CN116242181A - 一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温气固热化学储放热运行测试方法及一体化系统，包括：在高温固定床反应系统中，采用碳酸钙基材料通入N2气体并设定反应器650‑850℃进行热量存储，将碳酸钙的分解产物放入固定床反应器内腔通入N2气体并设定反应器550‑850℃进行加热并进一步将存储的热量进行高效释放。本发明整体上解决了高温钙基热化学储热系统一体化程度低、系统效率低的问题，并给出了具体的实施方案与实际的技术效果，实际测试的系统效率可达42.84％‑67.1％，远高于现有CaCO3储放热反应器的整体效率，此外，通过测定局部分解转化率和碳酸化转化率，分析反应器内的传热传质情况，进而为后续系统效率进一步提升提供参考，提升CaCO3储放热反应器的整体效率。
Description
技术领域
本发明涉及热化学储热技术领域，尤其涉及一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法及系统。
背景技术
聚光太阳能集热存储的高温热量，可以替代现有化石燃料满足工业生产及电力行业对高品位热源的需求，但受限于太阳能的波动性、间歇性和不稳定性，需要结合储热技术实现能量的连续稳定输出。与显热储热和相变储热相比，热化学储热具有储能密度大、宽温区、在环境温度下长期储存热损小、适合长距离运输等优点。这些特性为聚光集热-储热过程中的太阳能的高效转换、储存及传输提供了一种极具前景的方法。
在众多热化学储热体系中，基于CaCO3/CaO循环的热化学储热体系具有原料成本低、反应温度高和储热密度高等优势，单位质量CaCO3的储热密度高达1780kJ/kg。但目前关于CaCO3/CaO体系在反应器级别的储放热研究较少，大多数发明仅限于理论设计层面，部分中试的反应系统大多存在高温下热损大、分解转化率低等问题，且CaCO3的分解过程和碳酸化过程分别用不同的样品进行测试，系统一体化程度低，难以满足实际工业需求。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法及系统解决高温钙基热化学储热系统一体化程度低、系统效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法，包括，
采用碳酸钙基材料通入N2气体并设定反应器目标温度进行热量存储并获得碳酸钙的分解产物；
将碳酸钙的分解产物放入固定床反应器内腔通入N2气体并设定反应器目标温度进行加热并进一步将存储的热量进行高效释放。
作为本发明所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的一种优选方案，其中：包括以下四个阶段：反应器分解阶段，分解转化率热重分析阶段，反应器碳酸化阶段，碳酸化转化率热重分析阶段。
作为本发明所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的一种优选方案，其中：所述反应器分解阶段包括以下步骤：将100-300g的碳酸钙样品放入固定床反应器内腔，封闭反应器后，通入1L/min的N2气体，并设定反应器加热的目标温度，反应器升温到目标温度后维持8h，随后关闭反应器加热并冷却至室温。
作为本发明所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的一种优选方案，其中：所述分解转化率热重分析阶段包括以下步骤：将碳酸钙分解后的样品取出进行称重，并根据分解前后的质量差计算碳酸钙的整体分解转化率。并收集反应器中特定位点的材料，在同步热分析仪中进行热重分析，通过测定样品中剩余的CaCO3含量计算各位点的分解转化率。
作为本发明所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的一种优选方案，其中：所述反应器碳酸化阶段包括以下步骤：将碳酸钙的分解产物放入固定床反应器内腔，封闭反应器后，通入1L/min的N2气体，设定反应器加热的目标温度，当反应器升温到目标温度时，气体气氛切换为1.5L/min的CO2气体，并关闭反应器的加热，利用氧化钙与CO2的碳酸化反应进行放热，并维持4h。
