CN114789031B - 一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置及其使用方法 - Google Patents

一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置及其使用方法,属于空气转化与太阳能应用技术领域。该系统气体分离系统位于装置始端,硝酸合成系统和甲醇合成系统分别一端连接气体分离系统,另一端连接硝酸酯合成系统;高倍聚光发电系统搭载合成性高温反应箱,双循环冷却与供热系统中储能箱两端分别连接水管和油管以此串联起甲醇合成系统和硝酸酯合成系统。本发明通过空气中各气体成分的捕捉与转化,结合菲涅尔高倍聚光发电系统,无需燃烧化石燃料,绿色环保。并且运用双冷却换热和石墨烯发热层发热为产物的生成提供双重助热,同时可保护设备在高温下的可持续运行,从“无”到“有”将空气转化为硝酸酯类物质。

Description

一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运 用装置及其使用方法
技术领域
本发明是一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置,涉及空气转化与太阳能应用技术领域。
背景技术
目前,我国社会老龄化现象严重,老年人身体素质较差,患有心血管疾病的几率日益升高,加之当下时代发展迅速,生活节奏加快,使得当前心血管疾病的发生率持续升高且低龄化趋势加剧。
硝酸酯类是硝酸酯类药物的重要成分,硝酸酯类药物具有扩血管作用,抑制血小板聚集和黏附,具有抗血栓形成的作用,有利于心血管疾病、冠状动脉粥样硬化所引起的心绞痛等疾病的治疗,其既可用于缓解急性发作,也能用作诊断性治疗,对稳定型心绞痛患者为首选药物,对心脑血管疾病的发展进程起至关重要的作用。
硝酸酯类可作为化合物原料,是四大类(硝基、硝胺、硝酸酯和叠氮类)炸药中重要的一类,在军事、国防中同时发挥巨大作用。
本装置是一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置,通过空气中各气体成分的捕捉与转化,结合菲涅尔高倍聚光发电系统,无需燃烧化石燃料,绿色环保。并且运用双冷却换热和石墨烯发热层发热为产物的生成提供双重助热,同时可保护设备在高温下的可持续运行,从“无”到“有”将空气转化为硝酸酯类物质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:为解决我国社会老龄化、心脑血管疾病日益增多且低龄化现象加剧。现提供一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置,基于空气利用太阳能光电光热制取硝酸酯类物质,绿色可持续。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是:
一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置,气体分离系统、硝酸合成系统、甲醇合成系统、双循环冷却与供热系统、高倍聚光发电系统和硝酸酯合成系统。气体分离系统位于装置始端,硝酸合成系统和甲醇合成系统分别一端连接气体分离系统,另一端连接硝酸酯合成系统;高倍聚光发电系统搭载合成性高温反应箱31,双循环冷却与供热系统中储能箱43两端分别连接水管41和油管45以此串联起甲醇合成系统和硝酸酯合成系统;
