一种光热直接加热生物质制合成气系统技术方案

本发明专利技术提供一种光热直接加热生物质制合成气系统，包括：光热气化单元，光热气化单元外围周向环绕分布用于将太阳光反射至所述光热气化单元的镜面阵列，所述光热气化单元外壁设有光热吸收元件窗口，以及光热气化单元内腔设置有集热板以及集热板上的物料分散装置，生物质由光热气化单元进入并经过物料分散装置后下落；自热汽化单元，其与所述光热气化单元连通，经过所述物料分散装置的生物质下落进入自热汽化单元与其内的气化剂反应，生成合成气；其中，所述物料分散装置包括多个三角锥型构件，相邻的三角锥型构件形成空隙以供生物质通过。本发明专利技术利用光热技术产生的能量作为生物质气化所需能量来源，能有效降低能量消耗，提高资源利用率。资源利用率。资源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种光热直接加热生物质制合成气系统


[0001]本专利技术涉及能源利用
，具体而言，涉及一种光热直接加热生物质制合成气系统。

技术介绍

[0002]我国地域广阔、生物质资源丰富，生物质的合理利用能够改善我国能源结构，有效减少对传统化石能源的依赖，实现多能互补。西部地区丰富的太阳能资源和生物质能分布为发展生物质耦合光热制氢提供了基础，生物质耦合光热制氢的基本原理为利用光热技术提供能量促进生物质的气化，进而产生出富氢合成气，为下游工业生产提原料。目前我国的生物质能源利用率很低，造成了太多的能源浪费，如果能妥善处理，不仅能够节约能源，创造效益，还能减少环境污染。
[0003]目前光热技术已在发电领域实现了商业化运营，并取得了不错的效益，例如常规槽式光热发电系统，以及CN201821037848.1提供的一种光热发电装置均涉及太阳能光热发电技术，即利用太阳能收集设备收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的；而光热技术在热化学反应方面的应用还有欠缺，现有的技术还未见工程实施案例。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种光热直接加热生物质制合成气系统，利用光热技术产生的能量作为生物质气化所需能量来源，能有效降低能量消耗，提高资源利用率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种光热直接加热生物质制合成气系统，包括：
[0006]光热气化单元，所述光热气化单元外围周向环绕分布用于将太阳光反射至所述光热气化单元的镜面阵列，所述光热气化单元外壁设有光热吸收元件窗口，以及光热气化单元内腔设置有集热板以及集热板上的物料分散装置，生物质由光热气化单元进入并经过物料分散装置后下落；太阳光通过所述光热吸收元件窗口投射至所述集热板上，以用于加热经过物料分散装置的生物质；
[0007]自热汽化单元，其与所述光热气化单元连通，包括气化剂入口以及合成气出口，经过所述物料分散装置的生物质下落进入自热汽化单元与其内的气化剂反应，生成合成气；
[0008]其中，所述物料分散装置包括分散固定在所述集热板上的多个三角锥型构件，相邻的三角锥型构件形成空隙以供生物质通过；所述集热板的至少一侧与所述光热气化单元内壁连接，并采取与下料方向一致的方向固定于所述光热气化单元内腔，使得生物质经三角锥型构件分散后下落。
[0009]根据本专利技术的系统，在具体的实施方案中，所述光热吸收元件窗口选择为透明耐高温材料，例如透明石英玻璃，所述集热板的材料选择为耐高温材料，例如耐高温陶瓷。
[0010]根据本专利技术的系统，优选地，所述集热板的相对两侧分别固定于光热气化单元内壁。文中所述与下料方向一致可以理解为由上至下的物料下落方向。集热板上布置物料分散装置，太阳光通过光热气化单元外壁的透明石英玻璃投射至带有物料分散装置的集热板上，生物质颗粒进入光热气化单元在下落过程中受到不同部位布置的三角锥型构件影响进而改变下落路径，实现均匀分布。
[0011]根据本专利技术的系统，所述集热板上设置多个点位以固定安放各个三角锥型构件。优选地，一个点位固定设置一个三角锥型构件，相邻点位之间的间隔距离为3
‑
6cm，优选5cm；另外，所述三角锥型构件由两块板状元件连接呈夹角为40
‑
50度组成，优选45度；三角锥型构件的上述参数设置即保证了生物质物料颗粒能够及时下落，又能够防止物料堵塞。
[0012]根据本专利技术的系统，所述生物质的颗粒粒径为30
‑
100μm，例如选自30μm，40μm，50μm，60μm，70μm，80μm，90μm及100μm中的一种或多种粒径；优选40
‑
80μm，更优选50μm。优选的上述粒径的生物质颗粒经上述优选参数设置的三角锥型构件分散后，保证了生物质物料颗粒能够及时下落，最大程度地避免了生物质颗粒在三角锥型构件中的停留。
[0013]根据本专利技术的系统，吸收太阳光的热量后，所述光热气化单元内腔温度可至700℃
‑
900℃，例如800℃；并且可设置生物质颗粒在光热气化单元内的加热时间为5s
