储油罐(12)，并最终将剩余的更纯净的合成气导入储气罐(11)。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光能利用室(7)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾阔，刘年，陈汉平，杨海平，何肖，杨心怡，宋杨，丁智，刘晴川，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42