所述的气体分离系统包括固体孔板11、气体管道12、环形盘管13、低温分离腔Ⅰ14、低温分离腔Ⅱ15、重力感应扇叶16、均匀加热碟片17和开关18。气体分离系统上部的两个气体管道12一根作为进气管道,另一根作为出气管道,固体孔板11设置于作为进气管道的气体管道12入口始端;气体分离系统上部的两个气体管道12分别连接环形盘管13两端;环形盘管13、重力感应扇叶16 和均匀加热碟片17分别位于低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15的顶部、中部和底部;低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15并列排布。气体分离系统下部设置两个气体管道12,分别连接低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15中下部并在后方汇聚;所述环形盘管13的下表面开设通孔,在环形盘管13中的气体冷却过程中,水蒸气冷却成固体后或CO2冷却成固体后,经过通孔落到重力感应扇叶16 上;所述的低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13上分别设置制冷设备。
所述的硝酸合成系统包括气体管道12、开关18、一氧化氮合成室21、蓄电箱22、输电线23、电极24、气压感应器25、气体分析仪26和硝酸合成室27。作为出气管道的气体管道12经开关18连接到一氧化氮合成室21;气压感应器 25和气体分析仪26位于一氧化氮合成室21下方;蓄电箱22经输电线23与电极24连接一氧化氮合成室21;一氧化氮合成室21后经气体管道12、开关18 连接硝酸合成室27;
所述的甲醇合成系统包括气体管道12、开关18、合成性高温反应箱31、产物分离腔32、蒸发压缩机33、流化床反应器34、冷凝器35、液体管道36和甲醇收集室37。气体分离系统下部两个汇聚后的气体管道12经开关18后连接至合成性高温反应箱31底部,合成性高温反应箱31顶部经气体管道12连接产物分离腔32;产物分离腔32中顺磁分离扇片321后方的气体管道12经开关18连接至硝酸合成室27、逆磁分离扇片322后方的气体管道12连接蒸发压缩机33;流化床反应器34、冷凝器35经气体管道12依次连接在蒸发压缩机33后,再经液体管道36连接至甲醇收集室37;
所述的合成性高温反应箱31包括腔体外壁311、冷却注水层312、腔体内壁313和水位选择接口314。冷却注水层312在腔体外壁311与腔体内壁313之间;水位选择接口314在腔体外壁311上连通冷却注水层312;
所述的产物分离腔32包括顺磁分离扇片321和逆磁分离扇片322。两个顺磁分离扇片321和两个逆磁分离扇片322分别位于产物分离腔32两侧;
所述的双循环冷却与供热系统包括开关18、水管41、水箱42、换热箱43、油箱44和油管45。水管41经换热箱43,一端连接水位选择接口314,另一端连接水箱42,再经开关18回流至冷却注水层312;油管45依次经油箱44、换热箱43回流至硝酸酯合成室63;
所述的高倍聚光发电系统包括菲涅尔镜51、盘管52、固定底座53和固定支架54。菲涅尔镜51固定在固定支架54上;盘管52紧贴菲涅尔镜51下表面,且盘管52的两端连接水箱42;合成性高温反应箱31固定在菲涅尔镜51下方;高倍聚光发电系统与蓄电箱22相连;
所述的硝酸酯合成系统包括甲醇传输管61、硝酸传输管62、硝酸酯合成室 63、耐热测温仪64和石墨烯发热层65。石墨烯发热层65位于硝酸酯合成室63 上表面,硝酸传输管62连接硝酸合成室27和硝酸酯合成室63;甲醇传输管61 连接甲醇收集室37和硝酸酯合成室63;双循环冷却与供热系统中的油管45横向贯穿整个硝酸酯合成室63;耐热测温仪64位于硝酸酯合成室63下方。
所述的低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13为一根管道制成,位于低温分离腔Ⅰ14顶部的环形盘管13由内向外盘成环状,中心处连接作为进气管道的气体管道12,位于低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13由外向内盘成环状,中心处连接作为出气管道的气体管道12。
