[发明专利]钙基储热材料的流化反应工艺

说明书

本发明公开了一种钙基储热材料的流化反应工艺。本发明钙基储热材料的流化反应工艺包括如下步骤：S1：惰性固体颗粒和钙基储热材料的固体混合物在流化床反应器内、气流的吹动下使钙基储热材料发生可逆反应得物料A；惰性固体颗粒为不参与所述钙基储热材料可逆反应的A类颗粒，惰性固体颗粒在固体混合物中所占质量百分比为55～90％，气流包括不参与钙基储热材料可逆反应的流化气体；S2：物料A进入旋风分离器，将物料A中的惰性固体颗粒分离并将惰性固体颗粒回输至流化床反应器内。本发明大幅改善了钙基储热材料Ca(OH)₂/CaO粉末的流化效果，提高钙基储热材料转化率及循环性能、提高放热反应温度，产热品质更高。

技术领域

本发明具体涉及一种钙基储热材料的流化反应工艺。

背景技术

推进储能和储热技术发展成为当前研究的重要方向之一，其中钙基储热是其中的热门研究方向之一。钙基储热即通过将Ca(OH)₂加热分解生成CaO和H₂O，将热能转变成化学能进行存储。使用时，通过将CaO与H₂O反应将热量进行放出，放出的热量可以用来生成蒸汽，进而用来推动蒸汽轮机发电或者用于其他用途。

钙基储热具有反应条件适宜，储热密度大，成本相对低廉等优势，因此是比较适合工业化的反应体系。该反应体系具有较高的储能密度及适宜的储能温度，在太阳能热利用及工业余热回收上具有广阔的应用前景，因此国内外学者针对该体系做了较为广泛的研究。当前已公开报道的装置多采用固定床反应器，如Ca(OH)₂/CaO体系的化学热泵等。实际应用时，为达到商业上可行的目的，采用Ca(OH)₂/CaO体系的储热系统应达到一定负荷，固定床反应器的尺寸需要达到一定的规模。此时固定床反应器存在尺寸大，换热不均匀，操作压降大等问题。相较于固定床，流化床具有传质、传热效率高、温度均匀、相对易于放大等，因此采用流化床工艺具有较好的应用前途。

Ca(OH)₂的分解/CaO的合成属于气固反应，对于气固反应来说，一般固体颗粒尺寸越小，比表面积越大，反应速率越大，因此降低Ca(OH)₂/CaO的尺寸有利于反应的进行。一般商业可购买的Ca(OH)₂粉末的尺寸较小，约30微米以下，该尺寸范围的颗粒属于C类颗粒，颗粒间容易发生团聚现象，采用流化床时气体容易形成沟流，难以形成稳定的流化。即便是采用较大尺寸的Ca(OH)₂/CaO粉末作为反应介质，初期可能会有较好的流化效果，但随着流化的进行，固体颗粒与壁面、内件表面以及颗粒之间频繁发生碰撞，由于Ca(OH)₂/CaO的机械强度相对较低，导致颗粒的磨损非常明显，颗粒的平均尺寸迅速降低，从而使得流化效果迅速恶化。因此，当前急需一种适用于Ca(OH)₂/CaO粉末的流化反应工艺，以提高Ca(OH)₂/CaO的反应性能。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服了现有的钙基储热材料流化工艺存在的颗粒间容易团聚，容易出现沟流，难以形成稳态流化的缺陷，提供了一种钙基储热材料的流化反应工艺。本发明的钙基储热材料的流化反应工艺大幅改善了钙基储热材料(例如Ca(OH)₂/CaO粉末)的流化效果，提高了钙基储热材料的转化率及循环性能、提高放热反应温度，产热品质更高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种钙基储热材料的流化反应工艺，其包括如下步骤：

S1：惰性固体颗粒和钙基储热材料的固体混合物在流化床反应器内、气流的吹动下进行可逆反应得物料A；所述惰性固体颗粒为不参与所述钙基储热材料可逆反应的A类颗粒，所述惰性固体颗粒在所述固体混合物中所占质量百分比为55～90％，所述气流包括不参与所述钙基储热材料可逆反应的流化气体；

S2：所述物料A进入旋风分离器，将所述物料A中的所述惰性固体颗粒分离并回输至所述流化床反应器内。