CH715241A2 - Process for the production of syngas with the help of solar radiation and a solar reactor receiver. - Google Patents

Process for the production of syngas with the help of solar radiation and a solar reactor receiver. Download PDF

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CH715241A2
CH715241A2 CH00974/18A CH9742018A CH715241A2 CH 715241 A2 CH715241 A2 CH 715241A2 CH 00974/18 A CH00974/18 A CH 00974/18A CH 9742018 A CH9742018 A CH 9742018A CH 715241 A2 CH715241 A2 CH 715241A2
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Syngas mit Hilfe von Sonnenstrahlung, bei welchem der Reaktor eines Receiver-Reaktors (4) über eine in diesem vorgesehene Öffnung (13) für Sonnenstrahlung durch die Sonnenstrahlung (13) periodisch für einen Reduktionsprozess bis auf eine obere Reduktionstemperatur erwärmt und danach für einen Oxidationsprozess in Gegenwart eines Oxidationsgases bis auf eine untere Oxidationstemperatur gekühlt wird, wobei das Sonnenlicht (3) durch eine Absorptionskammer (15) hindurch auf einen als Reaktor ausgebildeten Absorber (14) geführt wird, der ein reduzierbares/oxidierbares Material aufweist, und wobei ein die Schwarzkörperstrahlung (55) des Absorbers (14) absorbierendes Gas durch die Absorptionskammer (15) geleitet und diese derart ausgebildet wird, dass die Rückstrahlung des Absorbers (14) durch die Öffnung (13) im Wesentlichen durch das Gas absorbiert wird. Dadurch werden erfindungsgemäss Strahlungsverluste durch Rückstrahlung der Schwarzkörperstrahlung (55) aus der optischen Öffnung (13) hinaus vermieden. Die Wärme der Rückstrahlung ist jedoch direkt im Wärme transportierenden Fluid nutzbar und steht für eine flexible Nutzung bereit. Der Receiver-Reaktor (4) einfach konstruiert und als Low-Cost-Receiver-Reaktor geeignet.The invention relates to a method for producing syngas with the aid of solar radiation, in which the reactor of a receiver reactor (4) periodically for an reduction process to an upper one via an opening (13) provided therein for solar radiation through the solar radiation (13) The reduction temperature is heated and then cooled to a lower oxidation temperature for an oxidation process in the presence of an oxidation gas, the sunlight (3) being passed through an absorption chamber (15) onto an absorber (14) designed as a reactor, which is a reducible / oxidizable material and wherein a gas which absorbs the blackbody radiation (55) of the absorber (14) is passed through the absorption chamber (15) and the latter is formed such that the reflection of the absorber (14) through the opening (13) is essentially absorbed by the gas becomes. As a result, radiation losses due to retroreflection of the blackbody radiation (55) from the optical opening (13) are avoided. However, the heat of the retroreflection can be used directly in the heat-transporting fluid and is available for flexible use. The receiver reactor (4) has a simple design and is suitable as a low-cost receiver reactor.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen solaren Receiver-Reaktor, d.h. einen Reaktor, der direkt durch die Energie der Sonnenstrahlung betrieben wird.Description The present invention relates to a solar receiver reactor, i.e. a reactor that is powered directly by the energy of solar radiation.

[0002] Einer der zahlreichen Anwendungsfälle liegt im Bereich der Herstellung solarer Brennstoffe (solar fuels), deren Ausgangsstoffe H2 (Wasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid) unter Zufuhr von Energie - namentlich Wärme bei hohen Temperaturen - aus H2O (Wasser) und CO2 (Kohlendioxid) gebildet werden. Ein Gasgemisch, welches hauptsächlich H2 und CO - neben weiteren Gasen - enthält, nennt man Synthesegas oder einfach Syngas. Dieses Syngas dient der Herstellung von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoff-Treibstoffen.One of the numerous applications is in the field of the production of solar fuels (solar fuels), the starting materials H2 (hydrogen) and CO (carbon monoxide) with the addition of energy - namely heat at high temperatures - from H 2 O (water) and CO 2 (carbon dioxide) are formed. A gas mixture that mainly contains H 2 and CO - in addition to other gases - is called synthesis gas or simply syngas. This syngas is used to produce liquid or gaseous hydrocarbon fuels.

[0003] Bevorzugt wird Syngas durch eine Redoxreaktion gewonnen, sodass der Reaktor wechselweise zwischen einer oberen, der Reduktionstemperatur Treci und einer unteren, der Oxidationstemperatur Tox, betrieben werden muss.Syngas is preferably obtained by a redox reaction, so that the reactor must be operated alternately between an upper, the reduction temperature T rec i and a lower, the oxidation temperature T ox .

[0004] In einer ETH Dissertation No. 21864 «SOLAR THERMOCHEMICAL CO2 AND H2O SPLITTING VIA CERIA REDOX REACTIONS» von Philipp Furier wird ein experimenteller, solarer Cerium-Reaktor beschrieben, mit welchem unter Einstrahlung von konzentriertem Sonnenlicht (2865 Sonnen, d.h. einer thermischen Strahlung von bis zu 2865 kW/m2) Synthesegas herstellbar ist.In an ETH dissertation no. 21864 "SOLAR THERMOCHEMICAL CO2 AND H2O SPLITTING VIA CERIA REDOX REACTIONS" by Philipp Furier describes an experimental, solar cerium reactor that uses concentrated sunlight (2865 suns, ie thermal radiation of up to 2865 kW / m 2 ) Synthesis gas can be produced.

[0005] Sonnenlicht in oben erwähnter Konzentration kann auf industrieller Basis beispielsweise mit einem Dish-Konzentrator gemäss der WO 2011/072 410 erzeugt werden, sodass die kommerzielle Produktion von Synthesegas unter Verwendung von erneuerbarer bzw. regenerierbarer Energie realistisch geworden ist. Zudem wird heute zunehmend Sonnenlicht in genügend konzentrierter Form in Solar-Turmkraftwerken erzeugt, wobei jedoch Receiver-Reaktoren in der Regel nicht vorgesehen sind, sondern Wärme erzeugt wird, die als Industriewärme von einem Verbraucher genutzt oder beispielsweise zur Stromerzeugung verwendet wird. Entsprechend erwärmt der Receiver des Trumkraftwerks ein Wärme transportierendes Medium auf eine Temperatur To, das vom Verbraucher gekühlt und den Receiver im Kreislauf zur erneuten Erwärmung mit einer Temperatur Tin wieder erreicht.Sunlight in the concentration mentioned above can be generated on an industrial basis, for example with a dish concentrator according to WO 2011/072 410, so that the commercial production of synthesis gas using renewable or regenerative energy has become realistic. In addition, sunlight is now increasingly being generated in a sufficiently concentrated form in solar tower power plants, although receiver reactors are generally not provided, but rather heat is generated which is used as industrial heat by a consumer or is used, for example, to generate electricity. Correspondingly, the receiver of the belt power station heats a heat-transporting medium to a temperature T o , which is cooled by the consumer and reaches the receiver in the circuit for renewed heating at a temperature T in .

[0006] In Solar-Turmkraftwerken werden im Wesentlichen räumlich ausgebildete Receiver eingesetzt, die für hohe Temperaturen geeignet sind, wie sie beispielsweise bei einer Konzentration von 500 Sonnen, 1000 Sonnen oder mehr erreicht werden. Solche Temperaturen liegen in der Regel über 800 K, und können in naher Zukunft den Bereich von 1500 K oder mehr erreichen. Solche Receiver können, allerdings in kleinerem Massstab, auch bei Dish-Konzentratoren verwendet werden. Als räumliche Receiver werden vorliegend Receiver bezeichnet, deren Abmessungen in alle drei Dimensionen vergleichbar gross sind, im Gegensatz zu rohrförmigen Receivern, die in Verbindung mit Trough- oder Rinnen -Kollektoren verwendet werden. Solche rohrförmigen Receiver besitzen eine Dimension, die Länge, die ein Vielfaches, im Bereich des Zehn- oder Hundertfachen oder mehr der Querschnittsabmessungen Breite bzw. Höhe beträgt. Receiver für Rinnenkollektoren sind nicht für die oben genannten Temperaturen ausgebildet, da der rinnenförmige Konzentrator in Bezug auf den Receiver in zwei Dimensionen konzentriert, das Feld der Heliostaten bei einem Turmkraftwerk oder ein Dish-Konzentrator jedoch in drei Dimensionen.In solar tower power plants essentially spatially trained receivers are used, which are suitable for high temperatures, such as can be achieved for example at a concentration of 500 suns, 1000 suns or more. Such temperatures are typically above 800 K, and may reach 1500 K or more in the near future. Such receivers can also be used in dish concentrators, albeit on a smaller scale. In the present case, spatial receivers are referred to as receivers, the dimensions of which are comparatively large in all three dimensions, in contrast to tubular receivers which are used in connection with trough or channel collectors. Such tubular receivers have a dimension, the length, which is a multiple, in the range of ten or a hundred times or more of the cross-sectional dimensions, width or height. Receivers for trough collectors are not designed for the temperatures mentioned above, since the trough-shaped concentrator concentrates in two dimensions with respect to the receiver, but the field of heliostats in a tower power plant or a dish concentrator, however, in three dimensions.

[0007] Unter Anderem sind Volumetrische Receiver bekannt, die auch für Solar-Turmkraftwerke geeignet sind, wobei sich in solchen Receivern die geforderten Temperaturen von mehr als 800 K, bis 1300 K, erreichen lassen. Allerdings führen die hohen Betriebstemperaturen zu erheblichem konstruktivem Aufwand.Among other things, volumetric receivers are known which are also suitable for solar tower power plants, the required temperatures of more than 800 K to 1300 K being able to be achieved in such receivers. However, the high operating temperatures lead to considerable design effort.

[0008] Volumetrische Receiver besitzen eine ausgedehnte Absorberstruktur, die beispielsweise aus einem voluminösen Drahtgeflecht oder einem offenporösen Keramikschaum bestehen kann. Die konzentrierte Sonnenstrahlung dringt dann in das Innere der Absorberstruktur ein und wird dort absorbiert. Ein Wärme transportierendes Medium wie Luft wird durch die offenporöse Absorberstruktur hindurch geleitet und nimmt so mittels erzwungener Konvektion an der offenporösen Absorberstruktur Wärme auf. Die Absorberstruktur kann auch aus einer Röhrenstruktur, einer in die Tiefe gestaffelten Gitterstruktur oder einer an sich beliebigen Struktur mit grosser Oberfläche bestehen, welche den konvektiven Wärmeübergang von der Absorberstruktur zum Wärme transportierenden Medium bewirkt, wenn dieses den Absorber durchströmt.Volumetric receivers have an extensive absorber structure, which can consist, for example, of a voluminous wire mesh or an open-pored ceramic foam. The concentrated solar radiation then penetrates into the interior of the absorber structure and is absorbed there. A heat-transporting medium such as air is passed through the open-porous absorber structure and thus absorbs heat from the open-porous absorber structure by means of forced convection. The absorber structure can also consist of a tubular structure, a lattice structure that is staggered in depth, or any structure with a large surface area that effects the convective heat transfer from the absorber structure to the heat-transporting medium when it flows through the absorber.

[0009] Ein volumetrischer Receiver ist beispielsweise durch das REFOS Projekt bekannt geworden (Receiver for solarhybrid gas turbine and combined cycle Systems; R. Buck, Μ. Abele, J. Kun-berger, T. Denk, P. Hellerand E. Lüpfert, in Journal de Physique IV France 9 (1999) ). Durch einen Receiver in der Art des gezeigten REFOS Receiver lässt sich eine Austrittstemperatur Tout von 1100 K, mit einem keramischen Absorber von 1300 K erreichen.A volumetric receiver has become known, for example, from the REFOS project (Receiver for solar hybrid gas turbine and combined cycle systems; R. Buck, Μ. Abele, J. Kun-berger, T. Denk, P. Hellerand E. Lüpfert, in Journal de Physique IV France 9 (1999)). An outlet temperature T out of 1100 K, with a ceramic absorber of 1300 K can be achieved by a receiver like the REFOS receiver shown.

[0010] Solche Receiver weisen den Nachteil auf, dass die Absorberstruktur aufwendig herzustellen und die Durchströmung des Absorbers oft instabil ist, insbesondere auf Grund einer sich im Betrieb unerwünscht einstellenden Temperaturverteilung, und dass für die Durchströmung beträchtliche Strömungsverluste in Kauf genommen werden müssen.Such receivers have the disadvantage that the absorber structure is complex to manufacture and the flow through the absorber is often unstable, in particular due to an undesirable temperature distribution during operation, and that considerable flow losses have to be accepted for the flow.

[0011] Gemäss der oben erwähnten ETH Dissertation wird in einem ersten, endothermischen Prozessschritt bis zu einer oberen Temperatur von 1800 K Cerium unter Bildung von Sauerstoff reduziert; anschliessend wird das Cerium nach dem Abschluss der Reduktion auf eine untere Temperatur von 1100 K gekühlt und in einem nachfolgenden Prozessschritt das Synthesegas durch exothermisches Reoxidieren produziert; dabei ist jedoch die endothermisch benötigte Wärme für die Produktion des Syngases viel grösser als die durch die Oxidation anfallende exothermische Wärme. Dieser Prozess kann für eine fortlaufende Produktion von Synthesegas zyklisch wiederholt werden; hierfür muss das Cerium konsequenterweise periodisch auf 1800 K erwärmt werden und auf 1100 K abgekühlt werden. Für eine Rekuperation von durch die AbkühlungAccording to the ETH dissertation mentioned above, cerium is reduced to an upper temperature of 1800 K in a first, endothermic process step with the formation of oxygen; After the reduction has been completed, the cerium is then cooled to a lower temperature of 1100 K and, in a subsequent process step, the synthesis gas is produced by exothermic reoxidation; however, the endothermic heat required for the production of the syngas is much greater than the exothermic heat generated by the oxidation. This process can be repeated cyclically for a continuous production of synthesis gas; for this purpose, the cerium has to be heated periodically to 1800 K and cooled to 1100 K. For recuperation from cooling

CH 715 241 A2 entnommenerWärme wird eine Doppel-Ringkonstruktion eines Cerium-Trägers vorgeschlagen. Zwei gegenläufig drehende, aneinander anliegende Cerium-Ringe mit gemeinsamer Rotationsachse liegen zwischen der warmen Zone (1800 K) und der kalten Zone (1100 K) derart, dass sich ein Abschnitt eines jeden Ringes in der warmen Zone auf einer 12-Uhr-Position und ein gegenüberliegender Abschnitt in der kalten Zone auf einer 6-Uhr-Position befindet. Durch eine gegenläufige Drehung unmittelbar benachbarter Cerium-Ringe wandert der kalte Abschnitt eines ersten Cerium-Rings im Uhrzeigersinn in Richtung der warmen Zone und der warme Abschnitt in Richtung der kalten Zone und bei einem zweiten, sich gegen den Uhrzeigersinn drehenden Cerium-Ring wandert ebenfalls der kalte Abschnitt in Richtung der warmen Zone und der warme Abschnitt in Richtung der kalten Zone, wobei beide Cerium-Ringe aneinander vorbei streifen und dadurch laufend Wärmenergie tauschen. Entsprechend werden gegenseitig warme Abschnitte gekühlt und kalte Abschnitte erwärmt, was eine Rekuperation einer Wärmemenge ermöglicht. Der Wirkungsgrad der Rekuperation ist jedoch konstruktionsbedingt klein und liegt etwa bei 25%. Die Anforderungen an die Konstruktion und die Standfestigkeit gegenläufig rotierender, aneinander anliegender Cerium-Ringe - Wärmeübergang, Wärmeabstrahlung und mechanischer Aufwand - sind gross.In CH 715 241 A2, a double ring construction of a cerium carrier is proposed. Two counter-rotating, adjacent cerium rings with a common axis of rotation lie between the warm zone (1800 K) and the cold zone (1100 K) such that a section of each ring in the warm zone is at a 12 o'clock position and an opposite section in the cold zone is at a 6 o'clock position. By counterclockwise rotation of immediately adjacent cerium rings, the cold section of a first cerium ring moves clockwise in the direction of the warm zone and the warm section in the direction of the cold zone, and in the case of a second, counterclockwise rotating cerium ring, it also migrates cold section in the direction of the warm zone and the warm section in the direction of the cold zone, the two cerium rings brushing past one another and thereby continuously exchanging heat energy. Correspondingly, warm sections are cooled and cold sections are heated, which enables a recuperation of a quantity of heat. However, the efficiency of the recuperation is low due to the design and is around 25%. The demands on the design and the stability of counter-rotating, adjoining cerium rings - heat transfer, heat radiation and mechanical effort - are great.

[0012] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Receiver-Reaktor einfacher Konstruktion mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen.The invention is therefore based on the object to provide a receiver reactor of simple construction with high efficiency.

[0013] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder durch einen Receiver-Reaktor mit den Merkmalen von Anspruch 13 gelöst.[0013] This object is achieved by a method having the features of claim 1 or by a receiver reactor having the features of claim 13.

[0014] Dadurch, dass in einem solaren Receiver der Absorber den Redox-Reaktor bildet und diesem im Pfad der Sonnenstrahlung ein Absorptionsraum für die Schwarzkörperstrahlung des Absorbers vorgeschaltet ist, reduzieren sich die Wärmeverluste des Systems ohne weiteren konstruktiven Aufwand massgeblich. Wird weiter als oxidierendes Gas ein die Schwarzkörperstrahlung des Absorbers absorbierendes Gas verwendet, vereinfacht sich die Konstruktion zusätzlich, da dann der Absorptionsraum zugleich als einfach ausgebildeter Reaktorraum verwendet werden kann und als die Rückstrahlung abschirmende Zone dient.Characterized in that the absorber forms the redox reactor in a solar receiver and this is preceded by an absorption space for the blackbody radiation of the absorber in the path of solar radiation, the heat losses of the system are significantly reduced without any further design effort. If a gas that absorbs the black body radiation of the absorber is also used as the oxidizing gas, the construction is additionally simplified, since the absorption space can then also be used as a simply designed reactor space and serves as a zone shielding the retroreflection.