一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置的使用方法,当整个装置开始工作时,空气通过固体孔板11过滤掉空气中大颗粒杂质后进入低温分离腔Ⅰ14顶部的环形盘管13;制冷设备将环形盘管13内空气预冷至-20~-30℃,空气中H2O低温变为固态,并经环形盘管13的通孔掉落到重力感应扇叶16上,其余气体进入低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13;在低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13内,制冷设备将环形盘管13内空气制冷至 -60~-80℃,空气中CO2变为固态掉落到重力感应扇叶16上,剩余气体经开关18进入硝酸合成系统;
经气体分离系统分离后剩余的气体通过气体管道12、开关18进入一氧化氮合成室21,通过蓄电箱22供电,剩余气体中N2和O2放电合成NO后打开开关 18,进入硝酸合成室27;高倍聚光发电系统则为蓄电箱22持续供电;硝酸合成室27内NO先与O2常温常压下氧化生成NO2,然后NO2与由水箱42提供的 H2O反应生成硝酸;一氧化氮合成室21底部的气压感应器25保持一氧化氮合成室21腔体内部气压恒定;气体分析仪26测定一氧化氮合成室21内的气体种类与含量;生成的硝酸通过硝酸传输管62进入硝酸酯合成系统;
待气体分离系统两低温分离腔中重力感应扇叶16达到一定重量时,重力感应扇叶16会自动打开并将各自固体物质掉落到下方均匀加热碟片17上,随即重力感应扇叶16自动闭合;低温分离腔Ⅰ14底部均匀加热碟片17上的固态H2O 经高温液化后汽化,由与之相通的气体管道12输出;低温分离腔Ⅱ15底部均匀加热碟片17上的固态CO2经高温液化后汽化,由气体管道12输出;输出的气态H2O和CO2一起进入甲醇合成系统3,同时双循环冷却与供热系统开始工作;
关闭油管45上的开关18,双循环冷却与供热系统中水管41一端连接水位选择接口314为冷却注水层312注水,另一端经换热箱43通至水箱42后回到冷却注水层312形成循环管路,避免合成性高温反应箱31内温度过高引起设备损耗;
此时由气体分离系统产生的气态H2O和CO2进入合成性高温反应箱31,菲涅尔镜51聚光在合成性高温反应箱31上,同时菲涅尔镜51下表面紧贴的盘管 52连至水箱42为其适当降温;合成性高温反应箱31内产生高温并加压,H2O 与CO2在高温下还原为CO和H2,同时高温下,蒸汽分解伴随O2和H2,合成气经气体管道12进入产物分离腔32;由于CO和H2显逆磁性、O2显顺磁性,产物分离腔32中顺磁分离扇片321和逆磁分离扇片322分别将O2与CO、H2分离,O2进入上方硝酸合成室27内维持腔内O2充足;CO和H2则进入蒸发压缩机33中;在蒸发压缩机33中CO和H2充分混合,生成的CO和H2合成气经过流化床反应器34,将在高温高压催化下生成粗甲醇,然后经过冷凝器35冷凝,粗甲醇精馏脱除易挥发组分如二甲醚,以及难挥发的乙醇、高碳醇得到纯品甲醇后进入甲醇收集室37,收集到的纯品甲醇进入硝酸酯合成系统;
在硝酸酯生成室63内先加入少量保护溶剂,再半打开硝酸传输管62上的开关18,使来自硝酸合成系统生成的硝酸缓慢进入硝酸酯合成室63中,防止加入硝酸过快产生大量热导致硝酸分解;此时打开油管45上的开关18,油管45 经过油箱44、换热箱43输出较高温度的油回到硝酸酯合成室63内,并且上方的石墨烯发热层65将太阳光能转化为热能效为硝酸酯合成室63持续提供热量;位于硝酸酯合成室63底部的耐热测温仪64控制温度120℃-130℃左右,待硝酸开始沸腾,打开甲醇传输管61上的开关18,缓慢通入甲醇溶液,有油态液体产生并伴随分层现象,继续保持油浴温度20-30min,此时反应室内有明显的分层现象,其下层即为硝酸酯类产品。
本发明的有益效果:通过空气中各气体成分的转化,应用菲涅尔高倍聚光发电系统提供光电光热,重量较轻、成本较低,且无需燃烧化石能源,绿色无污染。运用双冷却换热和石墨烯发热层发热为产物的生成提供双重助热,有效解决因供热设备单一导致供热不稳定、反应温度不易控制的问题,保证反应温度稳定易控。同时双冷却循环与换热系统可适当为设备降温,不仅能延长设备在高温环境下的使用寿命,还能将热能有效利用,减少能量损失,节能可持续。从“无”到“有”将空气转化为硝酸酯类物质。
附图说明
