CN110467154A - 一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，特别是涉及一种带有储热介质的太阳能线聚焦甲醇蒸汽重整制氢管式反应器。包括：铝合金内管、铝合金外管、选择性吸收涂层、透明玻璃管、催化剂、相变储热材料、真空夹层、密封盖、第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面、甲醇和水的过热蒸汽混合物。该太阳能甲醇蒸汽重整制氢反应器能够以较小的集热面积达到甲醇蒸汽重整制氢热化学反应所需的温度，且可以克服由于太阳辐射的不稳定造成的反应器壁面附近的催化剂因温度过高而失活的缺陷，并具有较好的扩展性，可以单独使用，也可以根据实际需求将多个反应器并联，实现高效稳定绿色制氢。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，特别是涉及一种带有储热介质的太阳能线聚焦甲醇蒸汽重整制氢管式反应器。属于可再生能源制氢技术领域。
背景技术
发展可再生能源及其利用技术已成为缓解化石能源枯竭和环境恶化的重要途径之一。由于氢的能量含量高，且对其利用过程中不产生碳排放，氢被认为是可持续发展的最重要的能源载体之一。目前全球氢消耗量的96%是由化石燃料作为原料和能源获得的。在所有的反应中，甲醇蒸汽重整提供了最高的氢浓度和相对较少的一氧化碳。此外，因甲醇原料范围广、重整温度低、氢碳比高、储存安全等优点，甲醇蒸汽重整制氢被认为是一种极具发展潜力的制氢方式。将甲醇蒸汽重整制氢与可再生能源技术的结合是一个具有重要价值和意义的课题。
太阳能由于储量巨大和对其开发利用过程的清洁性，被认为是最有前途的可再生能源之一。近年来，太阳能甲醇蒸汽重整制氢得到了较为深入的研究。然而，由于太阳能能流密度较低，太阳能甲醇蒸汽重整制氢反应器需要与较大面积的太阳能集热器相结合以达到重整制氢热化学反应所需的温度，且由于太阳辐射的不稳定性，反应器壁面附近的催化剂由于温度过高而失活。为了避免催化剂失活，大多数研究是通过控制甲醇蒸汽混合物的进料流量，使反应器维持在适宜的温度，这样虽可以缓解催化剂失活的问题，但增加了操作难度，难以实现稳定的制氢。
有鉴于此，确有必要提供一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，该太阳能甲醇蒸汽重整制氢反应器能够以较小的集热面积达到甲醇蒸汽重整制氢热化学反应所需的温度，且可以克服由于太阳辐射的不稳定造成的反应器壁面附近的催化剂因温度过高而失活的缺陷，并具有较好的扩展性，可以单独使用，也可以根据实际需求将多个反应器并联实现高效稳定绿色制氢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器。该太阳能甲醇蒸汽重整制氢反应器能够以较小的集热面积达到甲醇蒸汽重整制氢热化学反应所需的温度，且可以克服由于太阳辐射的不稳定造成的反应器壁面附近的催化剂因温度过高而失活的缺陷，并具有较好的扩展性，可以单独使用，也可以根据实际需求将多个反应器并联实现高效稳定绿色制氢。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，包括：铝合金内管、铝合金外管、选择性吸收涂层、透明玻璃管、催化剂、相变储热材料、真空夹层、密封盖、第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面、甲醇和水的过热蒸汽混合物；所述铝合金内管置于铝合金外管的内部，且铝合金内管和铝合金外管二者的横截面为同心圆；所述铝合金外管的外部设有与该铝合金外管的横截面为同心圆的透明玻璃管；所述催化剂置于铝合金内管的内部；所述相变储热材料装填于由铝合金内管和铝合金外管形成的圆柱形空腔内；所述铝合金外管的外壁上有选择性吸收涂层；所述铝合金外管与透明玻璃管形成的空腔为真空夹层；所述密封盖置于透明玻璃管两端，与透明玻璃管密封相接；所述第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面依次相接，且第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面三者的聚焦轴线重合于铝合金内管的轴心。
所述铝合金内管的直径小于铝合金外管的直径。
所述铝合金外管的直径小于透明玻璃管直径。
所述催化剂为Cu/ZnO/Al2O3。
所述甲醇和水的过热蒸汽混合物的甲醇和水蒸气的摩尔比为1:1。
所述相变储热材料为金属锡。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1. 该太阳能甲醇蒸汽重整制氢反应器具有较高的聚光比，能够以较小的集热面积达到甲醇蒸汽重整制氢热化学反应所需的温度；且具有较好的扩展性，可以单独使用，也可以根据实际需求将多个反应器并联；
2. 该太阳能甲醇蒸汽重整制氢反应器可以克服由于太阳辐射的不稳定造成的反应器壁面附近的催化剂因温度过高而失活的缺陷，实现绿色稳定高效制氢。
附图说明
图1为本发明一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器示意图
图2为本发明一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器的反应器横截面示意图
图3为本发明一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器的聚光抛物面横截面示意图