作为本发明所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的一种优选方案，其中：所述碳酸化转化率热重分析阶段包括以下步骤：将碳酸化反应后的样品取出进行称重，并根据碳酸化前后的质量差计算整体碳酸化转化率。并收集反应器中特定位点的材料，在同步热分析仪中进行热重分析，通过样品中生成的CaCO3含量计算各位点的碳酸化转化率。
第二方面，本发明提供了一种高温气固热化学储放热一体化系统，包括：
气体发生储存单元、前端流量控制单元、储放热单元、后端流量监测单元、控温单元、气体干燥过滤单元；其中：气体发生储存单元与前端流量控制单元连接，入口流量控制单元与储放热单元的入口连接，储放热单元的出口与气体干燥过滤单元的入口连接，气体干燥过滤单元的出口与后端流量监测单元连接。
作为本发明所述的高温气固热化学储放热一体化系统的一种优选方案，其中：所述的储放热单元包括：储放热反应器、气体入口阀、气体出口阀和泄气安全阀。
作为本发明所述的高温气固热化学储放热一体化系统的一种优选方案，其中：所述的储放热反应器包括：储放热材料、壳体与保温材料、加热电阻丝、压力表；其中，储放热材料设置于壳体内，加热电阻丝设置于壳体外并与控温单元连接以测试温度数据，壳体与保温材料包覆在加热电阻丝外以减小反应器散热，压力表用于监测反应器内部的压力。
作为本发明所述的高温气固热化学储放热一体化系统的一种优选方案，其中：
所述的前端流量控制单元包括：N2质量流量计和对应的流量控制器，CO2质量流量计和对应的流量控制器；
所述的后端流量监测单元包括：出口流量监测器和对应的数据采集仪；
所述的控温单元包括：热电偶、及其对应的温度控制器和数据记录仪；
所述的气体干燥过滤单元包括：洗气瓶、及其中的干燥材料。
本发明的有益效果：本发明整体上解决了高温钙基热化学储热系统一体化程度低、系统效率低的问题，与大多数停留在理论设计的反应系统层面的发明不同，本发明提出了储放热一体化运行测试方式，并给出了具体的实施方案与实际的技术效果，实际测试的系统效率可达42.84％-67.1％，远高于现有CaCO3储放热反应器的整体效率，此外，通过测定局部分解转化率和碳酸化转化率，分析反应器内的传热传质情况，进而为后续系统效率进一步提升提供参考，提升CaCO3储放热反应器的整体效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的流程图；
图2为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化系统的示意图；
图3为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化系统的反应器热电偶的布置位置示意图；
图4为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法300g的碳酸钙在分解阶段的温度和转化程度曲线图；
图5为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法300g碳酸钙分解产物在碳酸化阶段的温度和转化程度曲线图；
图6为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法200g的碳酸钙在分解阶段的温度和转化程度曲线图；
图7为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法200g碳酸钙分解产物在碳酸化阶段的温度和转化程度曲线图；
图8为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法100g的碳酸钙在分解阶段的温度和转化程度曲线图；
图9为本发明一个实施例提供的一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法100g碳酸钙分解产物在碳酸化阶段的温度和转化程度曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法，包括：
采用碳酸钙基材料通入N2气体并设定反应器目标温度进行热量存储并获得碳酸钙的分解产物；
将碳酸钙的分解产物放入固定床反应器内腔通入N2气体并设定反应器目标温度进行加热并进一步将存储的热量进行高效释放。
该运行测试方法包括以下4个阶段：
S1：反应器分解阶段：
将100-300g的碳酸钙样品放入固定床反应器内腔，封闭反应器后，通入1L/min的N2气体，并设定反应器加热的目标温度，反应器升温到目标温度后维持8h，随后关闭反应器加热并冷却至室温。