下面结合附图和实施对本发明进一步说明。
图1为本发明一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置的示意图。
图2为本发明气体分离系统的示意图。
图3为合成性高温反应箱的示意图。
图4为产物分离腔的示意图。
图5为高倍聚光发电系统的示意图。
图6为硝酸酯合成系统的示意图。
图中:11-固体孔板;12-气体管道;13-环形盘管;14-低温分离腔Ⅰ;15- 低温分离腔Ⅱ;16-重力感应扇叶;17-均匀加热碟片;18-开关;21-一氧化碳合成室;22-蓄电箱;23-输电线;24-电极;25-气压感应器;26-气体分析仪;27- 硝酸合成室;31-合成性高温反应箱;311-腔体外壁;312-冷却注水层;313-腔体内壁;314-水位选择接口;32-产物分离腔;321-顺磁分离扇片;322-逆磁分离扇片;33-蒸发压缩机;34-流化床反应器;35-冷凝器;36-液体管道;37-甲醇收集室;41-水管;42-水箱;43-换热箱;44-油箱;45-油管;51-菲涅尔镜;52-盘管; 53-固定底座;54-固定支架;61-甲醇传输管;62-硝酸传输管;63-硝酸酯合成室;64-耐热测温仪;65-石墨烯发热层。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步详细的阐述。如下附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图所示,本发明提出了一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置,主要由气体分离系统、硝酸合成系统、甲醇合成系统、双循环冷却与供热系统、高倍聚光发电系统和硝酸酯合成系统组成。气体分离系统位于装置始端,硝酸合成系统和甲醇合成系统分别一端连接气体分离系统,另一端连接硝酸酯合成系统;高倍聚光发电系统搭载合成性高温反应箱31,双循环冷却与供热系统中储能箱43两端分别连接水管41和油管45以此串联起甲醇合成系统和硝酸酯合成系统;
所述的气体分离系统由固体孔板11、气体管道12、环形盘管13、低温分离腔Ⅰ14、低温分离腔Ⅱ15、重力感应扇叶16、均匀加热碟片17和开关18组成。固体孔板11设置在气体分离系统上部气体管道12入口始端;气体分离系统上部的两个气体管道12一根作为进气管道,另一根作为出气管道,分别连接环形盘管13两端;环形盘管13、重力感应扇叶16和均匀加热碟片17分别位于低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15的顶部、中部和底部;低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15并列排布。气体分离系统下部设置。两个气体管道12分别连接低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15中下部并在后方汇聚;所述环形盘管13的下表面开设通孔,在环形盘管13中的气体冷却过程中,水蒸气冷却成固体后或CO2冷却成固体后,经过通孔落到重力感应扇叶16上;所述的低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13上分别设置制冷设备。
所述的低温分离腔Ⅰ14与低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13为一根管道制成,位于低温分离腔Ⅰ14顶部的环形盘管13由内向外盘成环状,中心处连接作为进气管道的气体管道12,位于低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13由外向内盘成环状,中心处连接作为出气管道的气体管道12。
所述的硝酸合成系统由气体管道12、开关18、一氧化碳合成室21、蓄电箱 22、输电线23、电极24、气压感应器25、气体分析仪26和硝酸合成室27组成。作为出气管道的气体管道12将分离产物经开关18连接到一氧化碳合成室21;气压感应器25和气体分析仪26位于一氧化碳合成室21下方;蓄电箱22经输电线23与电极24连接一氧化碳合成室21;一氧化碳合成室21后经气体管道 12、开关18连接硝酸合成室27;