图中：1-铝合金内管；2-铝合金外管；3-选择性吸收涂层；4-透明玻璃管；5-催化剂；6-相变储热材料；7-真空夹层；8-密封盖；9-第一抛物槽面；10-第二抛物槽面；11-第三抛物槽面；12-甲醇和水的过热蒸汽混合物。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明，但本发明的实施方式并不仅限于此。
现在参照图1至图3，它是本发明一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器示意图及反应器横截面、聚光抛物面横截面示意图，包括：铝合金内管(1)、铝合金外管(2)、选择性吸收涂层(3)、透明玻璃管(4)、催化剂(5)、相变储热材料(6)、真空夹层(7)、密封盖(8)、第一抛物槽面(9)、第二抛物槽面(10)、第三抛物槽面(11)、甲醇和水的过热蒸汽混合物(12)；所述铝合金内管(1)置于铝合金外管(2)的内部，且铝合金内管(1)和铝合金外管(2)二者的横截面为同心圆；所述铝合金外管(2)的外部设有与该铝合金外管(2)的横截面为同心圆的透明玻璃管(4)；所述催化剂(5)置于铝合金内管(1)的内部；所述相变储热材料(6)装填于由铝合金内管(1)和铝合金外管(2)形成的圆柱形空腔内；所述铝合金外管(2)与透明玻璃管(4)形成的空腔为真空夹层(7)；所述铝合金外管(2)的外壁上有选择性吸收涂层(3)；所述密封盖(8)置于透明玻璃管(4)两端，与透明玻璃管(4)密封相接；所述第一抛物槽面(9)、第二抛物槽面(10)、第三抛物槽面(11)依次相接，且第一抛物槽面(9)、第二抛物槽面(10)、第三抛物槽面(11)三者的聚焦轴线重合于铝合金内管(1)的轴心。
所述铝合金内管(1)的直径小于铝合金外管(2)的直径。
所述铝合金外管(2)的直径小于透明玻璃管(4)直径。
所述催化剂(5)为Cu/ZnO/Al2O3。
所述甲醇和水的过热蒸汽混合物(12)的甲醇和水蒸气的摩尔比为1:1。
所述相变储热材料(6)为金属锡。
下面通过具体实施例将进一步说明本发明一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器：早晨，当太阳光照射在由第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面组成的复合抛物面上，太阳光经过反射，透过透明玻璃管，照射到铝合金外管的管壁上，被铝合金外管的管壁吸收，将太阳光能转化为热能。铝合金外管吸收到的热量通过热传递，被相变储热材料、铝合金内管以及置于铝合金内管内的催化剂吸收。与此同时，透明玻璃管与铝合金外管之间的真空夹层，降低了被吸收的热量向周围环境散失的热损失，随着太阳辐射不断增强，越来越多的太阳能转化为热能，被相变储能材料吸收并储存的同时，也被铝合金内管以及置于铝合金内管内的催化剂吸收，温度不断升高，当达到甲醇水蒸气重整反应的温度时，将摩尔比为1:1的甲醇和水的过热蒸汽混合物通入铝合金内管，甲醇水蒸气发生重整反应，产生氢气，此过程一直持续到下午，当太阳辐射变弱直至消失，照射到由第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面组成的复合抛物面上的太阳光越来越弱，反应器接收到的热量越来越少，当反应器的温度不足以满足甲醇水蒸气重整反应所需的温度时，停止将摩尔比为1:1的甲醇和水的过热蒸汽混合物通入铝合金内管，反应结束。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许的更改或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，包括：铝合金内管、铝合金外管、选择性吸收涂层、透明玻璃管、催化剂、相变储热材料、真空夹层、密封盖、第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面、甲醇和水的过热蒸汽混合物；所述铝合金内管置于铝合金外管的内部，且铝合金内管和铝合金外管二者的横截面为同心圆；所述铝合金外管的外部设有与该铝合金外管的横截面为同心圆的透明玻璃管；所述催化剂置于铝合金内管的内部；所述相变储热材料装填于由铝合金内管和铝合金外管形成的圆柱形空腔内；所述铝合金外管的外壁上有选择性吸收涂层；所述铝合金外管与透明玻璃管形成的空腔为真空夹层；所述密封盖置于透明玻璃管两端，与透明玻璃管密封相接；所述第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面依次相接，且第一抛物槽面、第二抛物槽面、第三抛物槽面三者的聚焦轴线重合于铝合金内管的轴心。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，其特征在于：所述铝合金内管的直径小于铝合金外管的直径。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，其特征在于：所述铝合金外管的直径小于透明玻璃管直径。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，其特征在于：所述催化剂为Cu/ZnO/Al2O3。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，其特征在于：所述甲醇和水的过热蒸汽混合物的甲醇和水蒸气的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能甲醇蒸汽重整制氢聚焦反应器，其特征在于：所述相变储热材料为金属锡。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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