[0015] Über die gestellte Aufgabe hinaus kann die Wärme der Rückstrahlung für die periodische Erwärmung des Absorbers auf die Reduktionstemperatur und/oder für eine Receiver-Reaktor externe Nutzung vorgesehen werden, wie dies bei konventionellen Receivern der Fall ist.In addition to the task, the heat of the retroreflection can be provided for the periodic heating of the absorber to the reduction temperature and / or for external use of a receiver reactor, as is the case with conventional receivers.

[0016] Grundsätzlich ist es so, dass das erfindungsgemässe Konzept, d.h. das soweit überhaupt möglich und damit nahezu vollständige Shielding des Receiver-Reaktors durch absorptive Gase dessen für die Redox-Reaktion benötigten hohen Temperaturen mit Hilfe einer einfachen, industrietauglichen Konstruktion des Receivers überhaupt erst ermöglichen.Basically, the concept according to the invention, i.e. the possible and almost complete shielding of the receiver reactor by absorptive gases enables the high temperatures required for the redox reaction in the first place with the help of a simple, industrial construction of the receiver.

[0017] Weitere bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der abhängigen Ansprüche auf.[0017] Further preferred embodiments have the features of the dependent claims.

[0018] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren noch etwas näher beschrieben. Es zeigt:The invention is described below with reference to the figures. It shows:

Fig. 1a schematisch ein Solarturmkraftwerk mit einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors,1a schematically shows a solar tower power plant with an embodiment of the receiver reactor according to the invention,

Fig. 1b schematisch das Solarturmkraftwerk von Fig. 1a mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors,1b schematically shows the solar tower power plant of FIG. 1a with a further embodiment of the receiver reactor according to the invention,

Fig. 2a schematisch den Aufbau des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors, wobei der Absorberraum als Reaktorraum ausgebildet ist,2a schematically shows the structure of the receiver reactor according to the invention, the absorber space being designed as a reactor space,

Fig. 2b ein Diagramm mit den Rest- Strahlungsverlusten eines Receiver-Reaktors nach Fig. 2a,2b is a diagram with the residual radiation losses of a receiver reactor according to FIG. 2a,

Fig. 3a ein Diagramm mit Betriebstemperaturen einer beispielhaften Syngasproduktion eines Receiver-Reaktors gemäss Fig. 2a,3a shows a diagram with operating temperatures of an exemplary syngas production of a receiver reactor according to FIG. 2a,

Fig. 3b ein Diagramm mit der Temperatur des Absorbers eines Receiver-Reaktors gemäss Fig. 2a in Abhängigkeit der Austrittstemperatur des Wärme transportierenden Fluids,3b shows a diagram with the temperature of the absorber of a receiver reactor according to FIG. 2a as a function of the outlet temperature of the heat-transporting fluid,

Fig. 3c ein Diagramm mit der Temperatur des Wärme transportierenden Fluids im Betrieb des Receiver-Reaktors gemäss Fig. 3a,3c shows a diagram with the temperature of the heat-transporting fluid during operation of the receiver reactor according to FIG. 3a,

Fig. 4a schematisch einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Receiver-Reaktor, wobei der Absorptionsraum vom Reaktorraum getrennt ist,4a schematically shows a longitudinal section through a receiver reactor according to the invention, the absorption space being separated from the reactor space,

Fig. 4b schematisch einen Querschnitt durch den Receiver-Reaktor von Fig. 4a, wobei der Absorptionsraum vom Reaktorraum getrennt ist,4b schematically shows a cross section through the receiver reactor of FIG. 4a, the absorption space being separated from the reactor space,

Fig. 5a schematisch ein modifizierter Receiver-Reaktor für die Verwendung von teilerwärmtem Wärme transportierendem Fluid,5a schematically shows a modified receiver reactor for the use of partially heated heat-transporting fluid,

CH 715 241 A2CH 715 241 A2

Fig. 5b schematisch noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors mit einem Sekundärabsorber,5b schematically shows yet another embodiment of the receiver reactor according to the invention with a secondary absorber,

Fig. 5c schematisch noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors,5c schematically shows yet another embodiment of the receiver reactor according to the invention,

Fig. 5d schematisch noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors.5d schematically shows yet another embodiment of the receiver reactor according to the invention.

[0019] Fig. 1a zeigt schematisch ein Solar-Turmkraftwerk 1, mit einem Feld von Heliostaten 2, die auf bekannte Weise Strahlen 3 der Sonne konzentriert auf einen erfindungsgemässen Receiver-Reaktor 4 lenken, der seinerseits auf einem Turm 5 angeordnet ist. Die im Receiver-Reaktor 4 anfallende, jedoch für die in ihm ablaufende Redox-Reaktion aktuell nicht verwertbare oder nicht benötigte Wärme wird erfindungsgemäss über ein absorptiv erwärmtes, Wärme transportierendes Fluid mit einer (höheren) Temperatur To über eine Leitung 6 zu einem Verbraucher 7 (der nachstehend einfach als Wärmetauscher bezeichnet wird), geführt, wo es sich abkühlt und dann über eine Leitung 8 mit einer (tieferen) Temperatur Tin im Kreislauf wieder zum Receiver-Reaktor 4 zurückgeführt wird.Fig. 1a shows schematically a solar tower power plant 1, with a field of heliostats 2, which in a known manner direct rays 3 of the sun onto a receiver reactor 4 according to the invention, which in turn is arranged on a tower 5. The heat accumulating in the receiver reactor 4, but currently not usable or not required for the redox reaction taking place in it, is, according to the invention, transferred to a consumer 7 via a line 6 via an absorptively heated, heat-transporting fluid with a (higher) temperature T o (which is simply referred to below as a heat exchanger), where it cools down and is then recirculated to the receiver reactor 4 via a line 8 with a (lower) temperature T in .

[0020] Fig. 1a zeigt eine erste erfindungsgemässe Ausführungsform, bei welcher das absorptiv erwärmbare Wärme tauschende Fluid zugleich ein an der Redox-Reaktion teilnehmendes Gas ist, welches damit stromabwärts vom Reaktor Syngasbestandteile enthalten kann. Entsprechend werden in der Leitung 6 auch diese Syngasbestandteile als Reaktionsprodukte in eine Trennstation 9 geführt, wo sie von dem Wärme transportierenden Fluid für die weitere Verwendung getrennt werden. Damit ergibt sich ein Solarer Reaktor-Receiver bei welchem bevorzugt die Kreislauf-Leitungsanordnung 6, 8 weiter eine Trennstation 9 aufweist, die ausgebildet ist, aus dem Wärme transportierenden Fluid Syngas abzutrennen und für die Entnahme aus dem Kreislauf bereitzustellen.Fig. 1a shows a first embodiment according to the invention, in which the absorptively heatable heat-exchanging fluid is also a gas participating in the redox reaction, which can thus contain syngas components downstream of the reactor. Correspondingly, these syngas components are also conducted as reaction products in line 6 into a separation station 9, where they are separated from the heat-transporting fluid for further use. This results in a solar reactor receiver in which the circuit line arrangement 6, 8 preferably further has a separation station 9 which is designed to separate syngas from the heat-transporting fluid and to make it available for removal from the circuit.

[0021] Fig. 1b zeigt eine zweite erfindungsgemässe Ausführungsform, wobei das absorptiv erwärmte, Wärme tauschende Fluid und die das bzw. die an der Redox-Reaktion teilnehmenden Gase in getrennten Leitungsanordnungen geführt werden: neben dem durch die Leitungen 6 und 8 mit dem Wärmetauscher 7 gebildeten Kreislauf für das Wärme transportierende Fluid sind weiter Leitungen 10,10' für den Transport von an der Redox-Reaktion teilnehmenden Gasen vorgesehen, welche in einer Verfahrenseinheit 11 betriebsfähig aufbereitet werden, sodass das Syngas in der Verfahrenseinheit 11 gewonnen werden kann.Fig. 1b shows a second embodiment according to the invention, wherein the absorptively heated, heat-exchanging fluid and the gas or gases participating in the redox reaction are conducted in separate line arrangements: in addition to that through lines 6 and 8 with the heat exchanger 7 formed circuit for the heat-transporting fluid further lines 10, 10 'are provided for the transport of gases participating in the redox reaction, which are prepared for operation in a process unit 11 so that the syngas can be obtained in the process unit 11.

[0022] Beiden Ausführungsformen (Fig. 1 a bzw. 1 b) ist gemeinsam, dass durch die Redox-Reaktion im Receiver-Reaktor nicht konsumierte Wärme absorptiv erfasst und einem Verbraucher bzw. Wärmetauscher 7 zugeführt wird. Damit kann diese Wärme auf konstruktiv einfachste Weise gewonnen und beliebig genutzt werden. Im Fall des nachstehend beschriebenen Redox-Prozesses, bei welchem der Reaktor zwischen einer unteren Oxidationstemperatur TDX und einer oberen Reduktionstemperatur Treci hin- und herschwingt, kann diese Wärme u.a. auch für den Temperaturanstieg auf die Reduktionstemperatur eingesetzt werden.Both embodiments (FIGS. 1 a and 1 b) have in common that heat which is not consumed is absorptively detected by the redox reaction in the receiver reactor and is fed to a consumer or heat exchanger 7. This heat can be obtained in the simplest way in terms of construction and can be used as desired. In the case of the redox process described below, in which the reactor oscillates between a lower oxidation temperature TDX and an upper reduction temperature T rec i, this heat can also be used for the temperature rise to the reduction temperature.

[0023] Fig. 2a zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemässen, als räumlichen Receiver ausgebildeten Receiver-Reaktors 4.2a schematically shows the structure of a receiver reactor 4 designed as a spatial receiver.

[0024] Der Receiver-Reaktor 4 weist einen Erwärmungsbereich 12, mit einer optische Öffnung 13, beispielsweise ein Quarzfenster, und einen Absorber 14 auf, wobei zwischen dem Quarzfenster 13 und dem Absorber 14 ein Absorptionsraum 15 vorgesehen ist, der von dem Wärme transportierenden Medium den eingezeichneten Pfeilen entsprechend von rechts nach links, d.h. gegen den Absorber 4 hin, durchströmt wird. Dazu weist die Transporteinrichtung 16 um das Quarzfenster 13 herum angeordnete (mit der Leitung 8 verbundene, s. Fig. 1 ) Einlassstutzen 17 für Wärme transportierendes Medium mit der Temperatur Tin auf, die in den Absorptionsraum 5 führen, und einen zentralen, hinter dem Absorber 4 angeordneten Auslassstutzen 8 für Wärme transportierendes Medium mit der Temperatur To (der in die Leitung 6 mündet, s. Fig. 1 ).The receiver reactor 4 has a heating area 12, with an optical opening 13, for example a quartz window, and an absorber 14, wherein an absorption space 15 is provided between the quartz window 13 and the absorber 14, the medium transporting the heat the arrows shown flow from right to left, ie towards the absorber 4. For this purpose, the transport device 16 has arranged around the quartz window 13 (connected to the line 8, see FIG. 1) inlet connection 17 for heat-transporting medium with the temperature T in , which lead into the absorption space 5, and a central one behind which Absorber 4 arranged outlet nozzle 8 for heat-transporting medium with the temperature T o (which opens into the line 6, see Fig. 1).

[0025] Der Absorber 14 ist erfindungsgemäss als Reaktorelement ausgebildet, durch welches die dargestellte Anordnung von einem Receiver zu einem Receiver-Reaktor wird, d.h. einer Anordnung, in welcher konzentrierte Sonnenstrahlung beispielsweise aus einem Solar-Turm-kraftwerk verwendet wird, um unter den nachstehend beschriebenen Bedingungen eine Redox-Reaktion ablaufen zu lassen, hier bevorzugt die Produktion von Syngas.The absorber 14 is designed according to the invention as a reactor element through which the arrangement shown is from a receiver to a receiver reactor, i.e. an arrangement in which concentrated solar radiation, for example from a solar tower power plant, is used to allow a redox reaction to take place under the conditions described below, here preferably the production of syngas.

[0026] Dazu weist der als Redox-Reaktor ausgebildete Absorber 4 ein reduzierbares und oxidierbares Material für einen Reduktions- und einen Oxidationsprozess auf, bevorzugt CeO2, das bei erhöhter Temperatur reduziert bzw. in Anwesenheit eines oxidierenden Gases oxidiert werden kann. Andere Materialien kann der Fachmann für den konkreten Fall festlegen, so beispielsweise Ceriumdioxid (CeO2), dotiertes CeO2, oder Perovskite.To this end, the absorber 4 designed as a redox reactor has a reducible and oxidizable material for a reduction and an oxidation process, preferably CeO 2 , which can be reduced at elevated temperature or oxidized in the presence of an oxidizing gas. The person skilled in the art can determine other materials for the specific case, for example cerium dioxide (CeO 2 ), doped CeO 2 , or perovskite.

[0027] Weiter ist der Absorber 14 erfindungsgemäss als Schwarzkörper-Strahlungsanordnung ausgebildet, d.h. er besitzt eine im Pfad der einfallenden Sonnenstrahlung 3 angeordnete, diese Strahlung absorbierende Oberfläche 14', die derart ausgebildet ist, dass der Absorber 14 sich auf Grund der auf seine Oberfläche 14' einfallenden Sonnenstrahlung 3 betriebsfähig erhitzt und dann über seine Oberfläche 14' entsprechende Schwarzkörperstrahlung (im Wesentlichen Infrarotstrahlung) in den Absorptionsraum 15 abgibt, s. dazu auch die Beschreibung unten. Der Begriff Schwarzkörperstrahlung wird hier verwendet, um die auf Grund seiner Temperatur vom Absorber 14 abgegebene eigene Strahlung zu bezeichnen, im Gegensatz etwa zu von ihm reflektiertem Sonnenlicht 3. Die Temperatur des Absorbers 14 ist durch die Absorption desFurthermore, the absorber 14 is designed according to the invention as a blackbody radiation arrangement, i.e. it has a surface 14 ', which absorbs this radiation and is arranged in the path of the incident solar radiation 3, and is designed such that the absorber 14 heats up due to the solar radiation 3 incident on its surface 14' and then corresponding black body radiation via its surface 14 ' (essentially infrared radiation) in the absorption space 15, s. see also the description below. The term blackbody radiation is used here to denote the radiation emitted by the absorber 14 on the basis of its temperature, in contrast to the sunlight 3 reflected by it. The temperature of the absorber 14 is determined by the absorption of the

CH 715 241 A2CH 715 241 A2

Sonnenlichts 3 stark erhöht und kann in einem Bereich von beispielsweise 1000 K bis über 2000 K liegen, je nach der Auslegung des Receiver-Reaktors 4 im konkreten Fall, und je nach den verwendeten Materialien. Prinzipbedingt ist aber der Betriebstemperaturbereich des Receiver-Reaktors nach oben nicht begrenzt, sondern hängt von den gewünschten Temperaturen und den verfügbaren Materialien ab. CeO2 bietet den Vorteil, dass es schon in einem leicht reduzierten Zustand einen hohen Absorptionsgrad aufweist und sich so durch die solare Strahlung gut beheizen lässt.Sunlight 3 is greatly increased and can range from, for example, 1000 K to over 2000 K, depending on the design of the receiver reactor 4 in the specific case, and depending on the materials used. In principle, however, there is no upper limit to the operating temperature range of the receiver reactor, but depends on the desired temperatures and the available materials. CeO 2 offers the advantage that it has a high degree of absorption even in a slightly reduced state and can therefore be easily heated by the solar radiation.

[0028] Damit gibt der Absorber 14 seine Wärmeleistung in Form von Schwarzkörperstrahlung (Infrarotstrahlung) in den Absorberraum 15 ab, soweit diese nicht für die endotherme Reaktion der Reduktion und der Bildung von Syngas während der Oxidation konsumiert wird. Die entsprechend benötigte Energie wird durch die Sonnenstrahlung 3 zugeführt.Thus, the absorber 14 emits its heat output in the form of black body radiation (infrared radiation) in the absorber space 15, insofar as this is not consumed for the endothermic reaction of the reduction and the formation of syngas during the oxidation. The correspondingly required energy is supplied by solar radiation 3.

[0029] Weiter wird als Wärme transportierendes Medium ein Infrarotstrahlung-absorbierendes Gas oder Gasgemisch verwendet, welches die Schwarzkörperstrahlung des Absorbers 4 während seiner Verweilzeit im Erwärmungsbereich 12 absorbiert und sich im Hinblick auf Tout entsprechend erhitzt. Als infrarot absorbierendes Gas kann ein heteropolares Gas, bevorzugt eines oder ein Gemisch der Gase CO2, Wasserdampf, CH4, NH3, CO, SO2, SO3, HCl, NO, und NO2 verwendet werden.Furthermore, an infrared radiation-absorbing gas or gas mixture is used as the heat-transporting medium, which absorbs the blackbody radiation of the absorber 4 during its dwell time in the heating region 12 and heats up accordingly with regard to t ou t. A heteropolar gas, preferably one or a mixture of the gases CO 2 , water vapor, CH 4 , NH 3 , CO, SO 2 , SO 3 , HCl, NO, and NO 2 , can be used as the infrared-absorbing gas.

[0030] Bei der Verwendung solcher Gase ergibt sich letztlich ein durch den erfindungsgemässen Receiver-Reaktor nutzbarer bzw. genutzter Treibhauseffekt, da diese Gase für das sichtbare Licht hoch durchsichtig sind, das damit den Absorber im Wesentlichen erreicht, aber für die Infrarotstrahlung des Absorbers wenig bis kaum durchsichtig sind, sodass sie sich also vor dem Absorber absorptiv auf Tout erwärmen. Es sei hier angemerkt, dass reale Gase sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung nicht gleichmässig über alle Frequenzen absorbieren oder für diese durchsichtig sind, sondern vor allem in für ein jeweiliges Gas spezifischen Frequenzbändern unterschiedlich stark. Zusätzlich fällt die Absorption mit dem Abstand von der Strahlungsquelle ab. Dadurch wird oben im Hinblick auf die Absorption bzw. Durchsichtigkeit von Strahlung von «hoch durchsichtig» bzw. von «wenig bis kaum durchsichtig» gesprochen.When using such gases, there is ultimately a greenhouse effect which can be used or used by the receiver reactor according to the invention, since these gases are highly transparent to visible light, which thus essentially reaches the absorber, but little for the infrared radiation of the absorber until they are hardly transparent, so that they warm up to T out in front of the absorber. It should be noted here that real gases do not absorb visible light or infrared radiation uniformly over all frequencies or are transparent to them, but above all in frequency bands specific for a particular gas. In addition, the absorption decreases with the distance from the radiation source. As a result, in terms of the absorption or transparency of radiation, one speaks of “highly transparent” or of “little to hardly transparent” above.