‑
10s左右，即其在光热气化单元内的下落时间，可通过设置光热气化单元的高度来控制下落时间。
[0014]根据本专利技术的系统，所述镜面阵列可选择为聚焦型凹槽镜面。
[0015]根据本专利技术的系统，优选地，在所述光热气化单元顶部设置生物质入料口，在具体的实施方案中，可设置螺杆输送机构将生物质颗粒输送至光热气化单元顶部，本领域技术人员知悉，该螺杆输送机构为常规设备，根据需求完成物料的输送，不再赘述。
[0016]根据本专利技术的系统，所述气化剂入口设置在自热汽化单元的底部，优选为气化剂喷射口。
[0017]根据本专利技术的系统，所述合成气出口设置在自热汽化单元的中部，以供产生的合成气排出。
[0018]根据本专利技术的系统，所述自热汽化单元还设置有排渣口，优选在自热汽化单元底部，以供生物质颗粒气化中形成的灰分排出。
[0019]根据本专利技术的系统，所述自热汽化单元为固定床反应器，经光热加热后的生物质颗粒下落与下方喷射的气化剂混合反应，此时为下落床反应，部分未反应的颗粒继续进入自热气化单元底部以固定床模式继续进行反应，最终生成的合成气经合成气出口排出。
[0020]本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：
[0021]本专利技术通过光热气化单元外壁的光热吸收元件窗口接受镜面反射的太阳能量并传递给其内部，生物质颗粒进入光热气化单元内的物料分散装置进行分散并被加热至高温，此时生物质颗粒可与下方进入的气化剂混合反应，进行初步气化，接着，高温生物质颗粒继续下落与自热气化单元中的气化剂反应，产生的热量促进生物质颗粒的继续反应，产生合成气从气化炉溢出，而反应后的颗粒落入气化炉底部，在气化过程中形成灰分排出。
[0022]但是太阳能是一种不稳定的能源，如何保证气化的稳定输出是本专利技术的关键。本专利技术自热气化单元能够保证工况的连续性运行，当镜场能量强度不足时，例如光照不足或夜晚，可通过自热气化单元中气化剂与生物质反应过程中的放热来供能，实现连续运转，保证系统的稳定性。
[0023]而且，生物质颗粒进入光热气化单元在下落过程中受到不同部位布置的三角锥型构件影响进而改变下落路径以及起到缓冲作用，实现了均匀分布进而均匀吸收热量，保证了生物质温度的均一性。
[0024]综上，本专利技术系统可实现太阳能与生物质能的综合高效利用，且具有多种优势：利用光热技术产生的能量可作为生物质气化所需能量来源，能有效降低气化能量消耗，提高资源利用率；且能量来源清洁，减少了生物质气化的能耗；其次是生物质气化炉内温度分布更均衡，无需再次设置换热装置，而常规的气化炉需设置，而正是由于本专利技术中物料分散装置的设置，生物质物料下落过程中受到缓冲，分布较为均匀，可形成类似的均匀反应区域，不会产生高温反应区，因此无需设置换热装置。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热直接加热生物质制合成气系统，其特征在于：包括：光热气化单元，所述光热气化单元外围周向环绕分布用于将太阳光反射至所述光热气化单元的镜面阵列，所述光热气化单元外壁设有光热吸收元件窗口，以及光热气化单元内腔设置有集热板以及集热板上的物料分散装置，生物质由光热气化单元进入并经过物料分散装置后下落；太阳光通过所述光热吸收元件窗口投射至所述集热板上，以用于加热经过物料分散装置的生物质；自热汽化单元，其与所述光热气化单元连通，包括气化剂入口以及合成气出口，经过所述物料分散装置的生物质下落进入自热汽化单元与其内的气化剂反应，生成合成气；其中，所述物料分散装置包括分散固定在所述集热板上的多个三角锥型构件，相邻的三角锥型构件形成空隙以供生物质通过；所述集热板的至少一侧与所述光热气化单元内壁连接，并采取与下料方向一致的方向固定于所述光热气化单元内腔，使得生物质经三角锥型构件分散后下落。2.根据权利要求1所述的光热直接加热生物质制合成气系统，其特征在于：所述光热吸收元件窗口选择为透明耐高温材料，优选透明石英玻璃，所述集热板的材料选择为耐高温材料，优选耐高温陶瓷。3.根据权利要求1或2所述的光热直接加热生物质制合成气系统，其特征在于：所述集热板的相对两侧分别固定于光热气化单元内壁。4.根据权利要求1
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3任一项所述的光热直接加热生物质制合成气系统，其特征在于：所述集热板上设置多个点位以固定安放各个三角锥型构件，优选地，一个点位固定设置一个三角锥型构件，相邻点位之间的间隔距离为3
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6cm；和/或，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋旭东，吕鹏，白永辉，王焦飞，苏暐光，于广锁，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：