[發明專利]高溫太陽能熱化學尾氣處理的回熱過濾一體化系統

有效

• 申請號: 201910313198.1
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110038404B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 常哲韶;李鑫;代少猛
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: B01D53/72
• 分類號: B01D53/72;B01D53/62;B01D46/30;B01D46/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種高溫太陽能熱化學尾氣處理的回熱過濾一體化系統，包括初級過濾回熱子系統，兩個并聯儲熱罐組成的次級過濾回熱子系統，反吹過濾器和連接管路閥門。儲熱罐外面包裹保溫層，底部收縮段有排灰口。本發明系統兩級過濾，兩級回熱；級間可通過閥門切換及中間的反吹過濾器實現反應進氣分級回熱，級內粗濾、細濾、儲熱回熱按順序分層，承擔主要出熱作用的次級過濾回熱子系統中通過固定床和流化床耦合的方式，兼顧過濾性能、換熱強度、密封效果和壓阻損失。本發明運行模式包括：白天太陽輻照無波動初級回熱，白天太陽輻照波動兩級回熱，系統啟動前輔助回熱放熱，系統清灰。所述系統效率高，適用范圍廣，實現了產氣余熱的梯級利用。

技術領域

本發明涉及一種高溫太陽能熱化學尾氣處理的回熱過濾一體化系統。

背景技術

太陽能高溫熱化學方法通過將太陽能匯聚產生高溫推進熱化學過程的進行，將太陽能轉化為化學能，可以清潔，節能地制取高品位燃料，并方便輸運和儲存，實現了太陽能的跨時空存儲和存儲調度，克服了太陽能直接利用時所存在的能量密度低、連續性差、分布不均勻的問題。

如干式太陽能氣化技術利用高倍聚光的太陽能產生1000℃以上的高溫，使含碳顆粒與二氧化碳在太陽能反應器中反應產生一氧化碳，與工業煤氣化或生物質氣化技術相比具有含碳物料消耗量低、可廣泛利用鍋爐煙氣和煤焦直接進料、減少溫室氣體排放、氣化率高、易于進一步工業處理和儲存等優點，具有廣闊應用前景。然而產氣溫度高，含有焦炭、未完全反應的含碳固體顆粒和氣體反應物等，在進行氣體檢測、分離提純和進一步的加工(甲烷化和甲醇化等)，面臨著共性的出口高溫尾氣的熱回收和固體顆粒分離兩大問題，尤其是由于分離提純和產物需求、深加工路線不同，導致對產氣溫度需求不同：從300℃到室溫都有需求，因此對熱回收也有不同溫度需求。此外，甲烷裂解制氫、碳熱還原金屬氧化物等也面臨著同樣的技術需求和挑戰。

常規的除塵過濾技術包括：電除塵、旋風分離器除塵，陶瓷過濾器和顆粒層過濾器除塵，濕式除塵器等，但是其中(1)電除塵技術僅適合于常溫和電阻率108-1010Ω·cm的煙塵處理，而太陽能氣化殘余顆粒的導電性較好，溫度過高，除塵效果較差。(2)濕式除塵器采用水滴捕獲細顆粒，對1-2μm的顆粒有超過95％的除塵效率。但由于高溫CO等氣化產物遇水會發生后續反應，不適合單獨制取CO和作為氣化預處理步。(3)旋風分離器利用氣固兩相高速旋轉產生的離心慣性力和線速度不同實現氣固分離，但適用于大流量，大流速(氣流切線速度范圍在20～30m/s內)，高顆粒濃度(含塵濃度大于100mg/Nm³)，大粒徑(大于10μm)，超高溫以下(運行溫度小于900℃)顆粒分離。對于太陽能高溫氣化產物，溫度及顆粒物粒徑大大超出以上范圍，氣流速度小于運行范圍，故旋風除塵器無法滿足高溫除塵的需求。

因此針對太陽能氣化產物尾氣處理，只有陶瓷過濾器和顆粒層過濾器能滿足高溫太陽能熱化學高溫、高效過濾、避免二次污染的需求，與常溫除塵器和高溫旋風分離器相比，耐高溫、抗沖擊、抗磨損、耐腐蝕、除塵效率較高、性能穩定、結構簡單，運行成本較低等優勢。

除了氣體產物復雜氣固分離困難之外，由于太陽輻照的不連續性和不穩定性，太陽能高溫氣化系統的運行也具有強烈的波動性和間歇性。為保證系統穩定運行，需要儲熱系統彌補能源的供應和需求之間存在的數量上、形態上、時間和空間上的差異。同時為了避免氣化進氣溫度較低導致的氣化率和太陽能到燃料能效率不高，并考慮到產氣溫度過高，采用分級儲熱和回熱措施，實現不同溫度范圍的梯級利用。

針對高溫太陽能熱化學反應器的儲熱和熱回收，主要技術手段包括顯熱、潛熱和熱化學方式。其中固體顯熱儲熱技術是原理簡單、技術成熟、材料來源豐富、成本低廉的一種儲熱方式，在太陽能熱利用中應用最廣，同時還可以與陶瓷和顆粒層過濾器結合實現一體化。