应说明的是，储热设定反应器目标温度范围应在650-850℃，放热设定反应器目标温度范围应在550-850℃。
S2：分解转化率热重分析阶段：
将碳酸钙分解后的样品取出进行称重，并根据分解前后的质量差计算碳酸钙的整体分解转化率。并收集反应器中特定位点的材料，在同步热分析仪中进行热重分析，通过测定样品中剩余的CaCO3含量计算各位点的分解转化率。
应说明的是，特定位点，包括但不限于附图1所示的反应器顶层中心a、顶层边缘b和底层中心c、底层边缘d四个位点。
应说明的是，热重分析的升温程序为：从30℃以40℃/min的升温速率，在N2气氛下，升温到800℃并维持10min。其实施仪器为同步热分析仪(STA8000，PerkinElmer)
S3：反应器碳酸化阶段：
将碳酸钙的分解产物放入固定床反应器内腔，封闭反应器后，通入1L/min的N2气体，设定反应器加热的目标温度，当反应器升温到目标温度时，气体气氛切换为1.5L/min的CO2气体，并关闭反应器的加热，利用氧化钙与CO2的碳酸化反应进行放热，并维持4h。
S4：碳酸化转化率热重分析阶段：
将碳酸化反应后的样品取出进行称重，并根据碳酸化前后的质量差计算整体碳酸化转化率。并收集反应器中特定位点的材料，在同步热分析仪中进行热重分析，通过样品中生成的CaCO3含量计算各位点的碳酸化转化率。
应说明的是，特定位点，包括但不限于附图1所示的反应器顶层中心a、顶层边缘b和底层中心c、底层边缘d四个位点。
应说明的是，热重分析的升温程序为：从30℃以40℃/min的升温速率，在N2气氛下，升温到800℃并维持10min。其实施仪器为同步热分析仪(STA8000，PerkinElmer)
上述为本实施例的一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的示意性方案。需要说明的是，该高温气固热化学储放热一体化系统的技术方案与上述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的技术方案属于同一构思，本实施例中高温气固热化学储放热一体化系统的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的技术方案的描述。
本实施例中高温气固热化学储放热一体化系统，如图2所示，包括：气体发生储存单元100、前端流量控制单元200、储放热单元、后端流量监测单元600、控温单元、气体干燥过滤单元500；其中：气体发生储存单元100与前端流量控制单元200连接，入口流量控制单元200与储放热单元的入口连接，储放热单元的出口与气体干燥过滤单元500的入口连接，气体干燥过滤单元500的出口与后端流量监测单元600连接。
更进一步的，储放热单元包括：储放热反应器400、气体入口阀301、气体出口阀303和泄气安全阀302。
更进一步的，储放热反应器400包括：储放热材料401、壳体与保温材料403、加热电阻丝402、压力表404；其中，储放热材料401设置于壳体内，加热电阻丝402设置于壳体外并与控温单元连接以测试温度数据，壳体与保温材料403包覆在加热电阻丝外以减小反应器散热，压力表404用于监测反应器内部的压力。
更进一步的，前端流量控制单元200包括：N2质量流量计202和对应的流量控制器201，CO2质量流量计203和对应的流量控制器204。
更进一步的，控温单元包括：热电偶701、702及其对应的温度控制器703和数据记录仪800。热电偶701用于测量反应器外壁面的温度，包括5个热电偶，编号为T1-T5。其中热电偶T1作为温度控制仪17的反馈温度，距反应器底部的高度为8.7cm；热电偶T2、T3与T4位于距反应器底部4.3cm的同一高度水平面上；热电偶T5距底部高度为13.6cm，其相对位置如附图2所示。热电偶702用于测量反应器内的材料温度，包括5个热电偶，编号T6-T10，呈中心对称分布，T6位于圆心，T7-T10分布在半径为1.6cm的圆周上，其中T8最深，距反应器底层深度为2.6cm；T6和T7距底层的深度为2.9cm；T9距底层深度为7.3cm；T10靠近气体出口，距底层的深度为14.7cm。其相对位置如图3所示。
更进一步的，气体干燥过滤单元500包括：洗气瓶501、502及其中的干燥材料。
更进一步的，最终分解转化率的计算公式为：
