一種實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多種可再生能源互補(bǔ)利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)進(jìn)行高效氣化反應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，近年來煤炭、石油和天然氣等化石燃料的消耗量急劇增長(zhǎng)，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。為應(yīng)對(duì)未來的發(fā)展需求，需大力開發(fā)利用太陽(yáng)能、風(fēng)能和生物質(zhì)等可再生能源。
[0003]中國(guó)的一次能源生產(chǎn)總量從2000年的13.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長(zhǎng)至2013年的34億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年一次能源消耗量也由2000年的14.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長(zhǎng)至2013年的37.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，分別增長(zhǎng)了 151.85%和156.85%。其中水電、核電和風(fēng)電等清潔能源的生產(chǎn)量和消耗量為3.71億噸標(biāo)準(zhǔn)煤和3.68億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，僅占總量的10.91%和9.81%。同時(shí)還需指出的是，至2014年中國(guó)的石油對(duì)外依存度已達(dá)到59.6%，我國(guó)的能源安全已受到嚴(yán)重威脅。
[0004]相對(duì)而言，生物質(zhì)作為物質(zhì)能源，能直接以直燃方式通過鍋爐燃燒生產(chǎn)蒸汽，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組，與風(fēng)電和太陽(yáng)能等其他可再生能源發(fā)電技術(shù)相比，生物質(zhì)發(fā)電方式可根據(jù)電網(wǎng)的需求進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)合理消耗農(nóng)村地區(qū)剩余的生物質(zhì)秸桿資源也有著重要意義。通過直燃方式利用生物質(zhì)，其產(chǎn)物僅為熱能，只能通過常規(guī)的蒸汽發(fā)電和集中供熱等形式加以利用，燃燒生物質(zhì)生產(chǎn)得到的蒸汽溫度一般在550°C以下，同時(shí)受到發(fā)電機(jī)組規(guī)模等因素的影響，生物質(zhì)直燃發(fā)電方式的能源利用效率難以大幅提升。為此通過熱化學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱解制油和氣化產(chǎn)氣的利用方法更受眾人青睞，對(duì)所獲取的液體或氣體燃料進(jìn)行深加工后能夠生產(chǎn)出品質(zhì)更高且應(yīng)用范圍更廣的能源產(chǎn)品，也能對(duì)基于化石燃料的能源供應(yīng)現(xiàn)行體系進(jìn)行部分替代?，F(xiàn)有的生物質(zhì)氣化技術(shù)主要采用自熱型方式來提供反應(yīng)所需要的熱量，通常選用空氣或濕空氣作為氣化劑，利用空氣中含有的氧成分與生物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)來為氣化提供充足的熱量，這種反應(yīng)體系比較簡(jiǎn)單，但提供反應(yīng)熱的生物質(zhì)量約占生物質(zhì)原有輸入量的1/3，不僅導(dǎo)致生物質(zhì)的有利用率較低，同時(shí)產(chǎn)生的合成氣中0)2含量偏高，同時(shí)因燃燒產(chǎn)生的雜質(zhì)還將污染氣化合成氣，使得后期的氣體凈化負(fù)荷增大。
[0005]最初受到原油價(jià)格大幅上漲等因素的影響，太陽(yáng)能利用技術(shù)發(fā)展迅速，太陽(yáng)能是人類可以利用的最豐富的能源，根據(jù)利用技術(shù)的不同，可分為太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)。其中太陽(yáng)能光熱技術(shù)，是利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽(yáng)熱能，并獲得一定溫度的熱能的應(yīng)用技術(shù)，常規(guī)的太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)則將通過換熱裝置提供蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)的工藝，最終生產(chǎn)電能。常用的太陽(yáng)能集熱裝置可分為線聚焦和點(diǎn)聚焦兩大類，其中線聚焦太陽(yáng)能集熱裝置主要包括拋物槽式和線性菲涅爾式，而點(diǎn)聚焦太陽(yáng)能集熱裝置則主要為塔式和碟式。因聚光裝置的結(jié)構(gòu)有所差異，不同類型集熱器的聚光比和與之對(duì)應(yīng)的集熱溫度也將有所區(qū)別，其中拋物槽式和線性菲涅爾式的集熱溫度一般在5500C以下，而塔式和碟式集熱裝置的集熱溫度甚至能超過1000°C。
