[发明专利]一种基于槽‑塔结合聚光方式的太阳能气化系统

说明书

技术领域

本发明涉及多种能源互补利用的技术领域，尤其是一种基于槽-塔结合聚光方式的太阳能气化系统，以利用太阳能实现固体碳氢燃料高效气化。

背景技术

为应对高速的经济发展和社会进步，能源需求量逐年增大，为此煤炭、石油和天然气等化石燃料被大量消耗，同时也造成了严重的环境污染，这将阻碍未来经济社会的可持续发展。

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。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。

为应对未来高速增长的能源需求量和亟待解决的环境污染问题，需对现有的能源利用技术进行改进，以提高能源利用效率并实现能源的清洁利用，同时我们还需关注太阳能和生物质能清洁可再生能源，完善这些可再生能源的利用技术并大力提高可再生能源所占的份额，也成为各国科研工作的研究重点之一。

太阳能作为一种清洁的可再生能源，以辐射的形式投射至地球表面，是人类可以利用的最丰富的能源，具有一些普通能源无法比拟的优点，如清洁、资源量巨大等。在非洲北部和我国西部等地区都有着非常丰富的太阳能资源，基于太阳能光热转化技术的太阳能热发电站目前已进入商业运行阶段。太阳能热发电技术根据聚光方式的不同可分为线聚光和点聚光，其中抛物槽式和线性菲涅尔集热装置采用的是太阳能线聚光技术，其聚光比相对较低，所能达到的集热温度也相应较低；而碟式和塔式集热装置采用的是太阳能点聚光技术，双轴跟踪，聚光比高，最高集热温度能超过1000℃。

相对而言，生物质与太阳能和风能等可再生能源不同，生物质是一种可再生的物质能源，能够更好地替代现有的化石能源，以更好地迎合社会需求。太阳能通过光合作用生成生物质，因此生物质能在某种程度可看作是太阳能的某种特殊形式，同时通过光合作用固碳，也实现了碳元素的循环利用。我国作为一个农业大国，有着丰富的生物质资源，2009年中国的生物质秸秆年产量为8.42亿吨，其中可收集利用量达到6.86亿吨，利用前景非常广阔。

目前生物质作能源用途的利用技术手段主要包括燃烧、热解和气化，其中通过气化可生产出富含H₂和CO的合成气，能够与高效的燃气发电技术相结合以构成整体生物质气化燃气—蒸汽联合循环系统(BIGCC)，或者配置多联产利用系统可将合成气更加高效地转化为甲醇等液体燃料。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，也利用的产生热量来维持气化反应器内较高的反应温度，同时水蒸气和产生的CO₂将与生物质发生还原反应，最后生成H₂和CO等成分。这种反应体系比较简单，气化反应所需要的热量是通过燃烧生物质来提供的，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CO₂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。

针对常规生物质气化技术的不足，相关研究机构及学者提出了利用太阳能驱动生物质进行气化的高温太阳能热化学利用技术，直接利用高温聚光太阳能产生的高温热量来驱动并提供生物质气化所需要的反应热，这种利用方式不仅可以规避常规生物质气化方式的诸多缺陷，同时也将太阳能转化高品质且更容易存储的化学能，由此还能拓展太阳能的利用途径。

利用太阳能驱动的生物质气化主要包括生物质的干燥、热解和气化三部分，同时生物质热解所需要的热源温度较低，热解反应温度区间为250～450℃。虽然可利用点聚光技术提供气化反应所需要850℃左右的热能，但该技术的对材料的要求非常苛刻，投资成本较大。同时利用较高温度的热源先驱动生物质的热解反应，将导致严重的能的品位不对口，使得系统的不可逆损失增大。与此同时，与常规生物质气化技术类似，现有的太阳能—生物质气化所得到的合成气中的焦油含量也会偏高，这将严重影响气化装置的正常运转，也会增大合成气净化装置的负担，同时也威胁到后续合成气利用系统的安全运行。由此本发明通过改进已有的太阳能-生物质气化方式，以提高可再生能源的利用效率，并降低设备成本，以促进该技术的推广应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题