CN109504419A - 菲涅尔透镜式光热制烃装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二氧化碳光化学制烃装置技术领域，是一种菲涅尔透镜式光热制烃装置，其包括制烃反应器，制烃反应器包括耐高温高压并封闭的反应壳体，在反应壳体内固定有将反应壳体内部分成上部为制烃反应室和下部为反应产物室的过液基板。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其仅通过光能聚焦层就可提供二氧化碳制烃所需温度和光化学反应所需光激发能量，促使二氧化碳制烃在本装置内完成，其相较于现有技术，本制烃装置更为简单、环保，简化制烃工艺步骤。一方面解决二氧化碳减排的问题；另一方面提供可再生能源，实现能源与环境的可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳光化学制烃装置技术领域，是一种菲涅尔透镜式光热制烃装置。
背景技术
随着石油、天然气、煤炭等不可再生资源的消耗殆尽，以及上述资源使用过程中产生的二氧化碳造成的环境污染问题不断加剧，人类急需一种可替代能源和技术。
美国的研究人员在发表于《国家科学院院刊》上的论文中指出，在光热化学流体反应器中，180℃到200℃和6个大气压条件下，二氧化碳和水可以一步转化为液态烃（只含有碳、氢元素）和氧气。其具体原理是：集中光能引起二氧化碳、水发生光化学反应，产生高能中间体和热，从而引发形成碳链的热化学反应，这样就在单步过程中产生了碳氢化合物。然而，如何更好的利用现有可持续资源（太阳能）创造出达到二氧化碳和水制备液态烃的条件，从而使制烃成本更低、更环保，是当前研究课题不断追求的目标。
发明内容
本发明提供了一种菲涅尔透镜式光热制烃装置，克服了上述现有技术之不足，首次直接利用光能聚焦层将太阳能聚焦，能够使制烃反应器内部达到制烃所需反应温度，实现二氧化碳和水制烃。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种菲涅尔透镜式光热制烃装置，包括制烃反应器，制烃反应器包括耐高温高压并封闭的反应壳体，在反应壳体内固定有将反应壳体内部分成上部为制烃反应室和下部为反应产物室的过液基板，过液基板上设置有能使反应产物进入反应产物室的过液孔，在与制烃反应室对应的反应壳体上设置有原料导入端，在与反应产物室下部对应的反应壳体上设置有反应产物导出端；还包括能将太阳光能聚焦照射于制烃反应室内的光能聚焦层。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述光能聚焦层包括耐高温高压的透明材料层和菲涅尔透镜，耐高温高压的透明材料层作为反应壳体的顶盖固定于反应壳体顶部，菲涅尔透镜固定于顶盖的上方。
上述光能聚焦层作为反应壳体的顶盖固定于反应壳体顶部，光能聚焦层为菲涅尔透镜。
上述与制烃反应室对应的反应壳体的纵向截面呈上宽下窄的梯形。
上述过液基板下方的反应壳体左右两侧或前后两侧设置有两个相对的抽拉口，在相对的两个抽拉口之间密封安装有能封堵过液基板上的过液孔的抽拉封堵板。
上述反应产物室内设置有冷却装置。
上述还包括加热设备，冷却装置采用以水为冷却介质的冷却盘管，加热设备的进水口与冷却盘管的出水口连通，加热设备的水蒸汽出口与原料气导入口连通。
本发明结构合理而紧凑，使用方便，其仅通过光能聚焦层就可提供二氧化碳制烃所需温度和光化学反应所需光激发能量，促使二氧化碳制烃在本装置内完成，其相较于现有技术，本制烃装置更为简单、环保，简化制烃工艺步骤。一方面解决二氧化碳减排的问题；另一方面提供可再生能源，实现能源与环境的可持续发展。
附图说明
附图1为本发明实施例2的主视结构示意图。
附图2为本发明实施例3的主视结构示意图。
