【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，具体涉及一种在甲烷光热催化干重整中实现太阳能热量存储并在反应器温度低于设定值时进行温度补偿的一体化装置。
技术介绍
1、甲烷干重整反应能够将甲烷和二氧化碳有效转化为氢气和一氧化碳的合成气，对于促进温室气体的高效利用和减排具有重要意义。
2、然而传统流化床甲烷干重整反应需要在700℃以上的高温下进行，若依赖传统能量输入仍需增加较多的碳排放量。利用太阳能对甲烷干重整反应进行光热催化，一方面能够利用太阳能为反应提供热量，使得热量的提供来源绿色环保，另一方面，光照的引入又能降低反应活化能，使得反应更易发生。
3、甲烷干重整反应面临着催化剂积碳失活问题，对失活催化剂的定期再生是系统连续运作的重要一环，如何实现催化干重整流化床反应器和再生流化床反应器之间的能量之间的协同利用和多余热量的存储是反应系统设计和优化的关键所在。尤其是对于再生反应器而言，若能实现对流化颗粒太阳能吸收热量的储存并加以利用，其对于我国太阳能丰富地区的能源利用和合成气与高附加值产物的制备具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有甲烷干重整反应效率低、易积碳、反应过程二次碳排放以及能量存储效率低等问题，提出了一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，旨在提高甲烷干重整系统反应性能并实现太阳能热量的高效存储与动态利用。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，
4、进一步地，催化干重整流化床系统包括催化干重整流化床反应器2、催化剂入口3、甲烷进气口7、二氧化碳主进气口8、二氧化碳辅进气口9、流量计10、流量监测与反馈系统11、出料阀12。催化干重整流化床反应器2置于太阳能聚光装置1中，催化干重整流化床反应器2内部设置换热管路4和换热管路5，催化干重整流化床反应器2底部设有甲烷进气口7、二氧化碳主进气口8、二氧化碳辅进气口9，催化干重整流化床反应器2顶部出口气体流量由流量计10监测，流量计10与流量监测与反馈系统11相连。
5、进一步地，再生流化床系统包括再生流化床反应器13、提升管14、空气入口15、旋风分离器16、二氧化碳吸收与再生装置17、二氧化碳出口18、热交换器19、回料阀21、阀门22、加氢还原装置23和再生加氢后的催化剂出口24。再生流化床反应器13和提升管14置于太阳能聚光装置1中，再生流化床反应器13底部设有空气入口15，提升管14与再生流化床反应器13相连，提升管14顶部与旋风分离器16相连，旋风分离器16顶部气体出口与二氧化碳吸收与再生装置17相连，旋风分离器16底部颗粒出口与热交换器19相连，热交换器19内部设置换热管路20，热交换器19底部与加氢还原装置23相连。
6、进一步地，催化干重整储能系统包括储热罐6和换热管路5，换热管路5的两个口a和b与储热罐6相连，口a位于储热罐6上部，口b位于储热罐6下部。
7、进一步地，再生储能系统包括储热罐25、换热管路4和换热管路20，换热管路4的两个口c和d与储热罐25相连，口c位于储热罐25上部，口d位于储热罐25下部；换热管路20的两个口e和f与储热罐25相连，口e位于储热罐25上部，口f位于储热罐25下部。
8、进一步地，再生加氢后的催化剂出口24与催化剂入口3相连，流量监测与反馈系统11用于控制出料阀12、返料阀21和阀门22，当流量监测与反馈系统11监测到流量计10低于额定值时，通过控制出料阀12使得失活催化剂由催化干重整流化床反应器2输送至再生流化床反应器13中进行催化剂的再生，同时再生加氢后的催化剂出口24为催化剂入口3提供催化剂补给，控制阀门22使得再生催化剂颗粒由热交换器20部分进入加氢还原装置23中实现催化剂的加氢还原，当催化剂再生反应完成后，再生后的催化颗粒作为载热介质，通过返料阀21开启，实现太阳能向储热装置的能量传输。
9、进一步地，二氧化碳出口18与二氧化碳辅进气口9相连，通过利用催化剂再生反应中去除积碳产生的二氧化碳实现反应体系中二氧化碳的循环利用。
10、进一步地，催化干重整流化床反应器2中设定的温度范围为600℃-700℃。
11、进一步地，再生流化床反应器13中设定的温度范围为500℃-700℃。
12、进一步地，当催化干重整流化床反应器2内温度高于设定值时，储热介质由换热管路5的b口流出并由a口流入，实现甲烷催化干重整反应的同时存储多余热量；当催化干重整流化床反应器2内温度低于设定值时，储热介质由换热管路5的a口流出并由b口流入，为甲烷催化干重整反应提供部分热量，换热管路5内部介质的流速由电脑程序控制。