[0006]傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，通常以導(dǎo)熱油或熔鹽作為傳熱工質(zhì)，產(chǎn)生的蒸汽溫度一般分別為370°C和550°C左右，利用較低溫度的蒸汽難以提高太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，而且太陽(yáng)能還具有間歇性和周期性的變化特性，如何實(shí)現(xiàn)發(fā)電裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)仍然是該類發(fā)電技術(shù)的難點(diǎn)之一。為此，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)等進(jìn)行氣化的高溫?zé)峄瘜W(xué)利用技術(shù)逐漸被重視，不僅規(guī)避了常規(guī)生物質(zhì)氣化技術(shù)中所存在的諸多不足，也將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，不僅實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的能量形式轉(zhuǎn)化，有利于太陽(yáng)能的長(zhǎng)期穩(wěn)定存儲(chǔ)。同時(shí)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的化學(xué)能，也有助于實(shí)現(xiàn)能量的高效利用并拓展太陽(yáng)能的利用途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)，以提高生物質(zhì)的氣化效率，并降低氣化合成氣中的焦油含量。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器1、焦炭分離器2、余熱回收器3、焦油冷凝凈化器4、高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5、儲(chǔ)油罐6、旋風(fēng)分離器7、定日鏡場(chǎng)8和雙曲面反射鏡9，其中:
[0011]經(jīng)過干燥預(yù)熱后的生物質(zhì)a送入槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I中，利用槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I聚焦獲得450°C以下的中溫太陽(yáng)能，驅(qū)動(dòng)槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I中的生物質(zhì)a發(fā)生熱解反應(yīng)，生成的反應(yīng)產(chǎn)物b中含有焦炭d、焦油e和烷烴類氣體f ;
[0012]反應(yīng)產(chǎn)物b送入焦炭分離器2中，分離出的固態(tài)焦炭d直接送入高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5，分離出的油氣混合物c送入余熱回收器3回收顯熱并降低氣體產(chǎn)物的溫度，經(jīng)降溫的油氣混合物c進(jìn)入焦油冷凝凈化器4進(jìn)行處理，得到液態(tài)的焦油e和烷烴類氣體f，液態(tài)的焦油e送至儲(chǔ)油罐6中儲(chǔ)存，烷烴類氣體f被送至高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5中；
[0013]在余熱回收器3中，利用油氣混合物c釋放出的顯熱來加熱水j，將水j轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵鈐’ ；一部分水蒸氣j’作為推動(dòng)氣流送至槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I中以保證生物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的順暢流動(dòng)，另一部分水蒸氣j’與由焦油冷凝凈化器4分離出的烷烴類氣體f 一同送至高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5中；
[0014]高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5生成的粗氣化合成氣g被送至旋風(fēng)分離器7中，分離出灰分i，并引出一部分純凈的氣化合成氣h從高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5的底部送入高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5，促使高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5內(nèi)的反應(yīng)物形成流化態(tài)。
[0015]上述方案中，所述中溫太陽(yáng)能直接由槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I聚焦獲得，并直接在槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I內(nèi)部完成生物質(zhì)的熱解反應(yīng)。在所述槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I中，反應(yīng)生成的反應(yīng)產(chǎn)物b經(jīng)焦炭分離器2分離，分離出的固態(tài)焦炭d直接送入高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5，在高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5繼續(xù)進(jìn)行氣化反應(yīng)，用于生產(chǎn)獲得粗氣化合成氣g。
[0016]上述方案中，所述高溫太陽(yáng)能是利用定日鏡場(chǎng)8和雙曲面反射鏡9聚焦獲得，并借助雙曲面反射鏡9直接向下投射至高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5中。
