基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统，太阳能气化子系统通过太阳能气化反应和常规气化反应，用于全天候地生成合成气，并提供水蒸气和高温烟气；液体燃料合成子系统用于对所述合成气进行处理得到液态产物；尾气发电子系统利用所述气态产物驱动燃气作功循环发电，利用所述烟气和高温水蒸气驱动蒸汽循环作功发电。

【技术实现步骤摘要】
基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统
本技术涉及太阳能与化石能源互补利用领域，尤其涉及一种基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统。
技术介绍
在经济快速发展的背景下，人类对能源的需求量越来越大，当前，全球的主要能源仍由石油、天然气、和煤等一次能源为主，随之带来的不仅是能源资源储量的急剧降低，还将产生严重的环境污染，尤其是大量CO2等温室气体的排放将影响到全球的生态平衡。仅2016年，全球一次能源消费总量合计为132.76亿吨油当量，较上年增长1.3％，中国的一次能源消耗量也由2000年的14.6亿吨标准煤增长至2010年的44.9亿吨标准煤，总量翻了近三倍，增加了122.6％。尤其需指出的是，中国的石油对外依存度已突破60％，我国的能源安全已受到了严重威胁。再此背景下，在大力倡导节能减排、提高能源利用效率的同时，还需要大力发展太阳能、生物质能等可再生能源。我国的太阳能资源非常丰富，具有其无污染、可再生、储量巨大的特点，年太阳能辐射值约为1050～2450kW.h(m2·a)，大于1050kW·h(m2·a)的地区占国土面积的96％以上。我国的太阳辐射量的分布趋势表现为西高东低，在我国的西藏、青海和新疆等西部地区，太阳能资源极为丰富，年日照时间更是在3000小时以上，属世界太阳能资源丰富地区之一。截止到2015年底我国太阳能发电总装机容量达4318kW，占全国发电总装机容量的3％，排名世界第一。但太阳能具有间接性和不稳定性等固有特性，这对实现太阳能的高效和稳定转化提出了巨大挑战。对于此，可以采用多能源互补的利用方式，利用驱动生物质和石油焦的气化反应，由此实现太阳能热能向合成气燃料化学能的转变，不仅实现了太阳能的高效化学储能，还能够有利于太阳能后续的高效稳定利用。我国的生物质资源非常丰富，也将为实现与太阳能的互补利用奠定了资源基础。另外，我国作为石油消耗大国，在进行原油炼制等过程中将产生大量的石油焦，石油焦作为重渣油延迟焦化而得到的副产品，与无烟煤相比，石油焦具有含碳量高、热值高、灰分少和挥发分低等特点，可作为燃料通过燃烧的方式利用。截止至2017年底，我国的石油焦年产量已到达2492.9万吨。由于石油焦多为高硫焦，直接燃烧石油焦将产生严重的环境污染，然而对石油焦弃之不用，同样会对地下水和地表环境等产生环境污染，也同时造成了严重的资源浪费。因此，如何实现清洁、高效的利用石油焦已成为亟待解决的问题。与常规直接气化石油焦的方式不同，借助高温太阳能驱动石油焦的气化反应，能够有效地提高石油焦的利用率，并改善所产生合成气的组分特性。进一步，通过太阳能驱动生物质和石油焦等燃料气化所产生的合成气，能够借助燃气-蒸汽联合循环系统进行高效发电，同时还可以通过费托合成或者甲醇合成等流程转化生产清洁的液体燃料。这将进一步拓展太阳能的利用方式，并提供液体燃料的供应能力。但同时还需面对的是，虽然太阳能通过热化学反应转化为燃料化学能，进而实现太阳能的高效稳定利用，但是太阳能的间歇性和不稳定性仍然制约着太阳能利用系统的高效连续运转，对此，需要开发出先进高效的太阳能气化反应装置和与此对应的能源利用系统。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本技术的主要目的在于提供一种基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统，用于提高太阳能及其他石油焦和生物质等固体燃料的转化特性，并解决系统高效连续稳定运行等问题。