13、进一步地，当再生流化床反应器再生颗粒流过热交换器19时，储热介质由换热管路20的f口流出并由e口流入，实现太阳能热量的存储；当催化干重整流化床反应器2内温度低于设定值时，储热介质由换热管路4的c口流出并由d口流入，为甲烷催化干重整反应提供热量，换热管路4和20内部介质的流速由电脑程序控制。
14、本专利技术与现有技术相比具有以下增益效果：
15、1. 本专利技术将催化干重整流化床反应器和再生流化床反应器置于太阳能聚光装置中，利用太阳能为反应器提供热量，避免了传统能量输入带来的二次碳排放，同时太阳能光照能够降低甲烷干重整的活化能，促进反应的进行。再生流化床系统与再生储能系统相连，实现在太阳能输入能量很强时对流化颗粒太阳能吸收热量的储存。催化干重整流化床系统与催化干重整储能系统相连，实现在太阳能输入能量很强时催化干重整流化床系统多余能量的存储。本专利技术实现了太阳能与化学能的协同利用与能量存储。
16、2. 本专利技术的催化干重整储能系统能够对催化干重整反应低于额定反应温度时进行温度补偿，通过电脑程序控制催化干重整储能系统储热介质在换热管路内的流向和流速，为甲烷催化干重整反应提供部分热量。再生储能系统也能够对催化干重整反应低于额定反应温度时进行额外温度补偿。本专利技术实现了存储能量的动态调节利用，保证了系统的连续和高效运行。
17、3. 本专利技术将利用催化干重整反应系统出口气体流量监测对催化干重整流化床反应系统的出料阀、连接热交换器和加氢还原装置间的阀门以及再生流化床系统的返料阀进行反馈调节，在催化剂颗粒积碳失活后进行催化剂再生，为甲烷干重整反应器提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于：它包括一个太阳能聚光装置1，该装置能实现太阳能的聚光和集热，为化学反应和储能提供光照和热量；两个流化床系统，分别为催化干重整流化床系统和再生流化床系统，其中催化干重整流化床系统用于实现光热催化甲烷干重整制备一氧化碳和氢气合成气，再生流化床系统用于催化剂再生；两个储能系统，包括催化干重整储能系统和再生储能系统，其中催化干重整储能系统用于存储催化干重整流化床反应器2中的多余热量并在低于反应温度时进行温度补偿，再生储能系统用于存储再生流化床系统中的热量并在催化干重整反应低于反应温度时进行温度补偿。
2.根据权利要求1所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于催化干重整流化床系统包括催化干重整流化床反应器2、催化剂入口3、甲烷进气口7、二氧化碳主进气口8、二氧化碳辅进气口9、流量计10、流量监测与反馈系统11、出料阀12；催化干重整流化床反应器2置于太阳能聚光装置1中，催化干重整流化床反应器2内部设置换热管路4和换热管路5，催化干重整流化床反应器2底部设有甲烷进气口7、二氧化碳主进气口8、二
3.根据权利要求1所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于再生流化床系统包括再生流化床反应器13、提升管14、空气入口15、旋风分离器16、二氧化碳吸收与再生装置17、二氧化碳出口18、热交换器19、回料阀21、阀门22、加氢还原装置23和再生加氢后的催化剂出口24；再生流化床反应器13和提升管14置于太阳能聚光装置1中，再生流化床反应器13底部设有空气入口15，提升管14与再生流化床反应器13相连，提升管14顶部与旋风分离器16相连，旋风分离器16顶部气体出口与二氧化碳吸收与再生装置17相连，旋风分离器16底部颗粒出口与热交换器19相连，热交换器19内部设置换热管路20，热交换器19底部与加氢还原装置23相连。
4.根据权利要求1所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于催化干重整储能系统包括储热罐6和换热管路5，换热管路5的两个口a和b与储热罐6相连，口a位于储热罐6上部，口b位于储热罐6下部；再生储能系统包括储热罐25、换热管路4和换热管路20，换热管路4的两个口c和d与储热罐25相连，口c位于储热罐25上部，口d位于储热罐25下部；换热管路20的两个口e和f与储热罐25相连，口e位于储热罐25上部，口f位于储热罐25下部。