[0031 ] Ein bestimmender Parameter ist damit die Absorptivität α des Wärme transportierenden Gases, die durch Versuche gemessen, aus Spektrallinienwerten von molekülspektroskopischen Datenbanken (z.B. HITEMP2010) berechnet, oder auch näherungsweise aus Emissivitätsdiagrammen nach der Regel von Hottel bestimmt werden kann.A determining parameter is thus the absorptivity α of the heat-transporting gas, which is measured by experiments, calculated from spectral line values from molecular spectroscopic databases (e.g. HITEMP2010), or can also be approximately determined from emissivity diagrams according to the Hottel rule.

[0032] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass natürlich das Sonnenlicht neben dem sichtbaren Licht, das keine infrarote Frequenzen aufweist, auch solche infraroten Frequenzen besitzt. Diese werden dann erfindungsgemäss direkt durch das Wärme transportierende Fluid im Absorptionsraum absorbiert, deren Energie also im Wesentlichen ohne Verluste genutzt, da die Rückstrahlung durch das nachströmende Fluid wiederum absorbiert wird.It should be noted at this point that, of course, in addition to the visible light which has no infrared frequencies, the sunlight also has such infrared frequencies. According to the invention, these are then absorbed directly by the heat-transporting fluid in the absorption space, the energy of which is therefore used essentially without losses, since the retroreflection is in turn absorbed by the flowing fluid.

[0033] Schliesslich wird neben der Verwendung eines infrarot absorbierenden Gases oder Gasgemischs der Absorbtionsraum 15 derart ausgebildet und der Massenstrom des Wärme transportierenden Mediums derart festgelegt, dass bevorzugt im Wesentlichen die gesamte Schwarzkörperstrahlung des Absorbers 14 vom Wärme transportierenden Medium absorbiert, d.h. dass die Rückstrahlung des Absorbers 14 durch die Öffnung 13 im Wesentlichen durch das Gas absorbiert wird.Finally, in addition to the use of an infrared absorbing gas or gas mixture, the absorption space 15 is designed in such a way and the mass flow of the heat-transporting medium is determined such that preferably essentially all of the blackbody radiation of the absorber 14 is absorbed by the heat-transporting medium, i.e. that the reflection of the absorber 14 through the opening 13 is essentially absorbed by the gas.

[0034] Bei der Rückstrahlung des Absorbers 14 handelt es sich um seine Schwarzkörperstrahlung, welche auf einem durch die Öffnung 13 verlaufenden Pfad liegt und damit - wenn nicht absorbiert - in die Umgebung abgestrahlt wird und so den Wirkungsgrad des Receiver-Reaktors herabsetzt. Erfindungsgemäss wird nun in Kombination mit dem als Reaktor ausgebildeten Absorber eine spezielle Zone, der Absorptionsraum 15, geschaffen um diese Wirkungsgradverluste im Rahmen der für einen Receiver-Reaktor überhaupt möglichen Geometrie zu beseitigen. Der durch die Öffnung verlaufende Pfad muss nicht auf einer Geraden liegen, sondern umfasst auch von den Wänden des Absorptionsraums reflektierte Schwarzkörperstrahlung des Absorbers 14.The retroreflection of the absorber 14 is its blackbody radiation, which lies on a path running through the opening 13 and thus - if not absorbed - is emitted into the environment and thus reduces the efficiency of the receiver reactor. According to the invention, a special zone, the absorption space 15, is now created in combination with the absorber designed as a reactor in order to eliminate these efficiency losses within the framework of the geometry that is even possible for a receiver reactor. The path running through the opening does not have to lie on a straight line, but also includes black body radiation from the absorber 14 reflected by the walls of the absorption space.

[0035] Eine erfindungsgemäss absorbierte Rückstrahlung des Absorbers 14 setzt voraus, dass einerseits der Absorptionsraum 15 lang genug ist, und andererseits, dass der Massenstrom des Wärme transportierenden Fluids genügt, um im Absorptionsraum 15 ein Temperaturprofil derart aufrecht zu erhalten, dass die Temperatur am Ort der Öffnung nur unwesentlich überTin liegt, was beispielsweise bei einem Stillstand des Wärme transportierenden Fluids nach einer Zeitspanne nicht mehr der Fall wäre.A retroreflection of the absorber 14 absorbed according to the invention requires that on the one hand the absorption space 15 is long enough, and on the other hand that the mass flow of the heat-transporting fluid is sufficient to maintain a temperature profile in the absorption space 15 such that the temperature is local the opening is only slightly above T in , which would no longer be the case, for example, if the heat-transporting fluid stopped after a period of time.

[0036] Fig. 2b zeigt ein Diagramm 16, bei welchem auf der horizontalen Achse die Auslasstemperatur Tout des Wärme transportierenden Gases und auf der vertikalen Achse der Anteil der aus der Öffnung 13 austretenden Schwarzkörperstrahlung des Absorbers 14, d.h. der unerwünschten Rückstrahlung. Weist die Öffnung 13 ein Fenster z.B. aus Quarzglas auf, wird die Rückstrahlung durch die Kurve 17 angegeben, ohne Fenster durch die Kurve 18. Die Kurven 17 und 18 sind das Ergebnis einer Simulation, s. dazu die Beschreibung unten zu den Fig. 3a bis 3c, d.h. sie gelten für einen Absorptionsraum 15 mit einem Durchmesser und einer Höhe von je 15,95 m, wie er für ein Heliostatenfeld geeignet sein könnte.Fig. 2b shows a diagram 16, in which on the horizontal axis the outlet temperature T ou t of the heat-transporting gas and on the vertical axis the proportion of the black body radiation emerging from the opening 13 of the absorber 14, that is, the undesired reflection. If the opening 13 has a window made of quartz glass, for example, the reflection is indicated by curve 17, without window by curve 18. Curves 17 and 18 are the result of a simulation, see FIG. the description below for FIGS. 3a to 3c, ie they apply to an absorption space 15 with a diameter and a height of 15.95 m each, as could be suitable for a heliostat field.

[0037] Je nach dem konkreten Fall kann der Fachmann die Geometrie des Absorberraums festlegen, sodass die verbleibende Rückstrahlung im Wesentlichen unterbleibt (was jedoch unter Umständen zu einem unter anderen Gesichtspunkten nachteilig langen Absorptionsraum führen könnte) oder etwas erhöht ausfällt, wenn eine besonders kompakte Ausführung erwünscht ist, wobei dann immer noch 80% oder mehr, oder 90% oder mehr der Schwarzkörperstrahlung des Absorbers absorbiert werden kann.Depending on the specific case, the person skilled in the art can determine the geometry of the absorber space, so that the remaining retroreflection essentially does not occur (which, however, could possibly lead to an absorption space which is disadvantageously long in other respects) or is somewhat increased if a particularly compact design is desired, in which case 80% or more, or 90% or more of the blackbody radiation of the absorber can still be absorbed.

[0038] Es ergibt sich, dass bevorzugt das Wärme transportierendes Fluid so zusammengesetzt und die Transporteinrichtung sowie der Absorberraum derart ausgebildet sind, dass im Betrieb des Reaktors das Wärme transportierende FluidIt follows that the heat-transporting fluid is preferably composed in this way and the transport device and the absorber chamber are designed in such a way that the heat-transporting fluid is in operation of the reactor

CH 715 241 A2 > 80%, bevorzugt > 90% und ganz bevorzugt > 94 % der Schwarzkörperstrahlung des Absorbers absorbiert, die auf einem Pfad durch die Öffnung für die Strahlung der Sonne liegt.CH 715 241 A2> 80%, preferably> 90% and very preferably> 94% of the black body radiation of the absorber, which lies on a path through the opening for the radiation of the sun.

[0039] Aus dieser Verwendung eines infrarot absorbierenden Gases ergeben sich drei Vorteile:[0039] There are three advantages to using an infrared absorbing gas:

[0040] Erstens werden erfindungsgemäss Strahlungsverluste durch Rückstrahlung der Schwarzkörperstrahlung aus der optischen Öffnung hinaus überwiegend oder im Wesentlichen vollständig vermieden. Diese Rückstrahlung vermindert den Wirkungsgrad eines konventionellen Receivers (und damit eines Receiver-Reaktors) spürbar.First, according to the invention, radiation losses due to retroreflection of the blackbody radiation from the optical opening are largely or essentially completely avoided. This retroreflection noticeably reduces the efficiency of a conventional receiver (and thus a receiver reactor).

[0041] Zweitens wird die Wärme der Schwarzkörperstrahlung des Absorbers direkt im Wärme transportierenden Fluid nutzbar und steht für eine flexible Nutzung bereit, s. dazu auch die Beschreibung unten.Second, the heat of the blackbody radiation from the absorber can be used directly in the heat-transporting fluid and is available for flexible use, see FIG. see also the description below.

[0042] Drittens muss für die Erwärmung des Wärme transportierenden Mediums auf Tout weder ein konstruktiver Aufwand getrieben, noch entsprechende Strömungsverluste in Kauf genommen werden, wie dies bei konventionellen, überwiegend über die Konvektion arbeitenden Receivern der Fall ist. Die diesbezüglichen Probleme bei volumetrischen Receivern mit räumlich ausgebildeten Absorbern komplizierter Struktur (Konstruktionsaufwand, Strömungsverluste) entfallen. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf den Absorptionsraum, da für möglichst intensive Schwarzkörper-Strahlung in den Absorptionsraum hohe Temperaturen des Absorbers, aber auch der Seitenwände des Absorptionsraums vorteilhaft sind, sodass dort Kühlmittel aller Art entfallen, insbesondere Kühlkanäle, wie dies bei Receivern gemäss dem Stand der Technik vorgesehen ist - entweder Kühlkanäle in den Wänden, oder auch die maximale Konvektion sicherstellenden Kühlkanäle im Absorber.Third, for the heating of the heat-transporting medium to T out, neither a design effort nor corresponding flow losses have to be accepted, as is the case with conventional receivers that mainly work via convection. The related problems with volumetric receivers with spatially designed absorbers of complicated structure (construction effort, flow losses) are eliminated. This applies in particular with regard to the absorption space, since high temperatures of the absorber, but also of the side walls of the absorption space, are advantageous for the most intense blackbody radiation into the absorption space, so that coolants of all kinds are omitted, in particular cooling channels, as is the case with receivers according to the state of the art the technology is provided - either cooling channels in the walls or cooling channels in the absorber that ensure maximum convection.

[0043] Bevorzugt sind deshalb die Wände des Absorptionsraums 15 und/oder der Absorber 14 frei von im Normalbetrieb aktivierten Kühlmitteln irgendwelcher Art, insbesondere frei von Kühlkanälen. Natürlich können aber auch erfindungsgemäss immer an jeder Stelle des Receiver-Reaktors Notkühlmittel für einen ausserordentlichen Betriebszustand vorgesehen werden, um diesem vor einem verbotenen Betriebszustand zu schützen.The walls of the absorption space 15 and / or the absorbers 14 are therefore preferably free of any kind of coolants activated in normal operation, in particular free of cooling channels. Of course, according to the invention, emergency coolants for an extraordinary operating state can always be provided at every point of the receiver reactor in order to protect it from a prohibited operating state.

[0044] Zwar ist es so, dass das im Bereich der optischen Öffnung 13 vorhandene Wärme transportierende Medium die Temperatur Tin aufweist und damit eine eigene Schwarzkörperstrahlung durch die optische Öffnung hinaus erzeugt. Diese Rückstrahlung ist jedoch gegenüber derjenigen des Absorbers 14 von untergeordneter Bedeutung, da die Schwarzkörperstrahlung mit der 4. Potenz der Temperatur steigt, somit die Schwarzkörperstrahlung des Absorbers 14 durch die optische Öffnung hindurch relevant höhere Strahlungsverluste erzeugen würde, was jedoch erfindungsgemäss nicht der Fall ist.It is true that the heat-transporting medium present in the region of the optical opening 13 has the temperature T in and thus generates its own blackbody radiation through the optical opening. However, this retroreflection is of subordinate importance compared to that of the absorber 14, since the blackbody radiation increases with the 4th power of the temperature, so the blackbody radiation of the absorber 14 would produce relevantly higher radiation losses through the optical opening, but this is not the case according to the invention.

[0045] Bei der in Fig. 2a dargestellten Ausführungsform durchströmt das Wärme transportierende Fluid den Absorber 14, sodass es sich nach der absorptiven Erwärmung im Absorptionsraum 15 ebenfalls etwas konvektiv erwärmt. Es ergibt sich, dass bevorzugt der Absorber für die Durchströmung von Wärme transportierendem Fluid ausgebildet ist und die Oberfläche des durchströmten Bereichs dann weiter bevorzugt wenigstens teilweise aus reduzierbarem/oxidierbarem Material besteht. Damit wird bei der gezeigten Ausführungsform das absorbierende Gas während dem Reduktionsprozess und während dem Oxidationsprozess durch den Absorber hindurchgeführt bevorzugt derart, dass es sich dort auch konvektiv erwärmt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass einerseits wie erwähnt eine Rückstrahlung des Absorbers 14 durch die Öffnung 13 unterbleibt und andererseits der Absorber 14 soweit für einen konvektiven Wärmeübergang an das Wärme transportierende Medium ausgelegt werden kann, dass er leicht über den Massenstrom des Wärme transportierenden Mediums von der oberen Reduktionstemperatur Treci auf die untere Oxidationstemperatur Tox gekühlt werden kann (s. dazu die Beschreibung unten) - wobei aber der Absorber 14 immer noch einfach und mit geringen Strömungsverlusten ausgebildet werden kann. In einer nicht in der Figur dargestellten Ausführungsform kann der Fachmann für den konkreten Fall auch vorsehen, das Wärme transportierende Fluid für die Oxidation (d.h. in der Phase des Redox-Zyklus während dem Abfall der Absorbertemperatur) unter Konvektion durch den Absorber zu leiten und für die Reduktion (d.h. in der Phase des Redox-Zyklus während dem Anstieg der Absorbertemperatur) am Absorber vorbei, beispielsweise durch Auslassleitungen 51 gemäss Fig. 4). Dann kühlt sich der Absorber für die Oxidation erleichtert ab und erwärmt sich entsprechend erleichtert im Hinblick auf die Reduktionstemperatur.In the embodiment shown in FIG. 2a, the heat-transporting fluid flows through the absorber 14, so that it also heats up somewhat convectively after the absorptive heating in the absorption space 15. The result is that the absorber is preferably designed for the flow through of heat-transporting fluid and the surface of the flowed-through area then further preferably consists at least partially of reducible / oxidizable material. Thus, in the embodiment shown, the absorbent gas is preferably passed through the absorber during the reduction process and during the oxidation process in such a way that it also heats up there convectively. This arrangement has the advantage that on the one hand, as mentioned, the absorber 14 does not reflect back through the opening 13 and, on the other hand, the absorber 14 can be designed for convective heat transfer to the heat-transporting medium in such a way that it easily differs from the mass flow of the heat-transporting medium the upper reduction temperature T rec i can be cooled to the lower oxidation temperature T ox (see also the description below) - but the absorber 14 can still be designed simply and with low flow losses. In an embodiment not shown in the figure, the person skilled in the art can also provide for the specific case to pass the heat-transporting fluid for the oxidation (ie in the phase of the redox cycle during the drop in the absorber temperature) with convection through the absorber and for that Reduction (ie in the phase of the redox cycle during the rise in the absorber temperature) past the absorber, for example through outlet lines 51 according to FIG. 4). Then the absorber cools down for the oxidation and heats up correspondingly relieved with regard to the reduction temperature.

[0046] Damit besitzt das Wärme transportierende Fluid an den Eingangsstutzen 17 die Temperatur Tin, nach der Absorptiven Erwärmung im Absorptionsraum 15 die Temperatur Tout und nach dem Ausgangsstutzen die etwas höhere Temperatur To.Thus, the heat-transporting fluid at the inlet connection 17 has the temperature T in , after the absorptive heating in the absorption space 15 the temperature T out and after the outlet connection the somewhat higher temperature T o .

[0047] Mit anderen Worten ist es so, dass bei der in der Fig. 2a gezeigten Anordnung das reduzierende/oxidierende Material an der dem Absorptionsraum zugewendeten Seite angeordnet ist, sodass der Absorptionsraum zugleich zum Reaktorraum wird, in dem die Redox-Reaktion abläuft. Es ergibt sich, dass bevorzugt als infrarot absorbierendes Gas ein wenigstens oxidierendes Gas, bevorzugt Wasserdampf oder CO2 verwendet wird, welches durch die Absorptionskammer hindurch zum Absorber geleitet wird, derart, dass es in der Absorptionskammer an der Redox-Reaktion teilnimmt und durch den Absorber in der Oxidationsphase reduziert wird. Dann wird gemäss der Beschreibung zu Fig. 1 a oben, bevorzugt das wenigstens oxidierende Gas stromabwärts nach dem Absorber in eine Trennstation geleitet und in dieser Syngas aus ihm abgetrennt wird, wobei weiter bevorzugt das oxidierende Gas im Kreislauf zur Absorberkammer zurückgeführt, und dabei in diesem Kreislauf in Strömungsrichtung vor dem Absorber in einem Wärmetauscher gekühlt wird.In other words, in the arrangement shown in FIG. 2a, the reducing / oxidizing material is arranged on the side facing the absorption space, so that the absorption space also becomes the reactor space in which the redox reaction takes place. It is found that an at least oxidizing gas, preferably water vapor or CO 2 , is preferably used as the infrared absorbing gas, which is passed through the absorption chamber to the absorber in such a way that it participates in the redox reaction in the absorption chamber and through the absorber is reduced in the oxidation phase. Then, as described in FIG. 1 a above, the at least oxidizing gas is preferably passed downstream of the absorber into a separation station and syngas is separated from it in this, further preferably the oxidizing gas being recirculated to the absorber chamber, and in doing so in this Circuit in the flow direction is cooled in a heat exchanger before the absorber.

