[发明专利]集热化学储能与制备碳氢燃料的太阳能耦合利用系统

说明书

本发明公开了一种集热化学储能与制备碳氢燃料的太阳能耦合利用系统，包括聚光及跟踪系统、还原性碳物质密封储罐、金属碳酸盐复合材料密封储罐装置、煅烧炉、产物合成气收集装置、金属氧化物复合材料密封储罐装置、二氧化碳密封储罐装置和酸化炉，从整个循环过程来看，是将还原性碳物质和CO₂原位转换成H₂和CO，其中MCO₃/MO复合颗粒为循环载体，通过吸热/放热化学反应，实现系统循环工作，本系统中太阳光子能量直接提供给复合颗粒，复合颗粒直接吸收太阳能，颗粒内部温度分布均匀，有利于提高复合颗粒抗烧结特性，同时颗粒具有良好的机械性能，在煅烧炉和酸化炉中经过运动、碰撞等过程，质量损失小，两者协同作用，提高系统循环稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能储能系统领域，具体涉及一种集热化学储能与制备碳氢燃料的太阳能耦合利用系统。

背景技术

太阳能储量丰富，取之不尽，用之不竭，是人类未来解决能源危机与环境问题最有潜力的可持续能源，是未来能源领域的主力军。然而，太阳能具有间歇性、波动性、难以持续供应等缺点，如何高效率、高能量密度、大规模存储太阳能是太阳能高效利用的关键技术瓶颈。因此，高效存储太阳能是未来太阳能利用技术的重要发展趋势。

目前对太阳能的存储主要以储热为主，将太阳能转换为热能，用熔融盐、相变材料等进行储热利用，具有腐蚀性强、安全性差、温度波动范围大、储能时间短、储热密度低、热损失严重等缺点，给大规模应用带来挑战。热化学储能与太阳能燃料是一种理想的太阳能存储方式，两者都是基于化学反应，将太阳辐射能转换为化学键能，进行存储，具有温度范围广、储能时间长、储热密度大、储热损失低等优点。热化学储能，主要基于可逆热化学反应，譬如MCO₃+ΔHf MO+CO₂，首先利用金属碳酸盐分解吸热，将太阳能转换为化学能，从而进行能量存储；其次当需要使用能量时，将金属氧化物与二氧化碳接触反应，释放能量进行利用。太阳能燃料，主要基于吸热化学反应，在太阳能的驱动下，利用高效催化剂，将太阳能转换为化学能存储在产物燃料中，主要包括水与二氧化碳合成碳氢燃料、天然气重整、水煤气化、生物质气化制燃料等。太阳能燃料在存储太阳能的同时，也生成了高附加值的产物燃料，是一种具有经济价值的化工产品。

无论是热化学储能，还是太阳能燃料，目前都采用传统集热方式收集太阳能，先将聚光太阳能在集热器表面捕获收集，进而产生热量，然后通过热传导和对流方式再将热量传递给工质，从而实现太阳能的利用。这种表面式集热方式存在热阻大、热损失严重、效率低等缺点，同时对于热化学储能和太阳能燃料，还会让储能材料和催化剂烧结在集热器表面，严重降低热化学循环性能与催化效率。因此，亟待改变表面集热方式；此外，目前热化学储能与太阳能燃料，都单独作为太阳能利用系统，分别研究如何提升各自系统的性能，尚未见两者耦合的系统。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够高效率、高能量密度存储太阳能的集热化学储能与制备碳氢燃料的太阳能耦合利用系统。

技术方案：本发明所述的一种集热化学储能与制备碳氢燃料的太阳能耦合利用系统，包括聚光及跟踪系统、还原性碳物质密封储罐、金属碳酸盐复合材料密封储罐装置、煅烧炉、产物合成气收集装置、金属氧化物复合材料密封储罐装置、二氧化碳密封储罐装置和酸化炉；

所述聚光及跟踪系统聚光太阳能直接照射到煅烧炉中的金属碳酸盐复合颗粒上，复合颗粒直接吸收太阳辐射能；

所述金属碳酸盐复合材料密封储罐装置分别与煅烧炉和酸化炉相连，用于提供金属碳酸盐复合颗粒到煅烧炉中，同时收集酸化炉中的反应产物；

所述还原性碳物质密封储罐和煅烧炉连接，用于提供还原性碳物质气体到煅烧炉中；

所述煅烧炉用于为金属碳酸盐复合颗粒以及还原性碳物质进行化学反应提供场所和反应条件；

所述产物合成气收集装置和煅烧炉连接，用于收集煅烧炉中化学反应产生的产物气体；