5.根据权利要求1所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于再生加氢后的催化剂出口24与催化剂入口3相连，流量监测与反馈系统11用于控制出料阀12、返料阀21和阀门22，当流量监测与反馈系统11监测到流量计10低于额定值时，通过控制出料阀12使得失活催化剂由催化干重整流化床反应器2输送至再生流化床反应器13中进行催化剂的再生，同时再生加氢后的催化剂出口24为催化剂入口3提供催化剂补给，控制阀门22使得再生催化剂颗粒由热交换器20部分进入加氢还原装置23中实现催化剂的加氢还原，当催化剂再生反应完成后，再生后的催化颗粒作为载热介质，通过返料阀21开启，实现太阳能向储热装置的能量传输。
6.根据权利要求1所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于二氧化碳出口18与二氧化碳辅进气口9相连，通过利用催化剂再生反应中去除积碳产生的二氧化碳实现反应体系中二氧化碳的循环利用。
7.根据权利要求2所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于催化干重整流化床反应器2中设定的温度范围为600℃-700℃。
8.根据权利要求3所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于再生流化床反应器13中设定的温度范围为500℃-700℃。
9.根据权利要求4所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于当催化干重整流化床反应器2内温度高于设定值时，储热介质由换热管路5的b口流出并由a口流入，实现甲烷催化干重整反应的同时存储多余热量；当催化干重整流化床反应器2内温度低于设定值时，储热介质由换热管路5的a口流出并由b口流入，为甲烷催化干重整反应提供部分热量，换热管路5内部介质的流速由电脑程序控制。
10.根据权利要求4所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于再生颗粒流过热交换器19时，储热介质由换热管路20的f口流出并由e口流入，实现太阳能热量的存储；当催化干重整流化床反应器2内...
【技术特征摘要】
1.一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于：它包括一个太阳能聚光装置1，该装置能实现太阳能的聚光和集热，为化学反应和储能提供光照和热量；两个流化床系统，分别为催化干重整流化床系统和再生流化床系统，其中催化干重整流化床系统用于实现光热催化甲烷干重整制备一氧化碳和氢气合成气，再生流化床系统用于催化剂再生；两个储能系统，包括催化干重整储能系统和再生储能系统，其中催化干重整储能系统用于存储催化干重整流化床反应器2中的多余热量并在低于反应温度时进行温度补偿，再生储能系统用于存储再生流化床系统中的热量并在催化干重整反应低于反应温度时进行温度补偿。
2.根据权利要求1所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于催化干重整流化床系统包括催化干重整流化床反应器2、催化剂入口3、甲烷进气口7、二氧化碳主进气口8、二氧化碳辅进气口9、流量计10、流量监测与反馈系统11、出料阀12；催化干重整流化床反应器2置于太阳能聚光装置1中，催化干重整流化床反应器2内部设置换热管路4和换热管路5，催化干重整流化床反应器2底部设有甲烷进气口7、二氧化碳主进气口8、二氧化碳辅进气口9，催化干重整流化床反应器2顶部出口气体流量由流量计10监测，流量计10与流量监测与反馈系统11相连。
3.根据权利要求1所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于再生流化床系统包括再生流化床反应器13、提升管14、空气入口15、旋风分离器16、二氧化碳吸收与再生装置17、二氧化碳出口18、热交换器19、回料阀21、阀门22、加氢还原装置23和再生加氢后的催化剂出口24；再生流化床反应器13和提升管14置于太阳能聚光装置1中，再生流化床反应器13底部设有空气入口15，提升管14与再生流化床反应器13相连，提升管14顶部与旋风分离器16相连，旋风分离器16顶部气体出口与二氧化碳吸收与再生装置17相连，旋风分离器16底部颗粒出口与热交换器19相连，热交换器19内部设置换热管路20，热交换器19底部与加氢还原装置23相连。
4.根据权利要求1所述的一种光热催化甲烷干重整与储能的流化床一体化装置，其特征在于催化干重整储能系统包括储热罐6和换热管路5，换热管路5的两个口a和b与储热罐6相连，口a位于储热罐6上部，口b位于储热罐6下部；再生储能系统包括储热罐25、换热管路4和换热管路20，换热管路4的两个口c...
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