[0048] Weiter können, wie oben beschrieben, auch die Durchströmöffnungen des Absorbers mit dem reduzierbaren/oxidierbaren Material versehen sein, und, je nach dem konkreten Fall, die Rückseite des Absorbers, sodass der Bereich hinter dem Absorber bis zum Auslassstutzen zum Reaktionsraum wird.Furthermore, as described above, the throughflow openings of the absorber can also be provided with the reducible / oxidizable material, and, depending on the specific case, the rear of the absorber, so that the area behind the absorber up to the outlet port becomes the reaction space.

CH 715 241 A2 [0049] Der oben beschriebenen Oxidationsphase des Redox-Reaktors geht notwendigerweise die Reduktionsphase voraus, welche ihrerseits begünstigt wird, wenn ein infrarot absorbierendes Gas verwendet wird, das einen geringen Sauerstoffpartialdruck aufweist, da dann die Reduktion des Redox-Reaktors bei einer jeweiligen Temperatur stärker erfolgt, was wiederum den Wirkungsgrad der Anordnung erhöht. Bevorzugte, während wenigstens der Reduktionsphase des RedoxReaktors verwendete infrarot absorbierende Gase sind Wasserdampf und CO2, bzw. andere Gase oder Gasgemische, deren Sauerstoffpartialdruck gleich oder kleiner ist als derjenige von Wasserdampf oder CO2 bei den für die Reduktion vorgesehen Temperaturen. Es ergibt sich bevorzugt, dass als infrarot absorbierendes Gas ein Gas mit einem Sauerstoffpartialdruck bei einer während der Reduktionsphase des Redox-Reaktors herrschenden Temperatur von gleich oder weniger als dem höheren Wert des Sauerstoffpartialdrucks von Wasserdampf oder CO2 bei dieser Temperatur verwendet wird, und wobei dieses Gas wenigstens während der Reduktionsphase (durch die Kreislauf-Leitungsanordnung) durch die Absorptionskammer hindurch zum Absorber geleitet wird, derart, dass der Absorber dieser in der Reduktionsphase in Gegenwart dieses Gases reduziert wird. Damit erfolgt die Reduktion erleichtert aufgrund des tiefen Sauerstoffpartialdrucks ab, d.h. für einen bestimmten Reduktionsgrad bei einer tieferen Temperatur als dies bei einem Gas mit höherem Sauerstoffpartialdruck der Fall wäre.CH 715 241 A2 The oxidation phase of the redox reactor described above necessarily precedes the reduction phase, which in turn is favored if an infrared-absorbing gas is used which has a low oxygen partial pressure, since then the reduction of the redox reactor at one each temperature occurs more, which in turn increases the efficiency of the arrangement. Preferred infrared absorbing gases used during at least the reduction phase of the redox reactor are water vapor and CO 2 , or other gases or gas mixtures whose oxygen partial pressure is equal to or less than that of water vapor or CO 2 at the temperatures provided for the reduction. It preferably results that a gas with an oxygen partial pressure at a temperature prevailing during the reduction phase of the redox reactor of equal or less than the higher value of the oxygen partial pressure of water vapor or CO 2 at this temperature is used as the infrared absorbing gas, and this Gas is conducted at least during the reduction phase (through the circuit line arrangement) through the absorption chamber to the absorber, such that the absorber is reduced in the reduction phase in the presence of this gas. The reduction thus takes place more easily due to the low oxygen partial pressure, ie for a certain degree of reduction at a lower temperature than would be the case with a gas with a higher oxygen partial pressure.

[0050] Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass das Wärme transportierendes Fluid ein während der Oxidation des Absorbers reduzierbares Gas ist, wobei das reduzierbare/oxidierbare Material des Absorbers an diesem derart angeordnet ist, dass es betriebsfähig im Strömungsweg des Wärme transportierendes Fluid liegt, sodass es in der Oxidationsphase des Redox-Reaktors reduziert wird.These embodiments have in common that the heat-transporting fluid is a gas that can be reduced during the oxidation of the absorber, the reducible / oxidizable material of the absorber being arranged on the absorber in such a way that it lies operably in the flow path of the heat-transporting fluid so that it is is reduced in the oxidation phase of the redox reactor.

[0051] Anhand der aus Simulationen der Anmelderin gebildeten Diagramme in den Fig. 3a bis 3c wird der Betrieb des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors am Beispiel einer Ausführungsform gemäss Fig. 2 näher beschrieben.The operation of the receiver reactor according to the invention is described in more detail using the example of an embodiment according to FIG. 2, based on the diagrams formed from the applicant's simulations in FIGS. 3a to 3c.

[0052] Der Simulation liegen die folgenden Daten zu Grunde:The simulation is based on the following data:

[0053] Länge und Durchmesser der Absorptionskammer 15 betragen je 15,96 m. Damit ist eine genügende Länge der Absorptionskammer für die nahezu vollständige Absorption der Schwarzköperstrahlung des Absorbers vorhanden. Der Absorber kann dann beispielsweise als einfache Platte ausgebildet werden, sodass der Receiver-Reaktor als konstruktive Low-Cost-Lösung einfach hergestellt werden kann. Dann weist bevorzugt die in den Absorptionsraum strahlende Oberfläche des Absorbers ein reduzierbares/oxidierbares Material auf.Length and diameter of the absorption chamber 15 are each 15.96 m. This means that there is a sufficient length of the absorption chamber for the almost complete absorption of the black body radiation from the absorber. The absorber can then be designed, for example, as a simple plate, so that the receiver reactor can be easily manufactured as a constructive, low-cost solution. Then the surface of the absorber radiating into the absorption space preferably has a reducible / oxidizable material.

[0054] Der Durchmesser der optischen Öffnung 13 beträgt 11,28 m, die damit geeignet ist, die Strahlung des Felds der Heliostaten 2 (Fig. 1) aufzunehmen, jedoch mit einer Fläche von 100 m2 nur halb so gross ist wie der Absorber 14 mit 200 m2, sodass auch die Rückstrahlung des Wärme transportierenden Fluids mit der Temperatur Tin entsprechend reduziert ist.The diameter of the optical opening 13 is 11.28 m, which is thus suitable for receiving the radiation from the field of heliostats 2 (FIG. 1), but with an area of 100 m 2 is only half the size of the absorber 14 with 200 m 2 , so that the reflection of the heat-transporting fluid with the temperature T in is reduced accordingly.

[0055] Der Absorber 14 besteht aus CeO2, das Gewicht des Receivers-Reaktors ist 1441. Der Strahlungsfluss durch die optische Öffnung 13 beträgt 1200 kW/m2 und an der absorbierenden Oberfläche 14' 600 kW/m2 (welche gegenüber der Öffnung 13 die doppelte Fläche aufweist.The absorber 14 consists of CeO 2 , the weight of the receiver reactor is 1441. The radiation flow through the optical opening 13 is 1200 kW / m 2 and 14 '600 kW / m 2 (which is opposite the opening 13 has twice the area.

[0056] Als Wärme transportierendes und Infrarot-absorbierendes Fluid wird Wasserdampf verwendet, wobei dessen Temperatur Tin 1000 K beträgt. Diese Temperatur ist beispielhaft für einen dem Receiver-Reaktor zugeordneten industriellen Prozess, der bei beispielsweise 900 K abläuft, s. den Verbraucher 7 von Fig. 1. Die Temperatur Tout des Wasserdampfs am Absorber beträgt 1800 K im Hinblick auf die für die Redox-Reaktion benötigte obere Reduktionstemperatur Treci des Absorbers 14 (s. dazu auch die Beschreibung unten, zu Fig. 3a).[0056] Water vapor is used as the heat-transporting and infrared-absorbing fluid, the temperature of which is T in 1000 K. This temperature is an example of an industrial process assigned to the receiver reactor, which runs at 900 K, for example, see FIG. 1. The temperature T ou t of the water vapor at the absorber is 1800 K with regard to the upper reduction temperature T rec i of the absorber 14 required for the redox reaction (see also the description below for FIG. 3a).

[0057] Die Redox-Reaktion am Reaktor läuft grundsätzlich so ab, dass der Absorber 14 mit steigender Temperatur zunehmend reduziert wird (d.h. er verliert Sauerstoff), wobei das Mass der Reduktion von der Temperatur des Absorbers 14 und dem dort herrschenden Sauerstoffpartialdruck abhängt. Für die Reduktion gilt die Gleichung CeO(2-öox) —> CeO(2öred) + (5red5ox)O, da der Absorber 14 den Sauerstoff nicht stöchiometrisch abgibt. Die Reduktion könnte grundsätzlich im Vakuum ablaufen, hier jedoch in Gegenwart von Wasserdampf, welcher die Rückstrahlung des Absorbers 14 durch die optische Öffnung 13 verhindert und den Sauerstoff (δΓθά-δοχ)Ο mit sich aus dem Reaktor-Receiver abführt, beispielsweise zu der Trennstation 9.The redox reaction at the reactor basically takes place in such a way that the absorber 14 is increasingly reduced with increasing temperature (ie it loses oxygen), the extent of the reduction depending on the temperature of the absorber 14 and the oxygen partial pressure prevailing there. The equation CeO (2-ö ox ) -> CeO (2ö r ed) + (5 re d5ox) O applies to the reduction, since the absorber 14 does not release the oxygen stoichiometrically. In principle, the reduction could take place in a vacuum, but here in the presence of water vapor, which prevents the absorber 14 from reflecting back through the optical opening 13 and removes the oxygen (δ Γ θά-δ οχ ) Ο with it from the reactor receiver, for example the separation station 9.

[0058] Mit fallender Temperatur wird der Absorber 14 zunehmend oxidiert (d.h. er nimmt Sauerstoff auf), wobei das Mass der Oxidation wiederum von der Temperatur des Absorbers 14 und dem dort herrschenden Sauerstoffpartialdruck abhängt. Sauerstofflieferant ist das Wärme transportierende Fluid, d.h. hier der Wasserdampf (der bei der Reduktion frei gewordene Sauerstoff ist aus dem Receiver-Reaktor abtransportiert worden). Für die Oxidation gilt die Gleichung CeO(2öred) + (ôred-Sox) H2O —> CeO(2-öox) + (δΓθά-δ) H2, da der Absorber 14 den Sauerstoff nicht stöchiometrisch auf nimmt. Im Ergebnis hat sich H2, d.h. Wasserstoff gebildet, der wiederum vom Wärme transportierenden Fluid zur Trennstation 9 (Fig. 1) abgeführt, dort abgetrennt und als Syngas bereitgestellt wird.With falling temperature, the absorber 14 is increasingly oxidized (ie it absorbs oxygen), the degree of oxidation in turn depending on the temperature of the absorber 14 and the oxygen partial pressure prevailing there. The heat-transporting fluid is the oxygen supplier, ie here the water vapor (the oxygen released during the reduction has been removed from the receiver reactor). For the oxidation, the equation CeO (2öred) + (ôred-Sox) H2O -> CeO (2-ö ox ) + (δ Γ θά-δ ) H 2 applies , since the absorber 14 does not take up the oxygen stoichiometrically. As a result, H 2 , ie hydrogen, has formed, which in turn is removed from the heat-transporting fluid to the separation station 9 (FIG. 1), separated there and made available as syngas.

[0059] Dabei bezeichnet das nicht stöchiometrische δ die Menge des jeweils vom CeO2 verlorenen Sauerstoffs, also den jeweiligen «Reduktions-» bzw. «Oxidationszustand» welcher, wie erwähnt, vom Sauerstoffpartialdruck und der Temperatur abhängt. Unter dem Aspekt eines konkreten Redoxprozesses liegt ein Reduktionszustand bei einem grösseren δ und ein Oxidationszustand bei einem kleineren δ vor.The non-stoichiometric δ denotes the amount of oxygen lost by the CeO 2 , ie the respective “reduction” or “oxidation state” which, as mentioned, depends on the oxygen partial pressure and the temperature. From the point of view of a specific redox process, there is a reduction state with a larger δ and an oxidation state with a smaller δ.

CH 715 241 A2 [0060] Fig. 3a zeigt ein Diagramm 20 für den Betrieb des Receiver-Reaktors 1 mit den oben angegebenen Daten. Auf der senkrechten Achse ist der Sauerstoffpartialdruck logarithmisch aufgetragen, auf der horizontalen Achse die Temperatur des ein reduzierbares/oxidierbares Material aufweisenden Absorbers 14, der hier aus CeO2 besteht.CH 715 241 A2 Fig. 3a shows a diagram 20 for the operation of the receiver reactor 1 with the data specified above. The oxygen partial pressure is plotted logarithmically on the vertical axis, and the temperature of the absorber 14 comprising a reducible / oxidizable material, which here consists of CeO 2, is plotted on the horizontal axis.

[0061] Für eine Ausführungsform des Redox-Prozesses in einem erfindungsgemässen Receiver-Reaktor wird eine genügende Reduktion des Ceriumoxids (CeO2) von Δδ = δΓθά-δ = 0.06 angenommen, wobei dann δοχ = 0,04 und öred = 0,1 ist. Die Kurve 21 zeigt, wann in Abhängigkeit von Temperatur und Sauerstoffpartialdruck öreci = 0,1 beträgt. Die Kurve 22 zeigt, wann in Abhängigkeit von Temperatur und Sauerstoffpartialdruck δοχ = 0,04 vorliegt. Die Kurve 23 zeigt den Sauerstoffpartialdruck von Wasserdampf wiederum in Abhängigkeit der Temperatur.For one embodiment of the redox process in a receiver reactor according to the invention, a sufficient reduction in cerium oxide (CeO 2 ) of Δδ = δ Γ θά-δ = 0.06 is assumed, where then δ οχ = 0.04 and ö re d = 0.1. Curve 21 shows when, depending on temperature and oxygen partial pressure, ö rec i = 0.1. Curve 22 shows when δ οχ = 0.04 as a function of temperature and oxygen partial pressure . Curve 23 again shows the oxygen partial pressure of water vapor as a function of the temperature.

[0062] Der Schnittpunkt 24 der Kurven 21 (öred = 0,1) und 23 (Wasserdampf) bestimmt die obere Absorbertemperatur Tred für die Reduktion, der Schnittpunkt 25 der Kurven 22 (δοχ = 0,04) und 23 (Wasserdampf) die untere Absorbertemperatur Tox für die Oxidation. Damit zeigt der Pfeil 26 das am Absorber 14 abzufahrende Temperaturintervall für den gewünschten Redox-Prozess, der hier Wasserstoff generiert. Vorteilhafterweise ist dieses Intervall klein, ca. 200 K, da mit der erfindungsgemässen Anordnung ohne Weiteres hohe Betriebstemperaturen gefahren werden können. Es sei hier angemerkt, dass dieses Intervall bei noch höheren Temperaturen zunehmend kleiner wird. Konstruktionsbedingt ist der erfindungsgemässe Receiver-Reaktor grundsätzlich geeignet, in so hohen Temperaturbereichen gefahren zu werden, wie die Temperaturbeständigkeit der vom Fachmann im konkreten Fall ausgewählten Materialien dies zulässt.The intersection 24 of the curves 21 (ö re d = 0.1) and 23 (water vapor) determines the upper absorber temperature T re d for the reduction, the intersection 25 of the curves 22 (δ οχ = 0.04) and 23 (Water vapor) the lower absorber temperature T ox for the oxidation. Arrow 26 thus shows the temperature interval to be traversed at absorber 14 for the desired redox process, which generates hydrogen here. This interval is advantageously small, about 200 K, since high operating temperatures can easily be reached with the arrangement according to the invention. It should be noted here that this interval becomes increasingly smaller at even higher temperatures. Due to its design, the receiver reactor according to the invention is fundamentally suitable for being operated in such high temperature ranges as the temperature resistance of the materials selected by the person skilled in the art in the specific case allows.

[0063] Fig. 3b zeigt ein Diagramm 30 für Steigerung der Temperatur des Absorbers 14 auf die obere Reduktionstemperatur Ted· Auf der horizontalen Achse ist die Temperatur Tout des Wärme transportierenden Fluids, auf der vertikalen Achse die damit erreichbare Temperatur des Absorbers 14 abgetragen. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die erreichbare Temperatur des Absorbers nur leicht abhängig ist von Tout des Wärme transportierenden Fluid, was eine flexible Abstimmung von Tout auf den externen Verbraucher (d.h. eine Anpassung von Tout an die Bedürfnisse des Verbrauchers) zulässt, wobei sich dann die Temperatur des Absorbers/Reaktors nur in wesentlich kleinerem Mass ändert als Tout. Damit kann eine gewünschte Reaktoraktivität aufrecht erhalten bleiben, auch wenn Tout nachfragegemäss schwankt.3b shows a diagram 30 for increasing the temperature of the absorber 14 to the upper reduction temperature Ted. The temperature T ou t of the heat-transporting fluid is plotted on the horizontal axis, and the temperature of the absorber 14 that can be achieved is plotted on the vertical axis . It should be noted at this point that the attainable temperature of the absorber is only slightly dependent on T out of the heat-transport fluid, which is a flexible tuning of T out to the external consumer (ie an adaptation of T out to the needs of the consumer) permits , the temperature of the absorber / reactor then changing only to a much smaller extent than T out . In this way, a desired reactor activity can be maintained, even if T ou t fluctuates according to demand.