所述的甲醇合成系统由气体管道12、开关18、合成性高温反应箱31、产物分离腔32、蒸发压缩机33、流化床反应器34、冷凝器35、液体管道36和甲醇收集室37组成。气体分离系统下部两个汇聚后的气体管道12经开关18最后连接至合成性高温反应箱31底部,合成性高温反应箱31顶部经气体管道12连接产物分离腔32;产物分离腔32中顺磁分离扇片321后方的气体管道12经开关 18连接至硝酸合成室27、逆磁分离扇片322后方的气体管道12依次连接蒸发压缩机33;流化床反应器34冷凝器35经气体管道12连接在蒸发压缩机33后,再经液体管道36连接至甲醇收集室37;
所述的甲醇合成系统,其特征在于:所述的合成性高温反应箱31由腔体外壁311、冷却注水层312、腔体内壁313和水位选择接口314组成。冷却注水层 312在腔体外壁311与腔体内壁313之间;水位选择接口314在腔体外壁311上连通冷却注水层312;
所述的甲醇合成系统,其特征在于:所述的产物分离腔32由顺磁分离扇片 321和逆磁分离扇片322组成。两个顺磁分离扇片321和两个逆磁分离扇片322 分别位于产物分离腔32两侧;
所述的双循环冷却与供热系统由开关18、水管41、水箱42、换热箱43、油箱44和油管45组成。水管41经换热箱43,一端连接水位选择接口314,另一端连接水箱42再经开关18回流至冷却注水层312;油管45依次经油箱44、换热箱43回流至硝酸酯合成室63;换热箱43以此把合成性高温反应箱31与硝酸酯合成室63串联起来;
所述的高倍聚光发电系统由菲涅尔镜51、盘管52、固定底座53和固定支架54组成。菲涅尔镜51固定在固定支架54上;盘管52紧贴菲涅尔镜51下表面,且盘管52的两端连接水箱42;合成性高温反应箱31固定在菲涅尔镜51下方;
所述的硝酸酯合成系统由甲醇传输管61、硝酸传输管62、硝酸酯合成室63、耐热测温仪64和石墨烯发热层65组成。石墨烯发热层65位于硝酸酯合成室63 上表面,硝酸传输管62连接硝酸合成室27和硝酸酯合成室63;甲醇传输管61 连接甲醇收集室37和硝酸酯合成室63;双循环冷却与供热系统4中的油管45 横向贯穿整个硝酸酯合成室63;耐热测温仪64位于硝酸酯合成室63下方;
当整个装置开始工作时,空气通过固体孔板11过滤掉空气中大颗粒杂质后进入低温分离腔Ⅰ14顶部的环形盘管13;制冷设备将环形盘管13内空气预冷至-20~-30℃,空气中H2O低温变为固态,并经环形盘管13的通孔掉落到重力感应扇叶16上,其余气体进入低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13;在低温分离腔Ⅱ15顶部的环形盘管13内,制冷设备将环形盘管13内空气制冷至-60~-80℃,空气中CO2变为固态掉落到重力感应扇叶16上,剩余气体经开关18进入硝酸合成系统;
经气体分离系统分离后剩余的气体通过气体管道12、开关18进入一氧化氮合成室21,通过蓄电箱22供电,剩余气体中N2和O2放电合成NO后打开开关 18,进入硝酸合成室27;高倍聚光发电系统则为蓄电箱22持续供电;硝酸合成室27内NO先与O2常温常压下氧化生成NO2,然后NO2与由水箱42提供的 H2O反应生成硝酸;一氧化氮合成室21底部的气压感应器25保持一氧化氮合成室21腔体内部气压恒定;气体分析仪26测定一氧化氮合成室21内的气体种类与含量;生成的硝酸通过硝酸传输管62进入硝酸酯合成系统;
待气体分离系统两低温分离腔中重力感应扇叶16达到一定重量时,重力感应扇叶16会自动打开并将各自固体物质掉落到下方均匀加热碟片17上,随即重力感应扇叶16自动闭合;低温分离腔Ⅰ14底部均匀加热碟片17上的固态H2O 经高温液化后汽化,由与之相通的气体管道12输出;低温分离腔Ⅱ15底部均匀加热碟片17上的固态CO2经高温液化后汽化,由气体管道12输出;输出的气态H2O和CO2一起进入甲醇合成系统3,同时双循环冷却与供热系统开始工作;