(二)技术方案本技术提供了一种基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统，包括：太阳能气化子系统，通过太阳能气化反应和常规气化反应，用于全天候地生成合成气，并提供水蒸气和高温烟气；液体燃料合成子系统，用于对所述合成气进行处理得到液态产物和部分气态产物；尾气发电子系统，利用所述气态产物进行燃烧驱动燃气作功循环发电，利用所述高温烟气和水蒸气生产高温水蒸气并驱动蒸汽作功循环发电。在本技术的一些实施例中，所述太阳能气化子系统包括：全天候的太阳能气化反应器，用于通过太阳能气化反应和常规气化反应，全天候地生成合成气以及烟气；太阳能集热镜场，用于提供所述太阳能气化反应所需的反应热；合成气净化装置，接收所述太阳能气化反应器生成的合成气，清除合成气中的固体杂质；合成气显热回收装置，接收所述合成气净化装置输出的合成气，回收合成气的高温显热并生成高温水蒸气，将合成气输出至所述液体燃料合成子系统。在本技术的一些实施例中，所述液体燃料合成子系统包括：第一压缩机，用于压缩所述合成气；合成气变换反应器，接收所述第一压缩机输出的合成气，调整所述合成气中H2和CO的比例；脱硫净化装置，接收所述合成气变换反应器输出的合成气，分离脱除合成气中所含的硫成分；液体燃料合成塔，接收所述脱硫净化装置输出的合成气，进行甲醇合成和费托法合成的液体燃料合成反应，生成第一股气态产物、第二股气态产物和液态产物，所述第一股气态产物送至第一压缩机，所述第二股气态产物送至所述尾气发电子系统；储油罐，用于存储所述液态产物。在本技术的一些实施例中，所述尾气发电子系统包括：第二压缩机、燃烧室、和燃气透平，空气经所述第二压缩机压缩后进入所述燃烧室，压缩空气和第二股气态产物在所述燃烧室中燃烧，驱动所述燃气透平作功；余热锅炉、蒸汽透平、凝汽器、以及给水泵构成蒸汽作功循环机组，所述余热锅炉接收所述太阳能气化子系统生成的高温烟气和水蒸气、以及所述燃气透平排出的烟气，生产高温水蒸气并驱动蒸汽作功循环发电；低温烟气余热回收器，用于回收所述余热锅炉排放的低温烟气余热。在本技术的一些实施例中，所述太阳能气化反应器采用一体化分级气化反应结构，其内部形成有反应腔体和灰渣及燃烧腔体；在太阳能资源充足时段，太阳能气化反应器工作于太阳能气化反应模式，所述太阳能集热镜场用于提供反应热；在所述反应热的驱动下反应物在所述反应腔体中发生气化反应，所述灰渣及燃烧腔体用于收集气化反应的固体灰渣；在无充足太阳能辐射时段，太阳能气化反应器工作于常规气化反应模式，空气与固体灰渣在所述灰渣及燃烧腔体中燃烧产生高温燃烧热，在高温燃烧热的驱动下反应物在所述反应腔体中发生气化反应，所述灰渣及燃烧腔体用于收集气化反应的固体灰渣。在本技术的一些实施例中，所述太阳能气化反应器包括：中空的圆柱形的壳体；上盖板，固定于所述壳体顶端；下底板，固定于所述壳体底端；隔热板，固定于所述壳体内部，位于所述上盖板与下底板之间；返料槽，安装于所述壳体内部，位于所述上盖板与隔热板之间；灰渣隔离板，固定于所述壳体内部，位于所述隔热板与返料槽之间；所述返料槽与上盖板、以及壳体形成反应腔体，所述返料槽与隔热板、以及壳体形成中间腔体，所述中间腔体内设置有灰渣隔离板，将所述中间腔体分为受光腔体和灰渣及燃烧腔体；所述壳体内设置有提升管反应段，所述提升管反应段贯穿所述隔热板，其上端与所述反应腔体连通；所述灰渣隔离板设置于所述提升管反应段与壳体内壁之间；形成灰渣及燃烧腔体的壳体设置有烟气出口和灰渣出口；所述上盖板设置有合成气出口；所述壳体内设置有返料下降管，其上端出口与返料槽底部连接，下端出口设置于所述灰渣及燃烧腔体内，连通所述反应腔体与灰渣及燃烧腔体。