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。
[0032]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；
[0033]在余热回收器3中，利用油气混合物c释放出的显热用来加热水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；
[0034]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。
[0035]图1中，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，用于生产粗气化合成气g。
[0036]图1中，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。
[0037]图1中，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。
[0038]图1中，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。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，提高动力学反应性能。
[0039]进一步地，该系统还可以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。
[0040]请参照图1，生物质a与槽式中温太阳能热解吸收反应器I的入口相连，槽式中温太阳能热解吸收反应器I的出口与焦炭分离器2的入口连接。焦炭分离器2的气体产物出口经由余热回收器3高温侧与焦油冷凝净化器4的入口连接，焦油冷凝净化器4的油端出口直接与储油罐6入口相连，焦炭分离器2的固体产物出口与高温太阳能流化床气化反应器5下部的入口连接。水j与余热回收器3低温侧入口连接，余热回收器3低温侧出口与槽式中温太阳能热解吸收反应器I的入口和高温太阳能流化床气化反应器5上部的入口相连。焦油冷凝净化器4的气端出口和储油罐6出口均与高温太阳能流化床气化反应器5上部的入口连接。
[0041]图1所示的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统的具体流程为: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，并驱动反应器内的生物质发生热解反应，反应产生的产物b中含有焦油、焦炭和烷烃类气体；反应产物b送入焦炭分离器2中，分离出的固态焦炭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用于回收显热并降低气体产物的温度，经降温的油气混合物c利用焦油冷凝净化器4进行处理，并将获得的液态焦油e送至储油罐6中；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，并转变为水蒸气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一同送至高温太阳能流化床气化反应器5中；利用定日镜场8收集太阳能并聚焦至双曲面反射镜9以获取高温聚光太阳能，高温聚焦太阳能再由双曲面反射镜9反射并投射至高温太阳能流化床气化反应器5中；高温太阳能流化床气化反应器5生成的合成气送至旋风分离器6中，分离出灰分，并将引出一部分合成气h从底部送入高温太阳能流化床气化反应器5，促使反应器内的反应物形成流化态。系统已生产得到的焦油e还可根据需要分离出一部分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。
[0042]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，其特征在于，该系统包括槽式中温太阳能热解吸收反应器(I)、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: 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); 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； 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； 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)，促使反应物在高温太阳能流化床气化反应器(5)内形成流化态。
2.根据权利要求1所述的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，其特征在于，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)。
4.根据权利要求1所述的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，其特征在于，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。
6.根据权利要求1所述的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，其特征在于，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)在形成流化状态。
7.根据权利要求6所述的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，其特征在于，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。
8.根据权利要求1所述的实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种实现多产品输出的生物质-太阳能热化学利用系统，包括槽式中温太阳能热解吸收反应器、焦炭分离器、余热回收器、焦油冷凝净化器、高温太阳能流化床气化反应器、储油罐、旋风分离器、定日镜场和双曲面反射镜。利用本发明，按照“温度对口”的原则利用高温聚光太阳能依次独立地驱动生物质进行热解和气化反应，充分利用抛物槽式等线聚焦太阳能集热装置获取的450℃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℃以上的高温热能进行气化，优化了系统的聚光集热过程，提高了生物质的气化效率，并降低了气化合成气中的焦油含量。
【IPC分类】C10J3-84, C10J3-80, C10J3-66, C10J3-62, F24J2-00, C10J3-56
【公开号】CN104877712
【申请号】CN201510303616
【发明人】刘启斌, 金红光, 白章
【申请人】中国科学院工程热物理研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月4日