关闭油管45上的开关18,双循环冷却与供热系统中水管41一端连接水位选择接口314为冷却注水层312注水,另一端经换热箱43通至水箱42后回到冷却注水层312形成循环管路,避免合成性高温反应箱31内温度过高引起设备损耗;
此时由气体分离系统产生的气态H2O和CO2进入合成性高温反应箱31,菲涅尔镜51聚光在合成性高温反应箱31上,同时菲涅尔镜51下表面紧贴的盘管 52连至水箱42为其适当降温;合成性高温反应箱31内产生高温并加压,H2O 与CO2在高温下还原为CO和H2,同时高温下,蒸汽分解伴随O2和H2,合成气经气体管道12进入产物分离腔32;由于CO和H2显逆磁性、O2显顺磁性,产物分离腔32中顺磁分离扇片321和逆磁分离扇片322分别将O2与CO、H2分离,O2进入上方硝酸合成室27内维持腔内O2充足;CO和H2则进入蒸发压缩机33中;在蒸发压缩机33中CO和H2充分混合,生成的CO和H2合成气经过流化床反应器34,将在高温高压催化下生成粗甲醇,然后经过冷凝器35冷凝,粗甲醇精馏脱除易挥发组分如二甲醚,以及难挥发的乙醇、高碳醇得到纯品甲醇后进入甲醇收集室37,收集到的纯品甲醇进入硝酸酯合成系统;
在硝酸酯生成室63内先加入少量保护溶剂,再半打开硝酸传输管62上的开关18,使来自硝酸合成系统生成的硝酸缓慢进入硝酸酯合成室63中,防止加入硝酸过快产生大量热导致硝酸分解;此时打开油管45上的开关18,油管45 经过油箱44、换热箱43输出较高温度的油回到硝酸酯合成室63内,并且上方的石墨烯发热层65将太阳光能转化为热能效为硝酸酯合成室63持续提供热量;位于硝酸酯合成室63底部的耐热测温仪64控制温度130℃左右,待硝酸开始沸腾,打开甲醇传输管61上的开关18,缓慢通入甲醇溶液,有油态液体产生并伴随分层现象,继续保持油浴温度20min,此时反应室内有明显的分层现象,其下层即为硝酸酯类产品。

Claims (3)

1.一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置,其特征在于,气体分离系统、硝酸合成系统、甲醇合成系统、双循环冷却与供热系统、高倍聚光发电系统和硝酸酯合成系统;气体分离系统位于装置始端,硝酸合成系统和甲醇合成系统分别一端连接气体分离系统,另一端连接硝酸酯合成系统;高倍聚光发电系统搭载合成性高温反应箱(31),双循环冷却与供热系统中储能箱(43)两端分别连接水管(41)和油管(45)以此串联起甲醇合成系统和硝酸酯合成系统;
所述的气体分离系统包括固体孔板(11)、气体管道(12)、环形盘管(13)、低温分离腔Ⅰ(14)、低温分离腔Ⅱ(15)、重力感应扇叶(16)、均匀加热碟片(17)和开关(18);气体分离系统上部的两个气体管道(12)一根作为进气管道,另一根作为出气管道,固体孔板(11)设置于作为进气管道的气体管道(12)入口始端;气体分离系统上部的两个气体管道(12)分别连接环形盘管(13)两端;环形盘管(13)、重力感应扇叶(16)和均匀加热碟片(17)分别位于低温分离腔Ⅰ(14)与低温分离腔Ⅱ(15)的顶部、中部和底部;低温分离腔Ⅰ(14)与低温分离腔Ⅱ(15)并列排布;气体分离系统下部设置两个气体管道(12),分别连接低温分离腔Ⅰ(14)与低温分离腔Ⅱ(15)中下部并在后方汇聚;所述环形盘管(13)的下表面开设通孔,在环形盘管(13)中的气体冷却过程中,水蒸气冷却成固体后或CO2冷却成固体后,经过通孔落到重力感应扇叶(16)上;所述的低温分离腔Ⅰ(14)与低温分离腔Ⅱ(15)顶部的环形盘管(13)上分别设置制冷设备;
所述的硝酸合成系统包括气体管道(12)、开关(18)、一氧化氮合成室(21)、蓄电箱(22)、输电线(23)、电极(24)、气压感应器(25)、气体分析仪(26)和硝酸合成室(27);作为出气管道的气体管道(12)经开关(18)连接到一氧化氮合成室(21);气压感应器(25)和气体分析仪(26)位于一氧化氮合成室(21)下方;蓄电箱(22)经输电线(23)与电极(24)连接一氧化氮合成室(21);一氧化氮合成室(21)后经气体管道(12)、开关(18)连接硝酸合成室(27);
