一种实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多种可再生能源互补利用技术领域，尤其是一种实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，以实现利用太阳能驱动生物质进行高效气化反应。
【背景技术】
[0002]能源作为经济社会发展的基础，近年来煤炭、石油和天然气等化石燃料的消耗量急剧增长，也造成了严重的环境污染。为应对未来的发展需求，需大力开发利用太阳能、风能和生物质等可再生能源。
[0003]中国的一次能源生产总量从2000年的13.5亿吨标准煤增长至2013年的34亿吨标准煤，年一次能源消耗量也由2000年的14.6亿吨标准煤增长至2013年的37.5亿吨标准煤，分别增长了 151.85%和156.85%。其中水电、核电和风电等清洁能源的生产量和消耗量为3.71亿吨标准煤和3.68亿吨标准煤，仅占总量的10.91%和9.81%。同时还需指出的是，至2014年中国的石油对外依存度已达到59.6%，我国的能源安全已受到严重威胁。
[0004]相对而言，生物质作为物质能源，能直接以直燃方式通过锅炉燃烧生产蒸汽，进而驱动汽轮发电机组，与风电和太阳能等其他可再生能源发电技术相比，生物质发电方式可根据电网的需求进行灵活调节，同时对合理消耗农村地区剩余的生物质秸杆资源也有着重要意义。通过直燃方式利用生物质，其产物仅为热能，只能通过常规的蒸汽发电和集中供热等形式加以利用，燃烧生物质生产得到的蒸汽温度一般在550°C以下，同时受到发电机组规模等因素的影响，生物质直燃发电方式的能源利用效率难以大幅提升。为此通过热化学技术实现生物质热解制油和气化产气的利用方法更受众人青睐，对所获取的液体或气体燃料进行深加工后能够生产出品质更高且应用范围更广的能源产品，也能对基于化石燃料的能源供应现行体系进行部分替代。现有的生物质气化技术主要采用自热型方式来提供反应所需要的热量，通常选用空气或湿空气作为气化剂，利用空气中含有的氧成分与生物质发生氧化反应来为气化提供充足的热量，这种反应体系比较简单，但提供反应热的生物质量约占生物质原有输入量的1/3，不仅导致生物质的有利用率较低，同时产生的合成气中0)2含量偏高，同时因燃烧产生的杂质还将污染气化合成气，使得后期的气体净化负荷增大。
[0005]最初受到原油价格大幅上涨等因素的影响，太阳能利用技术发展迅速，太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，根据利用技术的不同，可分为太阳能光伏发电技术和太阳能光热发电技术。其中太阳能光热技术，是利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，并获得一定温度的热能的应用技术，常规的太阳能光热发电技术则将通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，最终生产电能。常用的太阳能集热装置可分为线聚焦和点聚焦两大类，其中线聚焦太阳能集热装置主要包括抛物槽式和线性菲涅尔式，而点聚焦太阳能集热装置则主要为塔式和碟式。因聚光装置的结构有所差异，不同类型集热器的聚光比和与之对应的集热温度也将有所区别，其中抛物槽式和线性菲涅尔式的集热温度一般在5500C以下，而塔式和碟式集热装置的集热温度甚至能超过1000°C。
[0006]传统的太阳能热发电技术，通常以导热油或熔盐作为传热工质，产生的蒸汽温度一般分别为370°C和550°C左右，利用较低温度的蒸汽难以提高太阳能热发电系统的整体性能，而且太阳能还具有间歇性和周期性的变化特性，如何实现发电装置的连续稳定运转仍然是该类发电技术的难点之一。为此，太阳能驱动生物质等进行气化的高温热化学利用技术逐渐被重视，不仅规避了常规生物质气化技术中所存在的诸多不足，也将太阳能转变为化学能，不仅实现了太阳能的能量形式转化，有利于太阳能的长期稳定存储。同时将太阳能转化为高品质的化学能，也有助于实现能量的高效利用并拓展太阳能的利用途径。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，以提高生物质的气化效率，并降低气化合成气中的焦油含量。
[0009]( 二 )技术方案
[0010]为达到上述目的，本发明提供了一种实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，该系统包括槽式中温太阳能热解吸收反应器1、焦炭分离器2、余热回收器3、焦油冷凝净化器4、高温太阳能流化床气化反应器5、储油罐6、旋风分离器7、定日镜场8和双曲面反射镜9，其中:
[0011]经过干燥预热后的生物质a送入槽式中温太阳能热解吸收反应器I中，利用槽式中温太阳能热解吸收反应器I聚焦获得450°C以下的中温太阳能，驱动槽式中温太阳能热解吸收反应器I中的生物质a发生热解反应，生成的反应产物b中含有焦炭d、焦油e和烷烃类气体f ;
