研究目的
在一个原型反应器中展示高效太阳能化学循环甲烷重整，优化操作条件以最小化碳积累并最大化效率，并预测放大系统的性能。
研究成果
在固定床反应器中采用二氧化铈进行太阳能化学链甲烷重整，在多次循环中实现了高效率且性能可重复。在1274K条件下，关键指标包括：甲烷转化率0.36、氢气选择性0.90、一氧化碳选择性0.82、二氧化碳转化率0.69、升级因子1.10以及热回收效率超过95%。实测太阳能-燃料效率为7%，热效率为25%。全尺寸及商业反应器的预测数据显示，太阳能-燃料效率潜在可达31%和56%，热效率潜在可达67%和85%，表明其在太阳能燃料生产方面具有竞争力。该研究展示了在高甲烷浓度下运行、有效热回收以及碳积累可忽略等方面的进展。
研究不足
该研究使用了一个原型反应堆进行，由于其规模较小且表面积与体积比高，导致热损失较大。实验操作仅限于室内太阳能模拟器条件，而非实际阳光照射。碳积累最初是一个挑战，需要进行迭代优化。商业规模的预测假设热损失会减少，但这一目标可能无法完全实现。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用原型固定床太阳能反应器，以二氧化铈颗粒为反应介质，在高能太阳模拟器中运行。设计包含气相热回收系统，并通过定时循环交替通入甲烷（还原阶段）和二氧化碳（氧化阶段）。初始条件基于前期工作的热力学与动力学模型确定。
2：样品选择与数据来源：
反应元件包含336克直径5毫米的圆柱状纤维二氧化铈颗粒（孔隙率78%，比表面积0.114平方米/克）。气体（甲烷、二氧化碳、氮气）通过质量流量控制器调控，出口组分采用拉曼激光气体分析仪检测。
3：114平方米/克）。气体（甲烷、二氧化碳、氮气）通过质量流量控制器调控，出口组分采用拉曼激光气体分析仪检测。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括高能太阳模拟器、质量流量控制器、压力控制器、真空泵、B型与K型热电偶、压差传感器、水冷换热器及拉曼激光气体分析仪。材料包含二氧化铈颗粒、氧化铝管、用于热回收的网状多孔陶瓷（RPC）及隔热材料。
4：实验流程与操作规范：
反应器分两阶段运行：第一阶段通过改变温度（1223-1273K）、甲烷浓度（50-100%）、流速及循环时长优化条件；第二阶段在1228K和1274K下各进行十次稳态测试，采用特定流速与循环时长。温度、压力及气体组分数据以1秒间隔记录。
5：数据分析方法：
性能指标（转化率、选择性、升级因子、效率）通过积分摩尔流速计算得出。执行物料与能量平衡分析，采用均方根法评估不确定性。规模化系统预测基于单元件运行的外推计算。
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获取完整内容-
Mass Flow Controller
Not specified
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Control gas flow rates to the reactor
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Pressure Controller
Not specified
Not specified
Maintain pressure in the reactive element
-
Vacuum Pump
Not specified
Not specified
Provide vacuum for gas flow
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Thermocouple
Type B
Not specified
Measure surface temperatures
-
Thermocouple
Type K
Not specified
Measure gas temperatures
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Differential Pressure Sensor
Not specified
Not specified
Measure pressure drop across tube assemblies
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Raman Laser Gas Analyzer
Not specified
Not specified
Analyze outlet gas composition
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Water-Cooled Calorimeter
Not specified
Not specified
Measure radiative input power
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