所述的甲醇合成系统包括气体管道(12)、开关(18)、合成性高温反应箱(31)、产物分离腔(32)、蒸发压缩机(33)、流化床反应器(34)、冷凝器(35)、液体管道(36)和甲醇收集室(37);气体分离系统下部两个汇聚后的气体管道(12)经开关(18)后连接至合成性高温反应箱(31)底部,合成性高温反应箱(31)顶部经气体管道(12)连接产物分离腔(32);产物分离腔(32)中顺磁分离扇片(321)后方的气体管道(12)经开关(18)连接至硝酸合成室(27)、逆磁分离扇片(322)后方的气体管道(12)连接蒸发压缩机(33);流化床反应器(34)、冷凝器(35)经气体管道(12)依次连接在蒸发压缩机(33)后,再经液体管道(36)连接至甲醇收集室(37);
所述的合成性高温反应箱(31)包括腔体外壁(311)、冷却注水层(312)、腔体内壁(313)和水位选择接口(314);冷却注水层(312)在腔体外壁(311)与腔体内壁(313)之间;水位选择接口(314)在腔体外壁(311)上连通冷却注水层(312);
所述的产物分离腔(32)包括顺磁分离扇片(321)和逆磁分离扇片(322);两个顺磁分离扇片(321)和两个逆磁分离扇片(322)分别位于产物分离腔(32)两侧;
所述的双循环冷却与供热系统包括开关(18)、水管(41)、水箱(42)、换热箱(43)、油箱(44)和油管(45);水管(41)经换热箱(43),一端连接水位选择接口(314),另一端连接水箱(42),再经开关(18)回流至冷却注水层(312);油管(45)依次经油箱(44)、换热箱(43)回流至硝酸酯合成室(63);
所述的高倍聚光发电系统包括菲涅尔镜(51)、盘管(52)、固定底座(53)和固定支架(54);菲涅尔镜(51)固定在固定支架(54)上;盘管(52)紧贴菲涅尔镜(51)下表面,且盘管(52)的两端连接水箱(42);合成性高温反应箱(31)固定在菲涅尔镜(51)下方;高倍聚光发电系统与蓄电箱(22)相连;
所述的硝酸酯合成系统包括甲醇传输管(61)、硝酸传输管(62)、硝酸酯合成室(63)、耐热测温仪(64)和石墨烯发热层(65);石墨烯发热层(65)位于硝酸酯合成室(63)上表面,硝酸传输管(62)连接硝酸合成室(27)和硝酸酯合成室(63);甲醇传输管(61)连接甲醇收集室(37)和硝酸酯合成室(63);双循环冷却与供热系统中的油管(45)横向贯穿整个硝酸酯合成室(63);耐热测温仪(64)位于硝酸酯合成室(63)下方。
2.根据权利要求1所述的一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置,其特征在于,所述的低温分离腔Ⅰ(14)与低温分离腔Ⅱ(15)顶部的环形盘管(13)为一根管道制成,位于低温分离腔Ⅰ(14)顶部的环形盘管(13)由内向外盘成环状,中心处连接作为进气管道的气体管道(12),位于低温分离腔Ⅱ(15)顶部的环形盘管(13)由外向内盘成环状,中心处连接作为出气管道的气体管道(12)。
3.权利要求1所述的一种完全基于空气合成硝酸酯的菲涅尔高倍聚光热电综合运用装置的使用方法,其特征在于:当整个装置开始工作时,空气通过固体孔板(11)过滤掉空气中大颗粒杂质后进入低温分离腔Ⅰ(14)顶部的环形盘管(13);制冷设备将环形盘管(13)内空气预冷至-20~-30℃,空气中H2O低温变为固态,并经环形盘管(13)的通孔掉落到重力感应扇叶(16)上,其余气体进入低温分离腔Ⅱ(15)顶部的环形盘管(13);在低温分离腔Ⅱ(15)顶部的环形盘管(13)内,制冷设备将环形盘管(13)内空气制冷至-60~-80℃,空气中CO2变为固态掉落到重力感应扇叶(16)上,剩余气体经开关(18)进入硝酸合成系统;