[0064] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Eingangstemperatur Tin des Wasserdampfs in den Reaktor-Receiver 41000 K, s. oben. Die Ausgangstemperatur Tout lässt sich über den Massenstrom des Wärme transportierenden Fluids durch den Absorptionsraum 15 hindurch steuern. Damit zeigt die Kurve 31 über den Punkt 31 ', dass die obere Temperatur Tred für die Reduktion des Absorbers 14, hier 2058 K (s. das Diagramm 20, Fig. 3a), bei einer Temperatur des Wasserdampfs von Tout von ca. 1750 K erreicht wird. Da das Diagramm einen erst nach langer Zeit erreichten Gleichgewichtszustand zeigt, wird eine Temperatur Toutvon ca. 1800 K vorgesehen, um eine industriell verwertbare Zykluszeit zu erreichen.In the present exemplary embodiment, the inlet temperature T in of the water vapor in the reactor receiver is 41000 K, see FIG. above. The starting temperature T out can be controlled via the mass flow of the heat-transporting fluid through the absorption space 15. Curve 31 thus shows via point 31 'that the upper temperature T re d for the reduction of the absorber 14, here 2058 K (see diagram 20, FIG. 3a), at a temperature of the water vapor of T ou t of approx. 1750 K is reached. Since the diagram shows a state of equilibrium that has only been reached after a long time, a temperature T ou t of approximately 1800 K is provided in order to achieve an industrially usable cycle time.

[0065] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass für die Senkung der Absorbertemperatur auf Tox eine Erhöhung des Massenstroms genügt, worauf die konvektive Kühlung des Absorbers durch das Wärme transportierende Fluid einsetzt, dabei die absorptive Erwärmung entsprechend sinkt, sodass über die leicht vergrösserte konvektive Kühlung die untere Temperatur Tox erreicht wird, ohne dass das Wärme transportierende Fluid die Temperatur von Tout = ca. 1800 K erreichen muss.It should be noted at this point that an increase in the mass flow is sufficient for lowering the absorber temperature to T ox , whereupon the convective cooling of the absorber by the heat-transporting fluid begins, the absorptive heating accordingly decreasing, so that the slightly enlarged one convective cooling the lower temperature T ox is reached without the heat-transporting fluid having to reach the temperature of T ou t = approx. 1800 K.

[0066] Fig. 3c schliesslich zeigt ein Diagramm 40, auf dessen horizontaler Achse die Höhe des Receiver-Reaktors 4 aufgetragen ist (der Nullpunkt befindet sich in der optischen Öffnung 13, die maximale Höhe von 15,95 m beim Absorber 14). Auf der vertikalen Achse ist die Temperatur des den Absorptionsraum 15 von der Öffnung 13 bis zum Absorber 14 durchströmenden Wärme transportierenden Fluids (hier Wasserdampf) aufgetragen. Die Kurve 41 zeigt nun die Temperaturabnahme des Wasserdampfs von 1800 K am Ort des Absorbers 14 rückwärts (entgegen der Richtung des Massenstroms) bis zur Öffnung 13, wo die Temperatur bei 1000 K, d.h. bei Tin liegt. Mit anderen Worten ist es so, dass die Schwarzkörperstrahlung des Absorbers 14 im Fall einer Ausgangstemperatur des Wasserdampfs von 1800 K (obere Reduktionstemperatur Ted) überwiegend absorbiert ist, d.h. die entsprechenden Wärmeverluste unterbunden sind, s. dazu auch das Diagramm 16 von Fig. 2b. Diese Absorptionsrate gilt natürlich auch dann, wenn die Temperatur am Absorber weniger als 1800 K beträgt, was der Fall ist, wenn die Absorbertemperatur gegen die Oxidationstemperatur hin gesenkt wird.3c finally shows a diagram 40, on the horizontal axis of which the height of the receiver reactor 4 is plotted (the zero point is in the optical opening 13, the maximum height of 15.95 m for the absorber 14). The temperature of the fluid transporting heat through the absorption space 15 from the opening 13 to the absorber 14 (here water vapor) is plotted on the vertical axis. Curve 41 now shows the temperature decrease of the water vapor from 1800 K at the location of the absorber 14 backwards (against the direction of the mass flow) to the opening 13, where the temperature is 1000 K, ie at T in . In other words, the blackbody radiation of the absorber 14 is predominantly absorbed in the case of an initial temperature of the water vapor of 1800 K (upper reduction temperature Ted), ie the corresponding heat losses are prevented, see FIG. also diagram 16 of FIG. 2b. Of course, this absorption rate also applies when the temperature at the absorber is less than 1800 K, which is the case when the absorber temperature is lowered towards the oxidation temperature.

[0067] Mit anderen Worten zeigen die Fig. 3a bis 3c einen proof of concept der oben erwähnten Vorteile des erfindungsgemässen Reaktor-Receivers.In other words, FIGS. 3a to 3c show a proof of concept of the above-mentioned advantages of the reactor receiver according to the invention.

[0068] Es ergibt sich zusammenfassend ein Verfahren zur Herstellung von Syngas mit Hilfe von Sonnenstrahlung, bei welchem der Reaktor eines Receiver-Reaktors über eine in diesem vorgesehene Öffnung für Sonnenstrahlung durch die Sonnenstrahlung periodisch für einen Reduktionsprozess bis auf eine obere Reduktionstemperatur erwärmt und danach für einen Oxidationsprozess in Gegenwart eines Oxidationsgases bis auf eine untere Oxidationstemperatur gekühlt wird, wobei das Sonnenlicht durch eine Absorptionskammer hindurch auf einen als Reaktor ausgebildeten Absorber geführt wird, der ein reduzierbares/oxidierbares Material aufweist, und wobei ein die Schwarzkörperstrahlung des Absorbers absorbierendes Gas durch die Absorptionskammer geleitet und diese derart ausgebildet wird, dass 80% oder mehr der auf einem Pfad zur Öffnung liegenden Schwarzkörperstrahlung (die Rückstrahlung des Absorbers) durch das Gas absorbiert wird.In summary, there is a process for the production of syngas with the aid of solar radiation, in which the reactor of a receiver reactor is periodically heated through an opening provided for solar radiation by the solar radiation for a reduction process to an upper reduction temperature and then for an oxidation process is cooled to a lower oxidation temperature in the presence of an oxidation gas, the sunlight being guided through an absorption chamber onto an absorber designed as a reactor, which has a reducible / oxidizable material, and wherein a gas absorbing the blackbody radiation of the absorber is passed through the absorption chamber conducted and this is formed such that 80% or more of the black body radiation lying on a path to the opening (the reflection of the absorber) is absorbed by the gas.

[0069] Es ergibt sich weiter ein Solarer Receiver-Reaktor mit einer Öffnung für die Strahlung der Sonne, einem im Pfad des einfallenden Lichts angerordneten Absorber, einem Reaktor für eine Redox-Reaktion und einer Transportanordnung in welcher ein an der Redox-Reaktion teilnehmendes Gas betriebsfähig zum Reaktor und von diesem weg geführt wird,There is also a solar receiver reactor with an opening for the radiation of the sun, an absorber arranged in the path of the incident light, a reactor for a redox reaction and a transport arrangement in which a gas participating in the redox reaction operational to and from the reactor,

CH 715 241 A2 wobei der Absorber als Reaktor ausgebildet ist, zwischen der Öffnung für die Strahlung der Sonne und dem Absorber im Pfad des einfallenden Lichts und von Schwarzkörperstrahlung des Absorbers eine Absorber-kammer angeordnet ist, und dass die Transportanordnung eine Kreislauf -Leitungsanordnung aufweist, in welchem ein Wärme transportierendes Fluid zirkuliert, wobei der Kreislauf derart ausgebildet ist, dass das Wärme transportierende Fluid in der Absorberkammer mit Wärme beladen und im Wärmetauscher wieder abgekühlt werden kann, wobei das Wärme transportierende Fluid ein IR Gas ist, welches die auf einem Pfad durch die Öffnung laufenden Schwarzkörper-Strahlung des Absorbers absorbiert.CH 715 241 A2 wherein the absorber is designed as a reactor, an absorber chamber is arranged between the opening for the radiation of the sun and the absorber in the path of the incident light and blackbody radiation of the absorber, and that the transport arrangement has a circuit line arrangement, in which a heat-transporting fluid circulates, the circuit being designed in such a way that the heat-transporting fluid can be loaded with heat in the absorber chamber and cooled again in the heat exchanger, the heat-transporting fluid being an IR gas which passes through a path absorbed the opening running black body radiation of the absorber.

[0070] Es ergibt sich zudem, Solarer Receiver-Reaktor mit einer Öffnung für die Strahlung der Sonne, einem im Pfad des einfallenden Lichts angerordneten Absorber und einer Transportanordnung für Wärme transportierendes Fluid, das den Absorber kühlt, ist dabei derart ausgebildet, dass im Pfad des Lichts vor dem Absorber ein Absorptionsraum vorgesehen und die Transportanordnung weiter ausgebildet ist, das Wärme transportierende Fluid durch den Ab-sorptionsraum zu führen, derart, dass es durch die Schwarzkörperstrahlung des Absorbers erwärmt wird, wobei der Absorber ein reduzierbares/oxidierbares Material für einen Reduktions- und einen Oxidationsprozess und das Wärme transportierende Fluid ein in den Frequenzbändern des Infrarotbereichs absorbierendes Gas aufweist, das so zusammengesetzt und die Transporteinrichtung sowie der Absorberraum derart ausgebildet sind, dass im Betrieb des Reaktors das Wärme transportierende Fluid die Rückstrahlung des Absorbers durch die Öffnung im Wesentlichen absorbiert, und wobei der Receiver-Reaktor derart ausgebildet ist, dass die Temperatur des reduzierbaren/oxidierbaren Materials des Absorbers wechselweise zwischen einer oberen Temperatur Treci und einer unteren Temperatur Tox hin- und her gebracht werden kann.It also results that the solar receiver reactor with an opening for the radiation from the sun, an absorber arranged in the path of the incident light and a transport arrangement for heat-transporting fluid which cools the absorber is designed such that in the path an absorption space of the light is provided in front of the absorber and the transport arrangement is further designed to guide the heat-transporting fluid through the absorption space in such a way that it is heated by the black body radiation of the absorber, the absorber being a reducible / oxidizable material for a reduction - And an oxidation process and the heat-transporting fluid has a gas that absorbs in the frequency bands of the infrared range, which gas is composed and the transport device and the absorber chamber are designed in such a way that, during operation of the reactor, the heat-transporting fluid causes the reflection of the absorber through the opening essentially absorbed, and wherein the receiver reactor is designed such that the temperature of the reducible / oxidizable material of the absorber can alternately be brought back and forth between an upper temperature T rec i and a lower temperature T ox .

[0071] Fig. 4a zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors 100 in einem Längsschnitt durch einen Durchmesser des Absorptionsraums 101, der einen in Richtung des Sonnenlichts vorderen, zylindrischen Abschnitt 102 und einen hinteren, konischen Abschnitt 103 aufweist. Ein Absorber 104 besteht aus wenigstens einer, bevorzugt aus einem Bündel Leitungen 105, an deren Innenwand ein reduzierbares/oxidierbares Material angeordnet ist. Diese Leitungen 105 führen ein an der chemischen, hier der Redox-Reaktion, teilnehmendes Gas - also ein wenigstens oxidierendes Gas, welches bei der Oxidation des Absorbers (bzw. dessen innerer Beschichtung) 0 - Atome verliert und so (teilweise) zum Syngas reduziert wird. Die Sonnenstrahlung erwärmt den Absorber 101, der wiederum seine Schwarzkörperstrahlung in den Absorptionsraum 101 abgibt, wobei das durch diesen hindurchströmende Infrarot absorbierende Gas (Pfeile 106) diese Strahlung wie oben beschrieben absorbiert und sich dabei erwärmt.4a schematically shows a further embodiment of the receiver reactor 100 according to the invention in a longitudinal section through a diameter of the absorption space 101, which has a cylindrical section 102 at the front in the direction of sunlight and a rear, conical section 103. An absorber 104 consists of at least one, preferably a bundle of lines 105, on the inner wall of which a reducible / oxidizable material is arranged. These lines 105 carry a gas participating in the chemical, here the redox reaction - that is, an at least oxidizing gas which loses 0 atoms during the oxidation of the absorber (or its inner coating) and is (partially) reduced to the syngas . The solar radiation heats the absorber 101, which in turn emits its blackbody radiation into the absorption space 101, the infrared absorbing gas flowing through it (arrows 106) absorbing this radiation as described above and thereby heating up.

[0072] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das wenigstens oxidierende Gas auch während der Reduktionsphase verwendet werden kann, dann O- Atome aufnimmt und wegtransportiert, folglich eine entsprechende Trennstation vorgesehen werden muss, um die O-Atome vor der Oxidation des Absorbers aus diesem zu entfernen, da sonst in der späteren Oxidationsphase kein Syngas gebildet würde. Alternativ ist es grundsätzlich auch möglich, für die Oxidation und für die Reduktion verschiedene Gase zu verwenden, was im konkreten Fall vorteilhaft sein kann. Des Weiteren ist es möglich, die Reduktion unter Vakuum durchzuführen, sodass der bei der Reduktion freigesetzte Sauerstoff in reiner Form vorliegt und somit keine Separation von einem Gasstrom nötig ist. Zudem kann durch das Verringern des Sauerstoffpartialdruckes während der Reduktionsphase bei einer gegebenen Reduktionstemperatur Treci der Reduktionsgrad öreci erhöht werden, womit in der anschliessenden Oxidationsphase mehr Syngas produziert und so die Effizienz des Redox-Prozesses gesteigert werden können.It should be noted at this point that the at least oxidizing gas can also be used during the reduction phase, then absorbs O atoms and transported away, consequently a corresponding separation station must be provided in order to remove the O atoms from the oxidation of the absorber to remove this, otherwise no syngas would be formed in the later oxidation phase. Alternatively, it is also possible in principle to use different gases for the oxidation and for the reduction, which can be advantageous in the specific case. Furthermore, it is possible to carry out the reduction under vacuum, so that the oxygen released during the reduction is in pure form and therefore no separation from a gas stream is necessary. In addition, by reducing the oxygen partial pressure during the reduction phase at a given reduction temperature T rec i, the degree of reduction ö rec i can be increased, so that more syngas can be produced in the subsequent oxidation phase and the efficiency of the redox process can thus be increased.

[0073] Es ergibt sich, dass bevorzugt der Absorber als Abschnitt der weiteren Leitungsanordnung ausgebildet ist und wenigstens eine Leitung für das wenigstens oxidierende Gas aufweist, an deren Innenwand reduzierbares/oxidierbares Material angeordnet ist. Weiter bevorzugt ist der Absorber als Leitungsbündel für wenigstens oxidierendes Gas ausgebildet.It follows that the absorber is preferably designed as a section of the further line arrangement and has at least one line for the at least oxidizing gas, on the inner wall of which reducible / oxidizable material is arranged. The absorber is further preferably designed as a line bundle for at least oxidizing gas.

[0074] Das Ende des Receiver-Reaktors 100, in welchem das Infrarot absorbierende Gas eintritt, kann gleich ausgebildet sein, wie dasjenige des Receiver-Reaktors 4 (Fig. 2). Das Ende des Receiver-Reaktors 100, welches den Absorber 104 aufweist, ist hingegen wie oben beschrieben modifiziert, wobei der Absorber 104 als Bündel von Leitungen 105 ausgebildet ist. Dies erlaubt, das an der Redox-Reaktion teilnehmende Gas vom Wärme transportierenden Fluid zu trennen, wobei dann nicht mehr der Absorptionsraum 15 (Fig. 2) der Reaktionsraum für die Redox-Reaktion ist, sondern das Innere der Leitungen 105.The end of the receiver reactor 100, in which the infrared absorbing gas enters, can be of the same design as that of the receiver reactor 4 (FIG. 2). The end of the receiver reactor 100, which has the absorber 104, on the other hand, is modified as described above, the absorber 104 being designed as a bundle of lines 105. This allows the gas participating in the redox reaction to be separated from the heat-transporting fluid, in which case it is no longer the absorption space 15 (FIG. 2) that is the reaction space for the redox reaction, but the interior of the lines 105.

[0075] Das Wärme transportierende Fluid tritt seitlich über Öffnungen 108 aus (Pfeile 110), gelangt in einen Sammler 109 und wird schliesslich in der Leitung 8 zum Wärmetauscher 7 (Fig. 1b) geführt, dann von diesem im Kreislauf zurück zum Reaktor-Receiver 100. Alternativ könnte das Wärme transportierende Fluid beispielsweise während der Oxidation auch zwischen den Leitungen 105 des Absorbers 104 hindurchgeleitet werden, um den Absorber zusätzlich konvektiv auf eine untere Oxidationstemperatur Tox zu kühlen, und dann über einen hier nicht dargestellten Sammler in die Leitung 8 eingeführt werden.The heat-transporting fluid exits laterally through openings 108 (arrows 110), arrives in a collector 109 and is finally guided in line 8 to the heat exchanger 7 (FIG. 1b), then in circulation back to the reactor receiver 100. Alternatively, the heat-transporting fluid could, for example, also be passed between the lines 105 of the absorber 104 during the oxidation, in order to additionally convectively cool the absorber to a lower oxidation temperature T ox , and then introduced into the line 8 via a collector (not shown here) become.

[0076] Das an der Redox-Reaktion teilnehmende Gas wird gemäss Fig. 1b über die dort dargestellten Leitungen 10, 10' zwischen dem Absorber 100 und der Verfahrensstation 11) hin- und her transportiert.The gas participating in the redox reaction is transported back and forth between the absorber 100 and the processing station 11) according to FIG. 1b via the lines 10, 10 'shown there.

[0077] Fig. 4b zeigt schematisch die Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors 100 von Fig. 4a in einer Ansicht von oben, entsprechend der Blickrichtung A-A von Fig. 4a. Ersichtlich sind die beidseitig vom Absorber 104 (der aus dem Bündel von Leitungen 105 besteht) angeordneten Reihen von Öffnungen 108 für das Wärme transportierende Fluid, welches über den nur teilweise sichtbaren (weil durch den Abschnitt 103 verdeckten) Sammler 109 in die Leitung 8 (Fig. 1b) gelangt. Durch die angeschrägte Ausbildung des unteren Abschnitts 103 des Absorptionsraums 101 sind dieFIG. 4b schematically shows the embodiment of the receiver reactor 100 according to the invention from FIG. 4a in a view from above, corresponding to the viewing direction A-A from FIG. 4a. The rows of openings 108 for the heat-transporting fluid, which are arranged on both sides of the absorber 104 (which consists of the bundle of lines 105), can be seen, which through the only partially visible (because covered by the section 103) collector 109 into the line 8 (FIG 1b) arrives. Due to the tapered design of the lower section 103 of the absorption space 101

CH 715 241 A2CH 715 241 A2

Rohre 105 in diesem etwa gleich lang, sodass sich das in ihnen fliessende, an der Redox-Reaktion teilnehmende Gas etwa gleich erwärmt. Seine Strömungsrichtung ist durch die Pfeile 111 angedeutet.Pipes 105 in this are of approximately the same length, so that the gas flowing in them and participating in the redox reaction heats up approximately equally. Its direction of flow is indicated by arrows 111.