更进一步的，最终碳酸化转化率的计算公式为：
其中，Xcal和Xcar表分别表示材料的最终分解转化率和最终碳酸化转化率，mi、mcal与mcar分别表示分解反应前、分解反应后和碳酸化反应后的样品质量，MCO2与MCaCO3分别表示CO2与CaCO3的摩尔质量。
更进一步的，瞬时分解速率的计算公式为：
更进一步的，瞬时分解转化率的计算公式为：
更进一步的，瞬时碳酸化速率的计算公式为：
更进一步的，瞬时碳酸化转化率的计算公式为：
其中，
和Xcal,t分别表示CaCO3分解阶段的瞬时分解速率和分解转化率，
和Xcar,t分别表示CaCO3分解产物在碳酸化阶段的瞬时碳酸化速率和碳酸化转化率。QCO2表示分解阶段检测到的释放出的CO2的净流量，PCO2表示碳酸化阶段检测到的被吸收的CO2的净流量，单位均为L/min。ρCO2表示常温下的CO2密度，为1.977g/L。
应说明的是，本发明实施例所使用储热材料CaCO3，均购自上海麦克林生化科技有限公司。
实施例2
参照表1，为本发明的一个实施例，提供了一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法及一体化系统，为了验证其有益效果，提供了实际的应用效果。
反应器分解阶段，称取300g的CaCO3，置于储放热反应器8的容器中，将反应器密闭，通入1L/min的N2作为吹扫气，将CaCO3分解产生的CO2带出反应器。设定目标分解温度为850℃，当控温热电偶T1达到设定温度后，恒温保持8h，随后关闭温度控制仪，待样品完全冷却后，进行取样和称重分析。
分解转化率热重分析阶段，取图1所示的反应器顶层中心a、顶层边缘b和底层中心c、底层边缘d位置的材料，开展分解测试，通过确定样品中CaCO3的含量，进而确定各个位置的最终分解转化率。
反应器碳酸化阶段，将CaCO3分解8h后的产物重新置于反应器中进行碳酸化反应，设定目标碳酸化温度为750℃，在加热到设定温度前，通入1L/min的N2作为吹扫气；当控温热电偶T1达到750℃时，关闭加热，同时将N2吹扫气切换为1.5L/min的CO2，通气4h进行碳酸化反应。
碳酸化转化率热重分析阶段，取图3所示的反应器顶层中心a、顶层边缘b和底层中心c、底层边缘d位置的材料，开展分解测试，通过确定样品中CaCO3的含量，进而确定各个位置的最终碳酸化转化率。
经测定，分解阶段300g的CaCO3的最终分解转化率为63.8％，分解产物的最终碳酸化转化率为67.2％，整体系统效率为42.84％。
分解阶段的材料温度曲线如图4(a)所示，CaCO3在650℃左右开始分解，升温到设定温度后温度缓慢下降，8h后关闭加热，温度急剧下降。其中靠近底部和边缘的T7和T8的温度最高，最高温度可达808℃，其次是靠近底部和中心的T6，而远离底部的T9的温度进一步降低，靠近气体出口的T10温度最低。这说明样品温度随着高度的增加而降低，在同一高度，越靠近反应器壁面，材料温度越高。图4(b)中的瞬时分解转化率和分解速率曲线表明，在850℃的设定温度下，CaCO3能够进行有效的分解从而实现高效储热，8h后关闭加热时，瞬时分解速率和分解转化率曲线出现了拐点，这说明如果延长加热时间，CaCO3仍能进行有效的分解。分解过程中各个位点的分解转化率如表1所示。可以看出材料的分解主要集中在底部和靠近反应器壁面的部分，顶部的转化率较低，但CaCO3的最终分解转化率为63.8％，因此在反应器中多数材料实现了分解。
表1当CaCO3质量为300g时各位点的分解转化率
碳酸化阶段的材料温度曲线如图5(a)所示。由于反应过程中反应器向外散热，所以整体温度呈现下降趋势。T6、T7、T8能够检测到明显的温度上升，说明该区域的反应放热明显，碳酸化反应放出的热量最高可使材料升温至865℃。T9和T10处基本检测不到温升，主要是热电偶未与材料接触所致。图5(b)中的碳酸化转化率和碳酸化速率曲线表明，在750℃的预热温度下，碳酸化反应主要集中在前75min，且在9.6min时碳酸化反应速率达到最大。对于碳酸化过程，测试了靠近壁面的2个位点b和d的碳酸化转化率，分别为82.5％和78.0％，高于整体的碳酸化转化率67.2％，说明靠近壁面处的材料碳酸化程度高，且上部材料的碳酸化程度高于下部。
实施例3：
称取200g的CaCO3，按与实施例2相同的步骤进行一体化储放热反应，并用相同的方法进行数据采集和分析。