经气体分离系统分离后剩余的气体通过气体管道(12)、开关(18)进入一氧化氮合成室(21),通过蓄电箱(22)供电,剩余气体中N2和O2放电合成NO后打开开关(18),进入硝酸合成室(27);高倍聚光发电系统则为蓄电箱(22)持续供电;硝酸合成室(27)内NO先与O2常温常压下氧化生成NO2,然后NO2与由水箱(42)提供的H2O反应生成硝酸;一氧化氮合成室(21)底部的气压感应器(25)保持一氧化氮合成室(21)腔体内部气压恒定;气体分析仪(26)测定一氧化氮合成室(21)内的气体种类与含量;生成的硝酸通过硝酸传输管(62)进入硝酸酯合成系统;
待气体分离系统两低温分离腔中重力感应扇叶(16)达到一定重量时,重力感应扇叶(16)会自动打开并将各自固体物质掉落到下方均匀加热碟片(17)上,随即重力感应扇叶(16)自动闭合;低温分离腔Ⅰ(14)底部均匀加热碟片(17)上的固态H2O经高温液化后汽化,由与之相通的气体管道(12)输出;低温分离腔Ⅱ(15)底部均匀加热碟片(17)上的固态CO2经高温液化后汽化,由气体管道(12)输出;输出的气态H2O和CO2一起进入甲醇合成系统(3),同时双循环冷却与供热系统开始工作;
关闭油管(45)上的开关(18),双循环冷却与供热系统中水管(41)一端连接水位选择接口(314)为冷却注水层(312)注水,另一端经换热箱(43)通至水箱(42)后回到冷却注水层(312)形成循环管路,避免合成性高温反应箱(31)内温度过高引起设备损耗;
此时由气体分离系统产生的气态H2O和CO2进入合成性高温反应箱(31),菲涅尔镜(51)聚光在合成性高温反应箱(31)上,同时菲涅尔镜(51)下表面紧贴的盘管(52)连至水箱(42)为其适当降温;合成性高温反应箱(31)内产生高温并加压,H2O与CO2在高温下还原为CO和H2,同时高温下,蒸汽分解伴随O2和H2,合成气经气体管道(12)进入产物分离腔(32);由于CO和H2显逆磁性、O2显顺磁性,产物分离腔(32)中顺磁分离扇片(321)和逆磁分离扇片(322)分别将O2与CO、H2分离,O2进入上方硝酸合成室(27)内维持腔内O2充足;CO和H2则进入蒸发压缩机(33)中;在蒸发压缩机(33)中CO和H2充分混合,生成的CO和H2合成气经过流化床反应器(34),将在高温高压催化下生成粗甲醇,然后经过冷凝器(35)冷凝,粗甲醇精馏脱除易挥发组分如二甲醚,以及难挥发的乙醇、高碳醇得到纯品甲醇后进入甲醇收集室(37),收集到的纯品甲醇进入硝酸酯合成系统;
在硝酸酯生成室(63)内先加入少量保护溶剂,再半打开硝酸传输管(62)上的开关(18),使来自硝酸合成系统生成的硝酸缓慢进入硝酸酯合成室(63)中,防止加入硝酸过快产生大量热导致硝酸分解;此时打开油管(45)上的开关(18),油管(45)经过油箱(44)、换热箱(43)输出较高温度的油回到硝酸酯合成室(63)内,并且上方的石墨烯发热层(65)将太阳光能转化为热能效为硝酸酯合成室(63)持续提供热量;位于硝酸酯合成室(63)底部的耐热测温仪(64)控制温度120℃-130℃左右,待硝酸开始沸腾,打开甲醇传输管(61)上的开关(18),缓慢通入甲醇溶液,有油态液体产生并伴随分层现象,继续保持油浴温度20-30min,此时反应室内有明显的分层现象,其下层即为硝酸酯类产品。
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Assignor: CHANGZHOU University

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Denomination of invention: A Fresnel high-power concentrated thermoelectric comprehensive application device based entirely on air synthesis of nitrate esters and its usage method

Granted publication date: 20240308

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