在本技术的一些实施例中，形成受光腔体的壳体设置有上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统，其特征在于，包括：太阳能气化子系统，通过太阳能气化反应和常规气化反应，用于全天候地生成合成气，并提供水蒸气和高温烟气；液体燃料合成子系统，连接所述太阳能气化子系统，接收所述太阳能气化子系统生成的所述合成气，用于对所述合成气进行处理得到液态产物和部分气态产物；尾气发电子系统，连接所述太阳能气化子系统和所述液体燃料合成子系统，接收所述液体燃料合成子系统的气态产物、以及所述太阳能气化子系统生成的所述水蒸气和高温烟气，利用所述气态产物进行燃烧驱动燃气作功循环发电，利用所述高温烟气和水蒸气生产高温水蒸气并驱动蒸汽作功循环发电。

【技术特征摘要】
1.基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统，其特征在于，包括：太阳能气化子系统，通过太阳能气化反应和常规气化反应，用于全天候地生成合成气，并提供水蒸气和高温烟气；液体燃料合成子系统，连接所述太阳能气化子系统，接收所述太阳能气化子系统生成的所述合成气，用于对所述合成气进行处理得到液态产物和部分气态产物；尾气发电子系统，连接所述太阳能气化子系统和所述液体燃料合成子系统，接收所述液体燃料合成子系统的气态产物、以及所述太阳能气化子系统生成的所述水蒸气和高温烟气，利用所述气态产物进行燃烧驱动燃气作功循环发电，利用所述高温烟气和水蒸气生产高温水蒸气并驱动蒸汽作功循环发电。2.如权利要求1所述的太阳能气化综合利用系统，其特征在于，所述太阳能气化子系统包括：全天候的太阳能气化反应器，用于通过太阳能气化反应和常规气化反应，全天候地生成合成气以及烟气；太阳能集热镜场，用于提供所述太阳能气化反应所需的反应热；合成气净化装置，接收所述太阳能气化反应器生成的合成气，清除合成气中的固体杂质；合成气显热回收装置，接收所述合成气净化装置输出的合成气，回收合成气的高温显热并生成水蒸气，将合成气输出至所述液体燃料合成子系统。3.如权利要求1所述的太阳能气化综合利用系统，其特征在于，所述液体燃料合成子系统包括：第一压缩机，用于压缩所述合成气；合成气变换反应器，接收所述第一压缩机输出的合成气，调整所述合成气中H2和CO的比例；脱硫净化装置，接收所述合成气变换反应器输出的合成气，分离脱除合成气中所含的硫成分；液体燃料合成塔，接收所述脱硫净化装置输出的合成气，进行甲醇合成和费托法合成的液体燃料合成反应，生成第一股气态产物、第二股气态产物和液态产物，所述第一股气态产物送至第一压缩机，所述第二股气态产物送至所述尾气发电子系统；储油罐，用于存储所述液态产物。4.如权利要求3所述的太阳能气化综合利用系统，其特征在于，所述尾气发电子系统包括：第二压缩机、燃烧室、燃气透平，空气经所述第二压缩机压缩后进入所述燃烧室，压缩空气和第二股气态产物在所述燃烧室中燃烧，驱动所述燃气透平作功；余热锅炉、蒸汽透平、凝汽器、以及给水泵构成蒸汽作功循环机组，所述余热锅炉接收所述太阳能气化子系统生成的高温烟气和水蒸气、以及所述燃气透平排出的烟气，生产高温水蒸气并驱动蒸汽作功循环发电；低温烟气余热回收器，用于回收所述余热锅炉排放的低温烟气余热。5.如权利要求2所述的太阳能气化综合利用系统，其特征在于，所述太阳能气化反应器采用一体化分级气化反应结构，其内部形成有反应腔体、灰渣及燃烧腔体、受光腔体和储热腔体；在太阳能资源充足时段，太阳能气化反应器工作于太阳能气化反应模式，所述太阳能集热镜场用于提供反应热；在反应热的驱动下反应物在所述反应腔体中发生气化反应，所述灰渣及燃烧腔体用于收集气化反应的固体灰渣；在无充足太阳能辐射时段，太阳能气化反应器工作于常规气化反应模式，空气与固体灰渣在所述灰渣及燃烧腔体中燃烧产生高温燃烧热，在高温燃烧热的驱动下反应物在所述反应腔体中发生气化反应，所述灰渣...

【专利技术属性】
技术研发人员：白章，巩亮，刘启斌，万培培，徐明海，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东,37