[0012]反应产物b送入焦炭分离器2中，分离出的固态焦炭d直接送入高温太阳能流化床气化反应器5，分离出的油气混合物c送入余热回收器3回收显热并降低气体产物的温度，经降温的油气混合物c进入焦油冷凝净化器4进行处理，得到液态的焦油e和烷烃类气体f，液态的焦油e送至储油罐6中储存，烷烃类气体f被送至高温太阳能流化床气化反应器5中；
[0013]在余热回收器3中，利用油气混合物c释放出的显热来加热水j，将水j转变为水蒸气j’ ；一部分水蒸气j’作为推动气流送至槽式中温太阳能热解吸收反应器I中以保证生物质在反应器内的顺畅流动，另一部分水蒸气j’与由焦油冷凝净化器4分离出的烷烃类气体f 一同送至高温太阳能流化床气化反应器5中；
[0014]高温太阳能流化床气化反应器5生成的粗气化合成气g被送至旋风分离器7中，分离出灰分i，并引出一部分纯净的气化合成气h从高温太阳能流化床气化反应器5的底部送入高温太阳能流化床气化反应器5，促使高温太阳能流化床气化反应器5内的反应物形成流化态。
[0015]上述方案中，所述中温太阳能直接由槽式中温太阳能热解吸收反应器I聚焦获得，并直接在槽式中温太阳能热解吸收反应器I内部完成生物质的热解反应。在所述槽式中温太阳能热解吸收反应器I中，反应生成的反应产物b经焦炭分离器2分离，分离出的固态焦炭d直接送入高温太阳能流化床气化反应器5，在高温太阳能流化床气化反应器5继续进行气化反应，用于生产获得粗气化合成气g。
[0016]上述方案中，所述高温太阳能是利用定日镜场8和双曲面反射镜9聚焦获得，并借助双曲面反射镜9直接向下投射至高温太阳能流化床气化反应器5中。
[0017]上述方案中，所述槽式中温太阳能热解吸收反应器I中进一步设置有气流推进和旋转推进装置，以保证生物质在其内部的顺畅流动。
[0018]上述方案中，所述高温太阳能流化床气化反应器5采用流化床技术，并在反应腔室中部设置挡板结构，从底部引入纯净的气化合成气h促使在高温太阳能流化床气化反应器5形成流化状态。
[0019]上述方案中，所述高温太阳能流化床气化反应器5进一步充分利用所投入气态反应物的高速动能，在高温太阳能流化床气化反应器5内部形成涡旋流场，加速反应物的扰动，提高反应动力学性能。
[0020]上述方案中，该系统还根据需求将部分焦油e送至高温太阳能流化床气化反应器5中进行裂解，以增加系统合成气的产量。
[0021](三)有益效果
[0022]从上述技术方案可看出，本发明具有以下有益效果:
[0023]1、本发明提供的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，按照“温度对口”的原则分别利用中温和高温聚光太阳能依次独立驱动生物质进行热解和气化反应，由此可对系统的聚光过程进行优化，以提高系统的热效率，并降低系统热能的不可逆损失。
[0024]2、本发明提供的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，充分利用抛物槽式等线聚焦太阳能集热装置获取的450°C以下的中温热能用以驱动生物质进行热解反应，反应生成的残炭和焦油等再利用高温太阳能聚光集热装置产生的800°C以上的高温热能进行气化，由此可降低高温聚光装置的集热量，从而提高整体的集热和热能利用效率，并降低系统的设备初投资。
[0025]3、本发明提供的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，系统产物包括生物质热解焦油和合成气，同时可根据需要将热解焦油继续转变为合成气以提高系统合成气的产率，由此能够更好地满足下游设备的需求，拓展该系统的应用范围。
[0026]4、本发明提供的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，能充分将热解段产生的焦油进行分解，由此能够有效降低最终所产生气化合成气中的焦油含量，有利于气化系统及合成气后续利用装置的安全稳定运行。
【附图说明】
[0027]图1为依照本发明实施例的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统的结构示意图。
[0028]附图标记为:1_槽式中温太阳能热解吸收反应器、2-焦炭分离器、3-余热回收器、4-焦油冷凝净化器、5-高温太阳能流化床气化反应器、6-储油罐、7-旋风分离器、8-定日镜场、9-双曲面反射镜；a-生物质、b-焦油、焦炭和烷烃类气体的混合物、c-含焦油和烷烃类气体的油气混合物、d-焦炭、e-焦油、f-烷烃类气体、g-粗气化合成气、h-纯净的气化合成气、1-灰分、j-水、j’ -水蒸气。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0030]如图1所示，图1为依照本发明实施例的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统的结构示意图，该系统包括槽式中温太阳能热解吸收反应器1、焦炭分离器2、余热回收器3、焦油冷凝净化器4、高温太阳能流化床气化反应器5、储油罐6、旋风分离器7、定日镜场8和双曲面反射镜9，其中:
[0031]经过干燥预热后的生物质a送入槽式中温太阳能热解吸收反应器I中，利用槽式中温太阳能热解吸收反应器I聚焦获得450°C以下的中温太阳能，驱动槽式中