[0078] Es ergibt sich, dass bevorzugt das absorbierende Gas nach der Absorption der Schwarzkörperstrahlung des Absorbers als Wärme transportierendes Fluid aus dem Receiver-Reaktor abgeführt wird, ohne dass es an der Redox-Reaktion teilnimmt, und dass vom absorbierenden Gas getrennt ein wenigstens oxidierendes Gas dem Absorber für die Redox-Reaktion zugeführt wird. Weiter wird das wenigstens oxidierende Gas durch den Absorber hindurch geleitet, der bevorzugt durch ein Leitungsbündel für das oxidierende Gas ausgebildet ist. Der Receiver-Reaktor weist dann weiter eine Leitungsanordnung für wenigstens oxidierendes Gas auf, welche dieses getrennt vom absorbierenden Gas und Wärme tauschenden Gas führt.It follows that, after the absorption of the blackbody radiation from the absorber, the absorbing gas is preferably removed as heat-transporting fluid from the receiver reactor without participating in the redox reaction, and that an at least oxidizing gas is separated from the absorbing gas Gas is fed to the absorber for the redox reaction. Furthermore, the at least oxidizing gas is passed through the absorber, which is preferably formed by a line bundle for the oxidizing gas. The receiver reactor then also has a line arrangement for at least oxidizing gas, which leads it separately from the absorbing gas and heat-exchanging gas.

[0079] In einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform kann das wenigstens oxidierende Gas der vom Absorptionsraum abgewandten Seite des Absorbers zugeführt werden, wobei der Absorber selbst wiederum als Platte ausgebildet sein kann, dann auf seiner dem Absorptionsraum zugewendeten Seite erwärmt wird, in den Absorptionsraum strahlt und auf der anderen Seite das reduzierbare/oxidierbare Material aufweist, welches mit dem an der Reaktion teilnehmenden Gas reagiert. Bevorzugt ist dann der Absorber der Kreislauf-Leitungsanordnung und auch der weiteren Leitungsanordnung für oxidierendes Gas zugeordnet, und bildet eine Trennwand zwischen dem Strömungspfad des Wärme transportierendes Fluid und demjenigen des oxidierenden Gases.In an embodiment, not shown in the figures, the at least oxidizing gas can be supplied to the side of the absorber facing away from the absorption space, the absorber itself again being able to be designed as a plate, then being heated on its side facing the absorption space, into the absorption space radiates and on the other hand has the reducible / oxidizable material which reacts with the gas participating in the reaction. The absorber is then preferably assigned to the circuit line arrangement and also to the further line arrangement for oxidizing gas, and forms a partition between the flow path of the heat-transporting fluid and that of the oxidizing gas.

[0080] Fig. 5a zeigt schematisch einen modifizierten Receiver-Reaktor 50 für die Verwendung von teilerwärmtem Wärme transportierendem Fluid. Schematisch dargestellt ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines ReceiverReaktors 50 in der Art desjenigen von Fig. 2 oder von den Fig. 5a und 5b. Die Sonnenstrahlen 3 fallen durch ein Fenster aus beispielsweise Quarzglas 13 auf den Absorber 14, dessen strahlende Oberfläche 14' das im Absorptionsraum 15 durchströmende Gas erhitzt, wobei dessen Temperatur vom Fenster 13 bis zum Absorber 14 hin zunimmt. Entsprechend kann das Gas über Öffnungen 51 bis 51 ' in der zylindrischen Wand des Receivers 50 bei verschiedenen Temperaturen, die grösser sind als Tm als teilerwärmtes Wärme transportierendes Medium entnommen werden. Die Pfeile zeigen die Strömungsrichtung des Wärme transportierenden Gases an, wobei die Pfeile bei den Öffnungen 51 bis 51 ' den ansteigenden Temperatur entsprechend länger eingezeichnet sind.FIG. 5a schematically shows a modified receiver reactor 50 for the use of partially heated heat-transporting fluid. A cross section through a further embodiment of a receiver reactor 50 in the manner of that of FIG. 2 or of FIGS. 5a and 5b is shown schematically. The sun rays 3 fall through a window made of, for example, quartz glass 13 onto the absorber 14, the radiating surface 14 'of which heats the gas flowing through the absorption space 15, the temperature of which increases from the window 13 to the absorber 14. Correspondingly, the gas can be withdrawn via openings 51 to 51 'in the cylindrical wall of the receiver 50 at different temperatures, which are greater than Tm, as a partially heated heat-transporting medium. The arrows indicate the direction of flow of the heat-transporting gas, the arrows at openings 51 to 51 'being drawn in correspondingly longer as the temperature rises.

[0081] Alternativ - oder zusammen mit den Öffnungen 51 bis 51 ' kann eine in den Absorptionsraum 15 hineinragende Leitung 53 für das Gas vorgesehen werden, welche dann über Öffnungen 52 bis 52»’ Gas bei den am Ort der Öffnungen 52 bis 52»’ herrschenden Temperaturen einspeist, das ebenfalls teilerwärmt ist und eine Temperatur aufweist, die im Innern das Absorptionsraums 15 am Ort der Öffnungen herrscht. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn durch den Receiver-Reaktor 50 ein nachgeschalteter, auf verschiedenen Temperaturstufen ablaufender Prozess mit Wärme versorgt wird. Von diesem Prozess kann dann Wärme transportierendes Gas auf ebenfalls verschiedenen Temperaturen zurück zum Receiver geführt werden, sodass weiter bevorzugt im Bereich der Öffnungen 51 bis 51 ' und 52 bis 52' weitere Zuleitungen für das Wärme transportierende Gas in den Absorberraum 15 des Receivers 50 hinein vorgesehen werden (die hier zur Entlastung der Figur weggelassen sind).Alternatively - or together with the openings 51 to 51 ', a line 53 projecting into the absorption space 15 can be provided for the gas, which line then passes through openings 52 to 52 "' at the gas at the location of the openings 52 to 52" '. prevailing temperatures, which is also partially heated and has a temperature which prevails in the interior of the absorption space 15 at the location of the openings. This is particularly advantageous when a downstream process running at different temperature levels is supplied with heat by the receiver reactor 50. From this process, heat-transporting gas can then be returned to the receiver at likewise different temperatures, so that further feed lines for the heat-transporting gas into the absorber space 15 of the receiver 50 are preferably provided in the area of the openings 51 to 51 'and 52 to 52' (which are omitted here to relieve the figure).

[0082] Es ergibt sich ein Receiver, bei welchem die Transportanordnung eine oder mehrere mit einem Absorberraum 26 verbundene Leitungen 51 bis 51 ' und 52 bis 52 ' für Wärme transportierendes Gas aufweist, die derart angeordnet sind, dass dem Absorberraum 15 teilerwärmtes Gas entnommen und/oder teilerwärmtes Gas an einem Ort zugeführt werden kann, an welchem im Wesentlichen die Temperatur des Gases im Absorberraum 15 der Temperatur des teilerwärmten, zugeführten Gases entspricht.The result is a receiver in which the transport arrangement has one or more lines 51 to 51 'and 52 to 52' for heat-transporting gas connected to an absorber space 26, which are arranged such that gas which has been partially heated is removed from the absorber space 15 and / or partially heated gas can be supplied at a location at which the temperature of the gas in the absorber space 15 essentially corresponds to the temperature of the partially heated, supplied gas.

[0083] Solche Zu- und Ableitungen für teilerwärmtes Gas können an einem erfindungsgemässen, absorptiven ReceiverReaktor vorgesehen werden, ohne dass sein Layout, insbesondere der Absorber 14 modifiziert werden muss - ebenso können diese Leitungen benutzt oderstillgelegt werden, ohne dass es auf Grund des unterschiedlichen Wärmetransfers einer konstruktiven Modifikation bedarf.Such supply and discharge lines for partially heated gas can be provided on an absorptive receiver reactor according to the invention without its layout, in particular the absorber 14, having to be modified - these lines can also be used or shut down without it due to the different heat transfer requires a constructive modification.

[0084] Fig. 5b zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors 60. Dargestellt ist ein Schnitt durch einen Receiver-Reaktor 60, der dem Receiver-Reaktor 4 von Fig. 2 entspricht, wobei jedoch der Absorber 61 mit seiner der optischen Öffnung 13 zugewendeten absorbierenden Oberfläche 61 ' einen in den Absorberraum 67 ragenden, bevorzugt plattenförmigen Abschnitt 64 aufweist, der sich in der Mitte des Absorberraums 67 gegen die Öffnung 13 erstreckt und der im Wesentlichen parallel zu der durch die eingezeichneten Pfeile angegebenen Strömungsrichtung des infrarot absorbierenden, Wärme tauschenden Gases ausgerichtet ist. Der Abschnitt 64 absorbiert im Wesentlichen von der absorbierenden Oberfläche 61 ' abgegebene Schwarzkörper (Infrarotstrahlung, soweit diese noch nicht von dem an ihm entlang strömenden Gas absorbiert worden ist, also insbesondere Strahlung in denjenigen Frequenzbändern, für welche das Gas weniger absorptiv ist (s. die Beschreibung zu den in realen Gasen wirksamen Frequenzbändern oben). Dadurch erwärmt ersieh und stellt wiederum eine Schwarzkörper-Strahlungsanordnung dar, die im Ganzen der Temperatur des Abschnitts 64 entsprechenden Schwarzkörper-Frequenzspektrum strahlt und das vorbeiströmende Wärme transportierende Gas seinerseits absorptiv erwärmt. Es ergibt sich eine verbesserte Nutzung derjenigen Frequenzen der Strahlung 55, welche vom Gas nur wenig absorbiert werden, da diese Frequenzen Wärme in den Abschnitt 64 einbringen, der dann seinerseits wiederum in allen (Infrarot-)Frequenzen strahlt. Der Abschnitt 64 stellt einen Sekundärabsorber dar.5b schematically shows a further embodiment of the receiver reactor 60 according to the invention. A section through a receiver reactor 60 is shown, which corresponds to the receiver reactor 4 from FIG. 2, but with the absorber 61 with its optical one Absorbing surface 61 'facing opening 13 has a preferably plate-shaped section 64 which projects into the absorber space 67 and which extends in the middle of the absorber space 67 against the opening 13 and which is essentially parallel to the direction of flow of the infrared absorbing, indicated by the arrows, Heat exchanging gas is aligned. The section 64 essentially absorbs black bodies emitted by the absorbing surface 61 '(infrared radiation, insofar as this has not yet been absorbed by the gas flowing along it, that is to say in particular radiation in those frequency bands for which the gas is less absorbent (see FIG Description of the frequency bands effective in real gases above). This heats up and in turn represents a blackbody radiation arrangement which radiates in the whole blackbody frequency spectrum corresponding to the temperature of section 64 and in turn heats the gas flowing past in an absorptive manner Improved use of those frequencies of radiation 55 which are only slightly absorbed by the gas, since these frequencies introduce heat into section 64, which in turn radiates in all (infrared) frequencies. Section 64 represents a secondary absorber.

[0085] Solch eine Anordnung kann in grösseren Dimensionen, z.B mit einem Durchmesser der Absorberoberfläche 61 ' von 15,96 m und einer Länge des Absorberraums 67 (Absorberoberfläche 61' bis optische Öffnung 13) von 15,96 mSuch an arrangement can be of larger dimensions, for example with a diameter of the absorber surface 61 'of 15.96 m and a length of the absorber space 67 (absorber surface 61' to optical opening 13) of 15.96 m

CH 715 241 A2 ausgeführt werden. Dann ist der Receiver 60 geeignet, den Fluss einer grossen Anzahl (oder aller) Heliostaten eines Turmkraftwerks aufzunehmen. Es ergibt sich, dass der Receiver 60 einen Absorptionsraum 67 aufweist und der Absorber 61 mit einem Abschnitt bzw. Sekundärabsorber 64 in diesen Raum hinein ragt, der bevorzugt plattenförmig ausgebildet ist. Bevorzugt kann dann der Sekundärabsorber 64 wenigstens teilweise ebenfalls mit einem reduzierbaren/oxidierbaren Material versehen werden, das aber von demjenigen des Absorbers 61 wenigstens teilweise verschieden sein kann, je nach dem Ort auf dem Sekundärabsorber, wo prinzipbedingt nicht dieselben Temperaturverhältnisse vorliegen wie am Absorber 61.CH 715 241 A2. The receiver 60 is then suitable for recording the flow of a large number (or all) of heliostats in a tower power plant. It follows that the receiver 60 has an absorption space 67 and the absorber 61 projects into this space with a section or secondary absorber 64, which is preferably plate-shaped. The secondary absorber 64 can then preferably also be at least partially provided with a reducible / oxidizable material, which, however, can be at least partially different from that of the absorber 61, depending on the location on the secondary absorber, where, in principle, the same temperature conditions are not present as on the absorber 61.

[0086] Bei einer weiteren, in der Figur nicht dargestellten Ausführungsform kann eine beispielsweise für das sichtbare Spektrum des Sonnenlichts durchsichtige Glaswand (Quarzglas) als Sekundärabsorbervorgesehen werden, die etwa in der Mitte zwischen der Absorberoberfläche 61 ' und der optischen Öffnung 13 parallel zur Absorberoberfläche 61 ' angeordnet ist und Durchgänge, beispielsweise in der Art einer Lochplatte, für das Wärme transportierende Gas aufweist. Wiederum wird die Glaswand durch die Infrarotstrahlung der Absorberoberfläche 61 ', bzw. durch deren noch nicht vom Gas absorbierten Frequenzanteile erwärmt und strahlt selbst in der Art des schwarzen Körpers in beiden Richtungen, nämlich sowohl gegen die optische Öffnung als auch gegen den Absorber. Es ergibt sich erfindungsgemäss ein Receiver, der einen weiteren als Schwarzkörper - Strahlungsanordnung mit reduzierter Konvektion ausgebildeten Sekundärabsorber in einem vor dem Absorber liegenden Absorptionsraum aufweist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er durch die Infrarotstrahlung des Absorbers erwärmbar ist und im Betrieb über seine eigene Strahlung seinerseits in den Absorberraum wirkt, wobei er bevorzugt plattenförmig ausgebildet ist und besonders bevorzugt den Absorber im Wesentlichen nicht beschattet.In a further embodiment, not shown in the figure, a glass wall (quartz glass), for example transparent to the visible spectrum of sunlight, can be provided as the secondary absorber, which is approximately in the middle between the absorber surface 61 'and the optical opening 13 parallel to the absorber surface 61 'is arranged and has passages, for example in the manner of a perforated plate, for the heat-transporting gas. Again, the glass wall is heated by the infrared radiation of the absorber surface 61 ', or by its frequency components which have not yet been absorbed by the gas, and even in the manner of the black body radiates in both directions, namely both against the optical opening and against the absorber. According to the invention, a receiver results which has a further secondary absorber designed as a blackbody radiation arrangement with reduced convection in an absorption space located in front of the absorber, which is arranged and designed such that it can be heated by the infrared radiation of the absorber and in operation via its own Radiation in turn acts in the absorber space, it preferably being plate-shaped and particularly preferably essentially not shading the absorber.

[0087] Fig. 5c zeigt einen weiteren erfindungsgemässen Reaktor-Receiver 70, mit einer optischen Öffnung 13 und einem Absorber 14, wobei der Absorptionsraum 71 sich im Längsschnitt konisch verjüngt und seitlich mündende Zuleitungen 72 für Wärme transportierendes Fluid vorgesehen sind. Ebenso sind seitlich wegführende Ableitungen 73 für das absorptiv erhitzte Wärme transportierende Fluid vorhanden. Weiter ist ein Schieber 75 vorgesehen, der in seiner in der Figur dargestellten Offenstellung aus dem Absorptionsraum 71 herausgezogen ist und den Fluss der Sonnenstrahlung auf den Absorber 14 sowie dessen Schwarzkörperstrahlung in den Absorptionsraum 71 hinein nicht beeinträchtigt. Diese Konfiguration ist für die Reduktion des Absorbers 14, d.h. in der Phase seiner Erwärmung von Tox bis zu Tred, besonders gut geeignet.5c shows a further reactor receiver 70 according to the invention, with an optical opening 13 and an absorber 14, the absorption space 71 tapering conically in longitudinal section and laterally opening supply lines 72 for heat-transporting fluid are provided. There are also discharge lines 73 leading away to the side for the fluid transporting heat absorptively heated. Furthermore, a slide 75 is provided, which in its open position shown in the figure is pulled out of the absorption space 71 and does not impair the flow of solar radiation onto the absorber 14 and its blackbody radiation into the absorption space 71. This configuration is particularly well suited for the reduction of the absorber 14, ie in the phase of heating it from T ox to T re d.