附图中的编码分别为：1为反应壳体，2为制烃反应室，3为反应产物室，4为过液基板，5为原料导入端，6为反应产物导出端，7为太阳，8为透明材料层，9为菲涅尔透镜，10为光能聚焦层，11为催化剂，12为抽拉封堵板。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例1，如附图1、2所示，该菲涅尔透镜式光热制烃装置包括制烃反应器，制烃反应器包括耐高温高压并封闭的反应壳体1，在反应壳体1内固定有将反应壳体1内部分成上部为制烃反应室2和下部为反应产物室3的过液基板4，过液基板4上设置有能使反应产物进入反应产物室3的过液孔，在与制烃反应室2对应的反应壳体1上设置有原料导入端5，在与反应产物室3下部对应的反应壳体1上设置有反应产物导出端6；还包括能将太阳7光能聚焦照射于制烃反应室2内的光能聚焦层10。
本发明使用时，将现有公知二氧化碳和水制烃所用催化剂11（例如二氧化钛）置于过液基板4上，通过光能聚焦层10将太阳7光能聚焦至制烃反应室2内，经过足够长时间（1小时以上）后，制烃反应室2达到光化学反应温度（例如180℃到200℃），这时将高压二氧化碳和水通过原料导入端5送入制烃反应室2内并可充满整个反应壳体1内，水在制烃反应室2内转化成水蒸汽（也可以直接将水蒸汽送入制烃反应室2），通过控制二氧化碳送入量将制烃反应室2的压力控制在所需压力范围（也可以采用现有公知其它手段进行升压），二氧化碳和水发生光热化学反应，生成烃类物质和氧气。
由于该光化学反应的反应条件为高温高压，并且反应壳体1内的原料为气态，原料气体在该高温高压下不停的运动，即使进入反应产物室3的原料气体通过过液孔也会回到制烃反应室2内，并在催化剂的催化作用下发生光化学制烃反应。
通过控制二氧化碳的送入量，可控制烃类产物类别（轻质烃和重质烃）。即当二氧化碳过量时，烃类产物为重质烃（一般为液态）；反之，烃类产物为轻质烃（一般为气态）。当烃类物质为气态时，反应产物四溢于整个制烃反应器内，当烃类物质为液态时，烃类物质通过过液基板4落入反应产物室3内。
采用本装置可选用间歇式或连续式生产方式制烃。
由上所述可知，本装置仅通过光能聚焦层10就可提供二氧化碳制烃所需温度和光化学反应所需光激发能量，促使二氧化碳制烃在本装置内完成，其相较于现有技术（申请号为201510019165.8、名称为太阳7能驱动高温电解CO2/H2O制烃系统及其应用的中国专利文献），本制烃装置更为简单、环保，简化制烃工艺步骤。一方面解决二氧化碳减排的问题；另一方面提供可再生能源（烃类），实现能源与环境的可持续发展。
所述耐高温高压材料可以采用现有公知的不锈钢、合金类材料等。
所述二氧化碳来源可以来自化工厂、热力公司等，通过本制烃装置，可变废为宝。
过液基板4可采用陶瓷、石棉等耐高温高压材料制成。过液基板4也可以采用现有公知具有烃类和氧气吸附功能，并在吸附饱和后，从过液基板4底面渗出的材料制成的基板。
实施例2，如附图1所示，光能聚焦层10包括耐高温高压的透明材料层8和菲涅尔透镜9，耐高温高压的透明材料层8作为反应壳体1的顶盖固定于反应壳体1顶部，菲涅尔透镜9固定于顶盖的上方。
菲涅尔透镜9可以为圆形菲涅尔透镜或矩形菲涅尔透镜或其它类型的菲涅尔透镜9。所述菲涅尔透镜9为正菲涅尔透镜。透明材料层8可以采用蓝宝石等透明材料。
实施例3，作为实施例1的优化，与实施例2的不同之处在于，如附图2所示，为了提高光能利用率，光能聚焦层10作为反应壳体1的顶盖固定于反应壳体1顶部，光能聚焦层10为菲涅尔透镜。本实施例3中，光能聚焦层10即作为反应壳体1的顶盖，又作为菲涅尔透镜9，使本制烃装置空间占据体积更小。
可根据实际需要，对上述实施例所述菲涅尔透镜式光热制烃装置作进一步优化或/和改进：
如附图1、2所示，与制烃反应室2对应的反应壳体1的纵向截面呈上宽下窄的梯形。
通过将与制烃反应室2对应的反应壳体1的纵向截面设计成上宽下窄的梯形，尽可能使制烃反应室2内各处均能接收到通过光能聚焦层10聚焦的光能，无聚光死角，能够加快升温速度，尽可能保证使制烃反应室2各处均进行光化学制烃反应。
如附图1、2所示，在过液基板4下方的反应壳体1左右两侧或前后两侧设置有两个相对的抽拉口，在相对的两个抽拉口之间密封安装有能封堵过液基板4上的过液孔的抽拉封堵板12。