经测定，分解阶段200g的CaCO3的最终分解转化率为81.2％，分解产物的最终碳酸化转化率为70.6％，整体系统效率为57.34％。
分解阶段的材料温度曲线如图6(a)所示，CaCO3在650℃左右开始分解，升温到设定温度后温度缓慢下降，8h后关闭加热，温度急剧下降。T6-T9温度较高，其大小规律仍然是T8>T7>T6>T9，且T8的最高温度为809℃，靠近气体出口的T10温度最低。与300g的CaCO3样品分解的温度分布相比，T6-T9的温度差异减小，说明样品量减小后传热效果增强。图6(b)中的瞬时分解转化率和分解速率曲线表明，在850℃的设定温度下，CaCO3能够进行有效的分解从而实现高效储热，8h后关闭加热时，瞬时分解速率和分解转化率曲线出现了拐点，与实施例1中的规律一致。分解过程中各个位点的最终分解转化率如表2所示。可以除顶部中心位置a的材料外，其它位置的材料均已完全分解。
表2当CaCO3质量为200g时各位点的分解转化率
碳酸化阶段的材料温度曲线如图7(a)所示。T6、T7、T8能够检测到明显的温度上升，最高上升至804℃。但与实施例1相比放热峰收窄，总体放热量减小，这主要是样品量减少导致。图7(b)中的瞬时碳酸化转化率和碳酸化速率曲线表明，在750℃的预热温度下，碳酸化反应主要集中在前75min，且在9.3min时碳酸化反应速率达到最大。对于碳酸化过程，测试了靠近壁面的2个位点b和d的最终碳酸化转化率，分别为76.3％和75.5％，与实施例2的对应位点的碳酸化转化率相比降低，说明样品量减少后CO2难以充分向下扩散。
实施例4：
称取100g的CaCO3，按与实施例2相同的步骤进行一体化储放热反应，并用相同的方法进行数据采集和分析。
经测定，分解阶段100g的CaCO3的最终分解转化率为100％，分解产物的最终碳酸化转化率为67.1％，整体系统效率为67.1％。
分解阶段的材料温度曲线如图8(a)所示，CaCO3在650℃左右开始分解，升温到设定温度后略有下降，随后保持不变。T6-T9温度较高，其大小规律仍然是T8>T7>T6>T9，且T8的最高温度为821℃，靠近气体出口的T10温度最低。与200g的CaCO3样品分解的温度分布相比，T6-T9的温度差异进一步减小，传热效果进一步增强。图8(b)中的瞬时分解转化率和分解速率曲线表明，在850℃的设定温度下，CaCO3能够进行完全的分解从而实现高效储热。分解过程中各个位点的最终分解转化率如表3所示。所有位置的材料均已完全分解。
表3当CaCO3质量为200g时各位点的分解转化率
碳酸化阶段的材料温度曲线如图9(a)所示。由于样品量的减少，部分热电偶难以接触样品，导致检测的放热量大幅度降低，仅T8能检测到微小的温度上升，最高温度仅为741℃。与实施例2相比总体放热量大幅度减小，样品量进一步减少导致了这一现象。图9(b)中的瞬时碳酸化转化率和碳酸化速率曲线表明，在750℃的预热温度下，碳酸化反应主要集中在前50min，且在9.5min时碳酸化反应速率达到最大。对于碳酸化过程，测试了靠近壁面的2个位点b和d的碳酸化转化率，均为73.4％，与实施例3的对应位点的碳酸化转化率相比进一步降低，说明样品量进一步减少后CO2更难以充分向下扩散。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种高温气固热化学储放热一体化运行测试方法，其特征在于，包括：
采用碳酸钙基材料通入N2气体并设定反应器目标温度进行热量存储并获得碳酸钙的分解产物；
将碳酸钙的分解产物放入固定床反应器内腔通入N2气体并设定反应器目标温度进行加热并进一步将存储的热量进行高效释放。
2.如权利要求1所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法，其特征在于，
包括以下四个阶段：反应器分解阶段，分解转化率热重分析阶段，反应器碳酸化阶段，碳酸化转化率热重分析阶段。
3.如权利要求1或2所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法，其特征在于：
所述反应器分解阶段包括以下步骤：将100-300g的碳酸钙样品放入固定床反应器内腔，封闭反应器后，通入1L/min的N2气体，并设定反应器加热的目标温度，反应器升温到目标温度后维持8h，随后关闭反应器加热并冷却至室温。
4.如权利要求3所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法，其特征在于：