[0088] Wird der Schieber 75 in Geschlossenstellung gebracht, die durch die gestrichelten Linien 77 angedeutet ist, ist der Absorber 14 von der Strahlung der Sonne abgeschirmt, was zu einer schnellen Kühlung des Absorbers 14 in der Oxidationsphase, d.h. von Treci auf Tox, führt. Dann kann ein oxidierendes Gas, beispielsweise CO2, durch die Zuleitungen 76 zum Absorber 14 geführt werden, diesen oxidieren und über den Auslassstutzen 8 zur Trennstation 9 (Fig. 1) geführt werden. Dies hat den Vorteil, dass für den Oxidationsbetrieb ein grösserer Teil des Gases durch den Absorber geführt werden kann, dieser somit schneller abkühlt. Weiter ist vorteilhaft, dass die Konzentration des Syngases (hier CO) im zur Trennstation geführten Gas hoch ist, sodass die Trennung effizient vorgenommen werden kann. Zusätzlich kann das oxidierende Gas vom für einen externen Verbraucher 7 (Fig. 1) bestimmten, Wärme transportierenden Fluid durch die Transportanordnung des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors getrennt geführt werden.If the slide 75 is brought into the closed position, which is indicated by the dashed lines 77, the absorber 14 is shielded from the radiation of the sun, which leads to rapid cooling of the absorber 14 in the oxidation phase, ie from T rec i to T ox , leads. An oxidizing gas, for example CO 2 , can then be passed through the feed lines 76 to the absorber 14, oxidize it and be guided via the outlet connection 8 to the separation station 9 (FIG. 1). This has the advantage that a larger part of the gas can be passed through the absorber for the oxidation operation, so that the absorber cools down more quickly. It is also advantageous that the concentration of the syngas (here CO) in the gas led to the separation station is high, so that the separation can be carried out efficiently. In addition, the oxidizing gas can be conducted separately from the heat-transporting fluid intended for an external consumer 7 (FIG. 1) through the transport arrangement of the receiver reactor according to the invention.

[0089] Nach erfolgter Oxidation wird der Schieber (der hier eine Strahlungsschranke darstellt) wieder in Offenstellung gebracht. Es ergibt sich, dass bei einer weiteren Ausführungsform eine Strahlungsschranke vorgesehen ist, die wechselweise im Pfad der Sonnenstrahlung vor den Absorber gebracht und von diesem wieder entfernt werden kann.After oxidation has taken place, the slide (which here represents a radiation barrier) is brought back into the open position. It follows that a radiation barrier is provided in a further embodiment, which can alternately be brought in front of the absorber in the path of solar radiation and removed from it again.

[0090] In einer nicht in den Figuren gezeigten Ausführungsform weist ein Solarkraftwerk wenigstens zwei erfindungsgemässe Reaktoren auf, die im Zyklus der Reduktion und Oxidation gegeneinander versetzt gefahren werden und die SolarReflektoren, bevorzugt Heliostaten, jeweils auf den Reaktor gerichtet werden, der sich in der Reduktionsphase befindet, während der andere Reaktor durch die Solar-Reflektoren nicht beleuchtet wird. Dadurch wird, unabhängig vom jeweiligen Redox-Prozess in den Receiver-Reaktoren ein ständiger Strom aus erwärmtem Wärme transportierendem Fluid und Syngas erzeugt, selbst wenn für die Reduktion und die Oxidation verschiedene Gase (beispielsweise für die Reduktion Wasserdampf und für die Oxidation CO2) verwendet werden.In one embodiment, not shown in the figures, a solar power plant has at least two reactors according to the invention, which are moved against one another in the cycle of reduction and oxidation and the solar reflectors, preferably heliostats, are each directed at the reactor which is in the reduction phase is located, while the other reactor is not illuminated by the solar reflectors. As a result, a constant stream of heated heat-transporting fluid and syngas is generated in the receiver reactors, regardless of the respective redox process, even if different gases are used for the reduction and oxidation (for example, water vapor reduction and CO 2 oxidation) become.

[0091] Natürlich kann für die Reduktion Wasserdampf verwendet werden, der gegenüber dem CO2 bei den herrschenden hohen Temperaturen einen kleineren Sauerstoffpartialdruck aufweist und deshalb für die Reduktion günstiger ist als CO2, während für die Oxidation CO2 vorgesehen werden kann, wenn ein Syngasbestandteil CO hergestellt werden soll. Entsprechend kann der erfindungsgemässe Receiver-Reaktor mit verschiedenen Wärme transportierenden Fluiden betrieben werden, je nachdem, wie diese im konkreten Fall für den Reduktions- oder Oxidationsprozess günstig sind. Es ergibt sich, dass als infrarot absorbierendes Gas auch ein oxidierendes Gas, bevorzugt Wasserdampf oder CO2 verwendet werden kann, bzw. dass die Transportanordnung Leitungen für die Zufuhr von verschiedenen Gasen in den Absorberraum aufweist, bevorzugt derart, dass dem Absorberraum (oder auch dem Raum hinter dem Absorber) für einen Reduktionsprozess ein Gas und für einen Oxidationsprozess ein anderes Gas zugeführt wird.Of course, water vapor can be used for the reduction, which has a smaller oxygen partial pressure than the CO 2 at the prevailing high temperatures and is therefore cheaper for the reduction than CO 2 , while CO 2 can be provided for the oxidation if a syngas component CO should be produced. Correspondingly, the receiver reactor according to the invention can be operated with different heat-transporting fluids, depending on how these are favorable for the reduction or oxidation process in the specific case. It follows that an oxidizing gas, preferably water vapor or CO 2 , can also be used as the infrared-absorbing gas, or that the transport arrangement has lines for the supply of different gases into the absorber space, preferably in such a way that the absorber space (or else the Space behind the absorber) for a reduction process and a gas for an oxidation process.

[0092] Fig. 5d zeigt eine weiteren erfindungsgemässen Reaktor-Receiver 80, mit einer optischen Öffnung 13 und einem Absorber 81 mit einer ringförmigen, aus Segmenten bestehenden Struktur, der in einem Raum 82 für schrittweise Drehung angeordnet ist und diesen vom Absorptionsraum 83 abgrenzt. In den Absorptionsraum 83 münden Zuleitungen für Wärme transportierendes Gas mit der Temperatur Tin, welches nach der Absorption der Schwarzkörperstrahlung des Absorbersegments 84 mit der Temperatur Tout zu diesem und dann durch das Segment 84 hindurch strömt und den Receiver-Re5d shows a further reactor receiver 80 according to the invention, with an optical opening 13 and an absorber 81 with an annular structure consisting of segments, which is arranged in a space 82 for stepwise rotation and delimits this from the absorption space 83. In the absorption space 83 lead lines for heat-transporting gas with the temperature T in , which flows after the absorption of the blackbody radiation of the absorber segment 84 with the temperature T out to it and then through the segment 84 and the receiver-Re

CH 715 241 A2 aktor 80 über eine senkrecht zur Zeichnungsebene angeordnete Ableitung 85 verlässt und dann über die Leitung 6 zu einem Verbraucher 7 geführt wird (s. Fig. 1a). Das Segment 84 erwärmt sich entsprechend, der Absorber 81 bleibt in dieser Position, bis das Segment 84 die Reduktionstemperatur Treci erreicht hat.CH 715 241 A2 leaves actuator 80 via a lead 85 arranged perpendicular to the plane of the drawing and is then led via line 6 to a consumer 7 (see FIG. 1a). The segment 84 heats up accordingly, the absorber 81 remains in this position until the segment 84 has reached the reduction temperature T rec i.

[0093] Gleichzeitig befindet sich das Segment 86 in einem von der Sonnenstrahlung abgeschirmten Bereich 87 des Raums 82, wobei durch die Zuleitung 88 oxidierendes Gas zugeführt wird, welches durch das auf die Oxidationstemperatur Tox gekühlte Segment 86 strömt und mit dem Syngas beladen über die Auslassleitung 89 zur Trennstation 9 (Fig. 1) gebracht wird. Reduktion und Oxidation finden damit gleichzeitig statt, wobei je nach der Auslegung des Receiver-Reaktors 80 dasselbe Gas oder verschiedene Gase verwendet werden können, dabei aber natürlich im Absorptionsraum 83 ein infrarot absorbierendes Gas, z.B. Wasserdampf vorgesehen ist, während im Raumabschnitt 87 Infrarotabsorption nicht zwingend ist.At the same time, the segment 86 is located in an area 87 of the room 82 shielded from the solar radiation, with oxidizing gas being supplied through the feed line 88, which flows through the segment 86 cooled to the oxidation temperature T ox and loaded with the syngas via the Outlet line 89 is brought to the separation station 9 (FIG. 1). Reduction and oxidation thus take place simultaneously, the same gas or different gases being able to be used depending on the design of the receiver reactor 80, but of course an infrared absorbing gas, for example water vapor, is provided in the absorption space 83, while infrared absorption is not mandatory in the space section 87 is.

[0094] Immer noch gleichzeitig wird im Raumabschnitt 90 über die Leitung 91 ein Wärme transportierendes Fluid zugeführt, welches nach aussen, durch das Segment 92 des Absorbers 81 hindurch strömt, dabei diesen kühlt, sich dabei erwärmt und überden symbolisch als Pfeil angedeuteten Überströmkanal 93 auf die Aussenseite des Segments 94 gelangt, diesen von aussen nach innen durchströmt, dabei diesen erwärmt und selbst abgekühlt wird und schliesslich über die Leitung 95 den Raum 90 verlässt. Die Leitungen 91 und 93 sind hinter dem Raum 82 zusammengeschaltet, sodass sich ein Kreislauf von Wärme transportierendem Fluid durch die Segmente 92 und 94 hindurch ergibt. Dieser Kreislauf dient der Rekuperation der Wärme aus der Kühlung der jeweiligen Absorbersegmente 84, 86, 92, 94 von der Reduktionstemperatur Tred auf die Oxidationstemeratur Tox. Wird nämlich der Absorber 81 im Uhrzeigersinn (s. den Pfeil 96) um einen Schritt von 90 Grad gedreht, befinden sich das Segment mit der Reduktionstemperatur und das Segment mit der Oxidationstemperatur im Raum 90, wobei durch den Kreislauf über die Leitungen 91,95 und den Überströmkanal 93 Wärme vom Segment mit der Reduktionstemperatur auf das Segment mit der Oxidationstemperatur übertragen, somit rekuperiert werden kann: die zur Kühlung für die Oxidation des einen Segments abgeführte Wärme wird auf das andere, für die Reduktion zu erwärmende Segment übertragen.At the same time, a heat-transporting fluid, which flows outward through the segment 92 of the absorber 81, is also supplied in the space section 90 via the line 91, thereby cooling it, heating it up and via the overflow channel 93, which is symbolically indicated by an arrow reaches the outside of the segment 94, flows through it from the outside in, thereby heating and cooling it and finally leaving the space 90 via the line 95. The lines 91 and 93 are interconnected behind the space 82, so that a circuit of heat-transporting fluid results through the segments 92 and 94. This cycle serves to recuperate the heat from the cooling of the respective absorber segments 84, 86, 92, 94 from the reduction temperature T re d to the oxidation temperature T ox . If the absorber 81 is turned clockwise (see arrow 96) by a step of 90 degrees, the segment with the reduction temperature and the segment with the oxidation temperature are in space 90, with the circuit via lines 91, 95 and the overflow duct 93 transfer heat from the segment with the reduction temperature to the segment with the oxidation temperature, so that it can be recuperated: the heat dissipated for cooling for the oxidation of one segment is transferred to the other segment to be heated for the reduction.

[0095] Auch bei diesem Zyklus wird die Wärme aus der Schwarzkörperstrahlung laufend über die Leitung 85 abgeführt und verwertet.In this cycle, too, the heat from the blackbody radiation is continuously removed via line 85 and utilized.

[0096] Es ergibt sich ein Verfahren, wobei erfindungsgemäss am Absorber eine wärmere Reduktionszone und eine kältere Oxidationszone vorgesehen werden, die periodisch für Erwärmung und Abkühlung dem Absorptionsraum zugewendet und danach von diesem wieder abgewendet werden bzw. ein erfindungsgemässer Receiver-Reaktor, bei welchem bevorzugt der Absorber in Bereiche (Segmente) aufgeteilt ist, die wechselweise betriebsfähig mit dem Absorberraum und mit einer Oxidationszone (Raum 87) in Verbindung gebracht werden können, wobei bevorzugt eine Zwischenzone (Raum 90) für die Rekuperation von Wärme vorgesehen ist. Weiter ergibt sich eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Receiver-Reaktors, bei welcher bevorzugt die Transportanordnung ausgebildet ist, ein oxidierendes Gas dem Absorber auf einer dem Absorptionsraum abgewendeten Seite zuzuführen.The result is a method in which, according to the invention, a warmer reduction zone and a colder oxidation zone are provided on the absorber, which periodically turn to the absorption space for heating and cooling and then are turned away from it again, or a receiver reactor according to the invention, in which case preferred the absorber is divided into areas (segments) which can alternately be operatively connected to the absorber room and to an oxidation zone (room 87), an intermediate zone (room 90) preferably being provided for the recuperation of heat. There is also an embodiment of the receiver reactor according to the invention, in which the transport arrangement is preferably designed to supply an oxidizing gas to the absorber on a side facing away from the absorption space.

[0097] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass beispielsweise in einer Ausführungsform des Receiver-Reaktors nach Fig. 2 oder 4 die Kühlung beschleunigt werden kann, indem die Heliostaten vom Receiver-Reaktor weggeschwenkt werden. Bevorzugt werden dann wenigstens zwei Receiver-Reaktoren vorgesehen und deren Betrieb derart gesteuert, dass die Heliostaten zyklisch vom einen zum anderen Receiver-Reaktor hin- und her geschwenkt werden, dabei der eine jeweils für die Reduktion erwärmt und der andere für die Oxidation gekühlt wird.It should be noted at this point that, for example, in one embodiment of the receiver reactor according to FIG. 2 or 4, the cooling can be accelerated by pivoting the heliostats away from the receiver reactor. At least two receiver reactors are then preferably provided and their operation is controlled in such a way that the heliostats are cyclically pivoted from one receiver reactor to the other, one being heated for the reduction and the other being cooled for the oxidation.

[0098] Bei einer nicht in den Figuren dargestellten Ausführungsform befindet sich das Wärme transportierende Medium im Absorptionsraum unter Überdruck, mit der Folge, dass sich der Absorptionsraum verkürzt, was wiederum erlaubt, eine Absorbtionsrate über 95% zu realisieren. Dann sind die Transportanordnung und der Absorptionsraum für einen Überdruck des Wärme transportierende Fluid ausgebildet.In an embodiment not shown in the figures, the heat-transporting medium is in the absorption space under excess pressure, with the result that the absorption space is shortened, which in turn allows an absorption rate of over 95% to be achieved. Then the transport arrangement and the absorption space for an overpressure of the heat-transporting fluid are formed.