[0017]上述方案中，所述槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I中進(jìn)一步設(shè)置有氣流推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)推進(jìn)裝置，以保證生物質(zhì)在其內(nèi)部的順暢流動(dòng)。
[0018]上述方案中，所述高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5采用流化床技術(shù)，并在反應(yīng)腔室中部設(shè)置擋板結(jié)構(gòu)，從底部引入純凈的氣化合成氣h促使在高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5形成流化狀態(tài)。
[0019]上述方案中，所述高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5進(jìn)一步充分利用所投入氣態(tài)反應(yīng)物的高速動(dòng)能，在高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5內(nèi)部形成渦旋流場(chǎng)，加速反應(yīng)物的擾動(dòng)，提高反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能。
[0020]上述方案中，該系統(tǒng)還根據(jù)需求將部分焦油e送至高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5中進(jìn)行裂解，以增加系統(tǒng)合成氣的產(chǎn)量。
[0021](三)有益效果
[0022]從上述技術(shù)方案可看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]1、本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)，按照“溫度對(duì)口”的原則分別利用中溫和高溫聚光太陽(yáng)能依次獨(dú)立驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)進(jìn)行熱解和氣化反應(yīng)，由此可對(duì)系統(tǒng)的聚光過程進(jìn)行優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的熱效率，并降低系統(tǒng)熱能的不可逆損失。
[0024]2、本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)，充分利用拋物槽式等線聚焦太陽(yáng)能集熱裝置獲取的450°C以下的中溫?zé)崮苡靡则?qū)動(dòng)生物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)，反應(yīng)生成的殘?zhí)亢徒褂偷仍倮酶邷靥?yáng)能聚光集熱裝置產(chǎn)生的800°C以上的高溫?zé)崮苓M(jìn)行氣化，由此可降低高溫聚光裝置的集熱量，從而提高整體的集熱和熱能利用效率，并降低系統(tǒng)的設(shè)備初投資。
[0025]3、本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)，系統(tǒng)產(chǎn)物包括生物質(zhì)熱解焦油和合成氣，同時(shí)可根據(jù)需要將熱解焦油繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣蓺庖蕴岣呦到y(tǒng)合成氣的產(chǎn)率，由此能夠更好地滿足下游設(shè)備的需求，拓展該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
[0026]4、本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)，能充分將熱解段產(chǎn)生的焦油進(jìn)行分解，由此能夠有效降低最終所產(chǎn)生氣化合成氣中的焦油含量，有利于氣化系統(tǒng)及合成氣后續(xù)利用裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說明】
[0027]圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖標(biāo)記為:1_槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器、2-焦炭分離器、3-余熱回收器、4-焦油冷凝凈化器、5-高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器、6-儲(chǔ)油罐、7-旋風(fēng)分離器、8-定日鏡場(chǎng)、9-雙曲面反射鏡；a-生物質(zhì)、b-焦油、焦炭和烷烴類氣體的混合物、c-含焦油和烷烴類氣體的油氣混合物、d-焦炭、e-焦油、f-烷烴類氣體、g-粗氣化合成氣、h-純凈的氣化合成氣、1-灰分、j-水、j’ -水蒸氣。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]如圖1所示，圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品輸出的生物質(zhì)-太陽(yáng)能熱化學(xué)利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器1、焦炭分離器2、余熱回收器3、焦油冷凝凈化器4、高溫太陽(yáng)能流化床氣化反應(yīng)器5、儲(chǔ)油罐6、旋風(fēng)分離器7、定日鏡場(chǎng)8和雙曲面反射鏡9，其中:
[0031]經(jīng)過干燥預(yù)熱后的生物質(zhì)a送入槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I中，利用槽式中溫太陽(yáng)能熱解吸收反應(yīng)器I聚焦獲得450°C以下的中溫太陽(yáng)能，驅(qū)動(dòng)槽式中