通过设置抽拉封堵板12，能够将原料气体集中在制烃反应室2中，加速光化学反应进程。适时通过抽拉口向外抽出抽拉封堵板12，将制烃反应室2中的物料（反应产物等）通过过液孔释放入反应产物室3内。
根据需要，为了冷却反应产物，在反应产物室3内设置有冷却装置。部分烃类在该高温高压（光化学反应温度和压力条件）下呈气态，通过冷却装置，将其冷却成液态以方便导出反应产物室3。冷却装置可以采用以水为冷却介质的水冷设备，这样，可将水冷设备的升温出水作为制烃反应室2的原料水，使原料水的温度更高，充分利用反应产物的热能。
根据需要，还包括加热设备，冷却装置采用以水为冷却介质的冷却盘管，加热设备的进水口与冷却盘管的出水口连通，加热设备的水蒸汽出口与原料气导入口连通。
如上所述，将冷却盘管升温出水作为制烃反应室2的原料水，再通过加热设备将该升温出水加热成水蒸汽，水蒸汽代替水作为制烃原料进入制烃反应室2内。即能充分利用反应产物的热能，而且可以更加及时的供给原料。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和较佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于包括制烃反应器，制烃反应器包括耐高温高压并封闭的反应壳体，在反应壳体内固定有将反应壳体内部分成上部为制烃反应室和下部为反应产物室的过液基板，过液基板上设置有能使反应产物进入反应产物室的过液孔，在与制烃反应室对应的反应壳体上设置有原料导入端，在与反应产物室下部对应的反应壳体上设置有反应产物导出端；还包括能将太阳光能聚焦照射于制烃反应室内的光能聚焦层。
2.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于光能聚焦层包括耐高温高压的透明材料层和菲涅尔透镜，耐高温高压的透明材料层作为反应壳体的顶盖固定于反应壳体顶部，菲涅尔透镜固定于顶盖的上方。
3.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于光能聚焦层作为反应壳体的顶盖固定于反应壳体顶部，光能聚焦层为菲涅尔透镜。
4.根据权利要求1或2或3所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于与制烃反应室对应的反应壳体的纵向截面呈上宽下窄的梯形。
5.根据权利要求1或2或3所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于过液基板下方的反应壳体左右两侧或前后两侧设置有两个相对的抽拉口，在相对的两个抽拉口之间密封安装有能封堵过液基板上的过液孔的抽拉封堵板。
6.根据权利要求4所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于过液基板下方的反应壳体左右两侧或前后两侧设置有两个相对的抽拉口，在相对的两个抽拉口之间密封安装有能封堵过液基板上的过液孔的抽拉封堵板。
7.根据权利要求1或2或3或6所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于反应产物室内设置有冷却装置。
8.根据权利要求4所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于反应产物室内设置有冷却装置。
9.根据权利要求5所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于反应产物室内设置有冷却装置。
10.根据权利要求1或2或3或6或8或9所述的菲涅尔透镜式光热制烃装置，其特征在于还包括加热设备，冷却装置采用以水为冷却介质的冷却盘管，加热设备的进水口与冷却盘管的出水口连通，加热设备的水蒸汽出口与原料气导入口连通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190322 |
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