Claims (29)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Herstellung von Syngas mit Hilfe von Sonnenstrahlung (3), bei welchem der Reaktor eines ReceiverReaktors (4, 50, 60, 70, 80, 100) über eine in diesem vorgesehene Öffnung (13) für Sonnenstrahlung (3) durch die Sonnenstrahlung (3) periodisch für einen Reduktionsprozess bis auf eine obere Reduktionstemperatur (To) erwärmt und danach für einen Oxidationsprozess in Gegenwart eines Oxidationsgases bis auf eine untere Oxidationstemperatur (Tu) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenlicht durch eine Absorptionskammer (15, 67,71,101) hindurch auf einen als Reaktor ausgebildeten Absorber (14, 61,105) geführt wird, der ein reduzierbares/oxidierbares Material aufweist, und wobei ein die Schwarzkörperstrahlung (55, 56) des Absorbers (14, 61, 105) absorbierendes Gas derart durch die Absorptionskammer (15, 67, 71,101 ) geleitet und diese derart ausgebildet wird, dass 80% oder mehr der auf einem Pfad zur Öffnung (13) liegenden Schwarzkörperstrahlung (55, 56) des Absorbers (14, 61, 105) absorbiert wird.1. A method for producing syngas with the aid of solar radiation (3), in which the reactor of a receiver reactor (4, 50, 60, 70, 80, 100) via an opening (13) provided therein for solar radiation (3) through the Solar radiation (3) is periodically heated up to an upper reduction temperature (T o ) for a reduction process and then cooled to a lower oxidation temperature (Tu) for an oxidation process in the presence of an oxidizing gas, characterized in that the sunlight is passed through an absorption chamber (15, 67, 71, 101) is passed through to an absorber (14, 61, 105) designed as a reactor, which has a reducible / oxidizable material, and a gas absorbing the blackbody radiation (55, 56) from the absorber (14, 61, 105) in this way the absorption chamber (15, 67, 71, 101) is guided and this is designed such that 80% or more of the black body radiation (55, 56) lying on a path to the opening (13) of the absorber (14, 61, 105) is absorbed. 2. Verfahren zur Herstellung von Syngas mit Hilfe von Sonnenstrahlung (3) nach Anspruch 1, wobei 85% oder mehr, bevorzugt 90% oder mehr, ganz besonders bevorzugt 95% oder mehr der auf auf dem Pfad zur Öffnung (13) laufenden Schwarzkörperstrahlung (55, 56) des Absorbers (14,61,105) absorbiert wird, wobei am meisten bevorzugt diese im Wesentlichen durch das Gas absorbiert wird.2. The method for producing syngas with the aid of solar radiation (3) according to claim 1, wherein 85% or more, preferably 90% or more, very particularly preferably 95% or more of the black body radiation running on the path to the opening (13) ( 55, 56) of the absorber (14, 61, 105) is absorbed, most preferably it is essentially absorbed by the gas. CH 715 241 A2CH 715 241 A2 3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als infrarot absorbierendes Gas ein wenigstens oxidierendes Gas, bevorzugt Wasserdampf oder CO2 verwendet wird, welches durch die Absorptionskammer (15, 67, 71,101) hindurch zum Absorber (14, 61, 105) geleitet wird, derart, dass es in der Absorptionskammer (15, 67, 71, 101) an der Redox-Reaktion teilnimmt und durch den Absorber (14, 61, 105) in der Oxidationsphase reduziert wird.3. The method according to claim 1, wherein an at least oxidizing gas, preferably water vapor or CO 2 is used as infrared absorbing gas, which is passed through the absorption chamber (15, 67, 71, 101) to the absorber (14, 61, 105), such that it takes part in the redox reaction in the absorption chamber (15, 67, 71, 101) and is reduced in the oxidation phase by the absorber (14, 61, 105). 4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als infrarot absorbierendes Gas ein Gas mit einem Sauerstoffpartialdruck bei einer während der Reduktionsphase des Redox-Reaktors (4, 50, 60, 70, 80, 100) herrschenden Temperatur von gleich oder weniger als dem höheren Wert des Sauerstoffpartialdrucks von Wasserdampf oder CO2 bei dieser Temperatur verwendet wird, und wobei dieses Gas wenigstens während der Reduktionsphase durch die Absorptionskammer (15, 67, 71,101) hindurch zum Absorber (14, 61, 105) geleitet wird, derart, dass dieser in Gegenwart dieses Gases reduziert wird.4. The method according to claim 1, wherein the infrared absorbing gas is a gas with an oxygen partial pressure at a prevailing during the reduction phase of the redox reactor (4, 50, 60, 70, 80, 100) temperature equal to or less than the higher value of Oxygen partial pressure of water vapor or CO 2 is used at this temperature, and this gas is passed at least during the reduction phase through the absorption chamber (15, 67, 71, 101) to the absorber (14, 61, 105) such that it is present in the presence of the latter Gases is reduced. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das wenigstens oxidierende Gas stromabwärts nach dem Absorber (14, 61, 105) in eine Trennstation (9) geleitet und in dieser Syngas aus ihm abgetrennt wird, wobei bevorzugt das oxidierende Gas weiter im Kreislauf zur Absorptionskammer (15, 67, 71, 101) zurückgeführt, dabei in diesem Kreislauf in Strömungsrichtung vor dem Absorber (14,61,105) in einem Wärmetauscher (7) gekühlt wird.5. The method according to claim 3 or 4, wherein the at least oxidizing gas downstream of the absorber (14, 61, 105) in a separation station (9) and separated in this syngas from it, preferably the oxidizing gas continues in the circuit Absorption chamber (15, 67, 71, 101) returned, in this circuit in the flow direction in front of the absorber (14,61,105) is cooled in a heat exchanger (7). 6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das wenigstens oxidierende Gas während dem Reduktionsprozess und/oder während dem Oxidationsprozess des Absorbers (14, 61, 105) durch diesen hindurchgeführt wird, bevorzugt derart, dass es sich konvektiv erwärmt.6. The method according to claim 3 or 4, wherein the at least oxidizing gas is passed through the absorber (14, 61, 105) during the reduction process and / or during the oxidation process, preferably in such a way that it heats up convectively. 7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das absorbierende Gas nach der Absorption der Schwarzkörperstrahlung des Absorbers (14,61,105) als Wärme transportierendes Fluid aus dem Receiver-Reaktor (4, 50, 60, 70, 80,100) abgeführt wird, ohne dass es an der Redox-Reaktion teilnimmt, und wobei vom absorbierenden Gas getrennt ein wenigstens oxidierendes Gas dem Absorber (14,61,105) für die Redox-Reaktion zugeführt wird.7. The method according to claim 1, wherein the absorbing gas after the absorption of the black body radiation of the absorber (14,61,105) as a heat-transporting fluid from the receiver reactor (4, 50, 60, 70, 80,100) is discharged without it participates in the redox reaction, and wherein at least one oxidizing gas is fed separately from the absorbent gas to the absorber (14, 61, 105) for the redox reaction. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das wenigstens oxidierende Gas der vom Absorptionsraum abgewandten Seite des Absorbers (14, 61, 105) zugeführt wird.8. The method according to claim 7, wherein the at least oxidizing gas is supplied to the side of the absorber (14, 61, 105) facing away from the absorption space. 9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das wenigstens oxidierende Gas durch den Absorber (14, 61,105) hindurch geleitet wird, wobei bevorzugt der Absorber (14, 61,105) durch ein Leitungsbündel (105) für das oxidierende Gas ausgebildet ist.9. The method according to claim 7, wherein the at least oxidizing gas is passed through the absorber (14, 61, 105), wherein preferably the absorber (14, 61, 105) is formed by a line bundle (105) for the oxidizing gas. 10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als infrarot absorbierendes Gas ein heteropolares Gas, bevorzugt eines oder ein Gemisch der Gase CO2, Wasserdampf, CH4, NH3, CO, SO2, SO3, HCl, NO, und NO2, verwendet wird.10. The method according to claim 1, wherein the infrared absorbing gas is a heteropolar gas, preferably one or a mixture of the gases CO 2 , water vapor, CH 4 , NH 3 , CO, SO 2 , SO 3 , HCl, NO, and NO 2 , is used. 11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich durch Absorption der Schwarzkörperstrahlung (55, 56) des Absorbers (14, 61, 105) erwärmtes Gas aus dem Absorberraum (15, 67, 71, 101) entnommen wird, sobald es teilerwärmt ist und/oder ein teilerwärmtes Gas dem Absorberraum (15, 67, 71, 101) zugeführt wird, und wobei die Zufuhr im Absorberraum (15, 67, 71, 101) am jeweiligen Ort stattfindet, wo im Wesentlichen die Temperatur im Absorberraum (15, 67, 71,101) der Temperatur des teilerwärmten Gases entspricht.11. The method according to claim 1, wherein gas absorbed by absorption of the blackbody radiation (55, 56) of the absorber (14, 61, 105) is removed from the absorber chamber (15, 67, 71, 101) as soon as it is partially heated and / or a partially heated gas is supplied to the absorber chamber (15, 67, 71, 101), and the supply takes place in the absorber chamber (15, 67, 71, 101) at the respective location where the temperature in the absorber chamber (15, 67, 71,101) corresponds to the temperature of the partially heated gas. 12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als reduzierbares/oxidierbares Material Ceriumdioxid (CeO2), dotiertes CeO2, oder Perovskite verwendet werden.12. The method according to claim 1, wherein cerium dioxide (CeO 2 ), doped CeO 2 , or perovskite are used as the reducible / oxidizable material. 13. Solarer Reaktor-Receiver (4, 50, 60, 70, 80, 100) mit einer optischen Öffnung (13) für die Strahlung der Sonne, einem im Pfad des einfallenden Lichts (3) angerordneten Absorber (14, 61, 105), einem Redox-Reaktor für eine Redox-Reaktion und einer Transportanordnung in welcher ein oxidierendes Gas betriebsfähig zum Reaktor und von diesem weg geführt wird, dadurch gekennzeichnet dass der Absorber (14, 61, 105) als Redox-Reaktor ausgebildet ist, zwischen der Öffnung (13) für die Strahlung der Sonne und dem Absorber (14, 61, 105) im Pfad des einfallenden Lichts (3) und im Pfad von Schwarzkörperstrahlung (55, 56) des Absorbers (14, 61, 105) eine Absorptionskammer (15, 67, 71,101) angeordnet ist, und dass die Transportanordnung eine Kreislauf - Leitungsanordnung (6, 8) aufweist, in welchem ein Wärme transportierendes Fluid zirkuliert, wobei der Kreislauf derart ausgebildet ist, dass das Wärme transportierende Fluid in der Absorptionskammer (15, 67, 71, 101) mit Wärme beladen und im Wärmetauscher (7) wieder abgekühlt werden kann, wobei das Wärme transportierende Fluid ein infrarot absorbierendes Gas ist, welches die auf einem Pfad durch die Öffnung (13) laufende Schwarzkörper-Strahlung (55, 56) des Absorbers (14, 61, 105) absorbiert.13. Solar reactor receiver (4, 50, 60, 70, 80, 100) with an optical opening (13) for the radiation of the sun, an absorber (14, 61, 105) arranged in the path of the incident light (3) , a redox reactor for a redox reaction and a transport arrangement in which an oxidizing gas is operatively guided to and away from the reactor, characterized in that the absorber (14, 61, 105) is designed as a redox reactor between the opening (13) for the radiation of the sun and the absorber (14, 61, 105) in the path of the incident light (3) and in the path of blackbody radiation (55, 56) of the absorber (14, 61, 105) an absorption chamber (15, 67, 71, 101), and that the transport arrangement has a circuit line arrangement (6, 8) in which a heat-transporting fluid circulates, the circuit being designed such that the heat-transporting fluid in the absorption chamber (15, 67, 71, 101) loaded with heat d can be cooled again in the heat exchanger (7), the heat-transporting fluid being an infrared-absorbing gas which emits the blackbody radiation (55, 56) from the absorber (14, 61, 105) that runs through the opening (13) on a path ) absorbed. 14. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 13, wobei das Wärme transportierendes Fluid so zusammengesetzt und die Transportanordnung sowie der Absorberraum (15, 67, 71,101) derart ausgebildet sind, dass im Betrieb des Reaktors das Wärme transportierende Fluid > 80%, bevorzugt > 90% und ganz bevorzugt > 94 % der Schwarzkörperstrahlung (55, 56) des Absorbers (14, 61, 105) absorbiert, die auf einem Pfad durch die Öffnung (13) für die Strahlung (3) der Sonne liegt.14. Solar reactor receiver according to claim 13, wherein the heat-transporting fluid is composed and the transport arrangement and the absorber space (15, 67, 71, 101) are designed such that the heat-transporting fluid> 80%, preferably> 90 when the reactor is in operation % and very preferably> 94% of the blackbody radiation (55, 56) of the absorber (14, 61, 105) is absorbed, which lies on a path through the opening (13) for the radiation (3) from the sun. 15. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 13, wobei das Wärme transportierende Fluid ein während der Oxidation des Absorbers (14, 61, 105) reduzierbares Gas ist und wobei das reduzierbare/oxidierbare Material des Absorbers (14,61,105) an diesem derart angeordnet ist, dass es betriebsfähig im Strömungsweg des Wärme transportierenden Fluid liegt, sodass das Fluid in der Oxidationsphase des Redox-Reaktors reduziert wird.15. Solar reactor receiver according to claim 13, wherein the heat-transporting fluid is a gas which can be reduced during the oxidation of the absorber (14, 61, 105) and wherein the reducible / oxidizable material of the absorber (14, 61, 105) is arranged thereon that it is operable in the flow path of the heat transporting fluid so that the fluid is reduced in the oxidation phase of the redox reactor. CH 715 241 A2CH 715 241 A2 16. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 13, wobei das Wärme transportierende Fluid ein infrarot absorbierendes Gas ist mit einem Sauerstoffpartialdruck, der bei einer während der Reduktionsphase des Redox-Reaktors herrschenden Temperatur gleich oder weniger hoch ist als der höhere Wert des Sauerstoffpartialdrucks von Wasserdampf o-der CO2 bei dieser Temperatur, und wobei die Kreislauf Leitungsanordnung (6, 8) ausgebildet ist, dieses Gas wenigstens während der Reduktionsphase durch die Absorptionskammer (15, 67, 71, 101) hindurch zum Absorber (14, 61, 105) zu leiten, derart, dass der Absorber (14, 61, 105) im Betrieb während seiner Reduktionsphase in Gegenwart dieses Gases reduziert wird.16. The solar reactor receiver according to claim 13, wherein the heat-transporting fluid is an infrared-absorbing gas with an oxygen partial pressure which is equal to or less than the higher value of the oxygen partial pressure of water vapor at a temperature prevailing during the reduction phase of the redox reactor -The CO 2 at this temperature, and wherein the circuit line arrangement (6, 8) is formed, this gas at least during the reduction phase through the absorption chamber (15, 67, 71, 101) to the absorber (14, 61, 105) conduct such that the absorber (14, 61, 105) is reduced in operation during its reduction phase in the presence of this gas. 17. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 13, wobei die Kreislauf-Leitungsanordnung (6, 8) weiter eine Trennstation (9) aufweist, die ausgebildet ist, aus dem Wärme transportierenden Fluid Syngas abzutrennen und für die Entnahme aus dem Kreislauf bereitzustellen.17. Solar reactor receiver according to claim 13, wherein the circuit line arrangement (6, 8) further comprises a separation station (9) which is designed to separate syngas from the heat-transporting fluid and to provide it for removal from the circuit. 18. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 13, wobei das reduzierbare/oxidierbare Material an der Absorptionskammer (15, 67, 71,101) zugewendeten Oberfläche des Absorbers (14,61, 105) angeordnet und bevorzugt der Absorber (14, 61,105) plattenförmig ausgebildet ist.18. Solar reactor receiver according to claim 13, wherein the reducible / oxidizable material on the absorption chamber (15, 67, 71, 101) facing surface of the absorber (14, 61, 105) is arranged and preferably the absorber (14, 61, 105) is plate-shaped . 19. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 13, wobei der Absorber (14, 61, 105) für die Durchströmung von Wärme transportierendem Fluid ausgebildet ist und die Oberfläche des durchströmten Bereichs wenigstens teilweise aus reduzierbarem/oxidierbarem Material besteht.19. Solar reactor receiver according to claim 13, wherein the absorber (14, 61, 105) is designed for the flow of heat-transporting fluid and the surface of the flowed area consists at least partially of reducible / oxidizable material. 20. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 13, wobei der Receiver-Reaktor (4, 50, 60, 70, 80, 100) weiter eine Leitungsanordnung für wenigstens oxidierendes Gas aufweist, welche dieses getrennt vom absorbierenden Gas führt.20. Solar reactor receiver according to claim 13, wherein the receiver reactor (4, 50, 60, 70, 80, 100) further comprises a line arrangement for at least oxidizing gas, which leads this separately from the absorbent gas. 21. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 20, wobei der Absorber (14, 61,105) der Kreislauf-Leitungsanordnung (6, 8) und der weiteren Leitungsanordnung (10,10) für oxidierendes Gas zugeordnet ist und zwischen dem Strömungspfad des Wärme transportierenden Fluid und demjenigen des oxidierenden Gases eine Trennwand bildet.21. Solar reactor receiver according to claim 20, wherein the absorber (14, 61, 105) of the circuit line arrangement (6, 8) and the further line arrangement (10, 10) for oxidizing gas is assigned and between the flow path of the heat-transporting fluid and that of the oxidizing gas forms a partition. 22. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 20, wobei der Absorber (14, 61, 105) als Abschnitt der weiteren Leitungsanordnung (10, 10') ausgebildet ist und wenigstens eine Leitung (105) für das wenigstens oxidierende Gas aufweist, an deren Innenwand reduzierbares/oxidierbares Material angeordnet ist.22. Solar reactor receiver according to claim 20, wherein the absorber (14, 61, 105) is designed as a section of the further line arrangement (10, 10 ') and has at least one line (105) for the at least oxidizing gas, on the inner wall thereof reducible / oxidizable material is arranged. 23. Solarer Reaktor-Receiver nach Anspruch 22, wobei der Absorber (14,61,105) als Leitungsbündel (105) für wenigstens oxidierendes Gas ausgebildet ist.23. Solar reactor receiver according to claim 22, wherein the absorber (14, 61, 105) is designed as a line bundle (105) for at least oxidizing gas. 24. Receiver-Reaktor nach Anspruch 13, wobei das Gas ein heteropolares Gas ist, bevorzugt eines oder ein Gemisch der Gase CO2, Wasserdampf, CH4, NH3, CO, SO2, SO3, HCl, NO, und NO2.24. Receiver reactor according to claim 13, wherein the gas is a heteropolar gas, preferably one or a mixture of the gases CO 2 , water vapor, CH 4 , NH 3 , CO, SO 2 , SO 3 , HCl, NO, and NO 2 . 25. Receiver-Reaktor nach Anspruch 13, wobei das reduzierbare Material Ceriumdioxid (CeO2), dotiertes CeO2, oder Perovskite aufweist.25. Receiver reactor according to claim 13, wherein the reducible material comprises cerium dioxide (CeO 2 ), doped CeO 2 , or perovskite. 26. Receiver-Reaktor nach Anspruch 13, wobei die Transportanordnung eine oder mehrere mit einem Absorberraum (15, 67, 71,101) verbundene Leitungen (51 bis 51 ', 52 bis 52') für Wärme transportierendes Gas aufweist, die derart angeordnet sind, dass dem Absorberraum (15, 67, 71, 101) teilerwärmtes Gas entnommen und/oder teilerwärmtes Gas an einem Ort zugeführt werden kann, an welchem im Wesentlichen die Temperatur des Gases im Absorberraum (15, 67, 71,101 ) der Temperatur des teilerwärmten, zugeführten Gases entspricht.26. Receiver reactor according to claim 13, wherein the transport arrangement has one or more lines (51 to 51 ', 52 to 52') for heat-transporting gas connected to an absorber space (15, 67, 71, 101), which are arranged in such a way that Partially heated gas can be removed from the absorber space (15, 67, 71, 101) and / or partially heated gas can be supplied at a location at which the temperature of the gas in the absorber space (15, 67, 71, 101) essentially corresponds to the temperature of the partially heated, supplied gas corresponds. 27. Receiver-Reaktor nach Anspruch 13, wobei die Wände des Absorptionskammer (15, 67, 71, 101) und/oder der Absorber (14, 61, 105) frei sind von im Normalbetrieb aktivierten Kühlmitteln, insbesondere Kühlkanälen.27. Receiver reactor according to claim 13, wherein the walls of the absorption chamber (15, 67, 71, 101) and / or the absorber (14, 61, 105) are free of coolants activated in normal operation, in particular cooling channels. 28. Receiver-Reaktor nach Anspruch 13, wobei die Transportanordnung und der Absorptionskammer (15, 67, 71, 101) für einen Überdruck des Wärme transportierenden Fluid ausgebildet sind.28. Receiver reactor according to claim 13, wherein the transport arrangement and the absorption chamber (15, 67, 71, 101) are designed for an overpressure of the heat-transporting fluid. 29. Receiver-Reaktor nach Anspruch 13, wobei im Absorptionsraum ein bevorzugt reduzierbares/oxidierbares Material aufweisender Sekundärabsorber (64) vorgesehen und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er durch die Strahlung des Absorbers (14,61,105) erwärmbar ist, und im Betrieb über seine eigene Strahlung seinerseits in den Absorberraum (15, 67, 71,101) wirkt, wobei er bevorzugt plattenförmig ausgebildet ist und besonders bevorzugt den Absorber (14, 61, 105) im Wesentlichen nicht beschattet.29. Receiver reactor according to claim 13, wherein a preferably reducible / oxidizable material having secondary absorber (64) is provided in the absorption space and is arranged and designed such that it can be heated by the radiation of the absorber (14, 61, 105), and during operation its own radiation in turn acts in the absorber space (15, 67, 71, 101), it preferably being plate-shaped and particularly preferably essentially not shading the absorber (14, 61, 105). CH 715 241 A2CH 715 241 A2
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