所述分解转化率热重分析阶段包括以下步骤：将碳酸钙分解后的样品取出进行称重，根据分解前后的质量差计算碳酸钙的整体分解转化率，并收集反应器中特定位点的材料，在同步热分析仪中进行热重分析，通过测定样品中剩余的CaCO3含量计算各位点的分解转化率。
5.如权利要求4所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法，其特征在于：
所述反应器碳酸化阶段包括以下步骤：将碳酸钙的分解产物放入固定床反应器内腔，封闭反应器后，通入1L/min的N2气体，设定反应器加热的目标温度，当反应器升温到目标温度时，气体气氛切换为1.5L/min的CO2气体，并关闭反应器的加热，利用氧化钙与CO2的碳酸化反应进行放热，并维持4h。
6.如权利要求5所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法，其特征在于：
所述碳酸化转化率热重分析阶段包括以下步骤：将碳酸化反应后的样品取出进行称重，根据碳酸化前后的质量差计算整体碳酸化转化率，并收集反应器中特定位点的材料，在同步热分析仪中进行热重分析，通过样品中生成的CaCO3含量计算各位点的碳酸化转化率。
7.一种应用如权利要求1所述的高温气固热化学储放热一体化运行测试方法的系统，其特征在于，包括：
气体发生储存单元(100)、前端流量控制单元(200)、储放热单元、后端流量监测单元(600)、控温单元、气体干燥过滤单元(500)；其中：气体发生储存单元(100)与前端流量控制单元(200)连接，入口流量控制单元(200)与储放热单元的入口连接，储放热单元的出口与气体干燥过滤单元(500)的入口连接，气体干燥过滤单元(500)的出口与后端流量监测单元(600)连接。
8.如权利要求7所述的高温气固热化学储放热一体化系统，其特征在于：所述的储放热单元包括：储放热反应器(400)、气体入口阀(301)、气体出口阀(303)和泄气安全阀(302)。
9.如权利要求8所述的高温气固热化学储放热一体化系统，其特征在于：所述的储放热反应器(400)包括：储放热材料(401)、壳体与保温材料(403)、加热电阻丝(402)、压力表(404)；其中，储放热材料(401)设置于壳体内，加热电阻丝(402)设置于壳体外并与控温单元连接以测试温度数据，壳体与保温材料(403)包覆在加热电阻丝外以减小反应器散热，压力表(404)用于监测反应器内部的压力。
10.如权利要求8或9所述的高温气固热化学储放热一体化系统，其特征在于：
所述的前端流量控制单元(200)包括：N2质量流量计(202)和对应的流量控制器(201)，CO2质量流量计(203)和对应的流量控制器(204)；
所述的后端流量监测单元(600)包括：出口流量监测器和对应的数据采集仪；
所述的控温单元包括：热电偶(701)、(702)及其对应的温度控制器(703)和数据记录仪(800)；
所述的气体干燥过滤单元(500)包括：洗气瓶(501)、(502)及其中的干燥材料。
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| CN117074602A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-11-17 | 湛江电力有限公司 | 多因素下钙基热化学储能材料的样品制取系统与方法 |
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2022
- 2022-11-30 CN CN202211529015.8A patent/CN116242181A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117074602A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-11-17 | 湛江电力有限公司 | 多因素下钙基热化学储能材料的样品制取系统与方法 |
| CN117074602B (zh) * | 2023-08-29 | 2024-05-24 | 湛江电力有限公司 | 多因素下钙基热化学储能材料的样品制取系统与方法 |
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