[發(fā)明專利]太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫吸收反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910023186.1
• 申請(qǐng)日: 2009-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101597025A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭烈錦;陳敬煒;張西民;呂友軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B3/04
• 分類號(hào): C01B3/04;C01B3/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳翠蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用以及生物質(zhì)及有機(jī)廢棄物的潔凈轉(zhuǎn)化利用領(lǐng)域，涉及生物質(zhì)超臨界水氣化制氫技術(shù)，特別涉及一種太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫吸收反應(yīng)器。

背景技術(shù)

隨著化石能源的枯竭，及化石燃料帶來(lái)的日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，開(kāi)發(fā)可再生替代能源已迫在眉睫。氫作為良好的能量載體，被認(rèn)為是未來(lái)連接可再生能源和化學(xué)燃料的橋梁。因此，發(fā)展大規(guī)模制氫技術(shù)成為目前能源界的研究熱點(diǎn)。

生物質(zhì)超臨界水制氫技術(shù)是上世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新興制氫技術(shù)。生物質(zhì)超臨界水制氫技術(shù)的特點(diǎn)是條件溫和，只需600℃左右的溫度，生物質(zhì)即可獲得較高氣化率；反應(yīng)產(chǎn)物幾乎不含焦炭、焦油，過(guò)程無(wú)污染；濕生物質(zhì)不用干燥，可直接處理，節(jié)省了干燥所需的大量成本；生物質(zhì)原料，如農(nóng)業(yè)及工業(yè)廢棄物，城市污水等，經(jīng)過(guò)處理后可得到高熱值的合成氣，其本身也得到了凈化處理。由于其相比傳統(tǒng)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)及新興熱化學(xué)分解水制氫技術(shù)具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，世界各國(guó)學(xué)者對(duì)它進(jìn)行了廣泛而深入的研究。國(guó)外較早開(kāi)展該項(xiàng)工作的是MIT的Modell，他在專利US4113446中開(kāi)創(chuàng)性的在超臨界水環(huán)境中進(jìn)行了各種有機(jī)物的催化氣化和非催化氣化實(shí)驗(yàn)。夏威夷大學(xué)的Antal在專利WO1996030464中提供了一種生?物質(zhì)超臨界水氣化裝置，進(jìn)行了葡萄糖、甘蔗渣、污泥等生物質(zhì)的含碳催化劑的催化氣化，并實(shí)現(xiàn)了部分生物質(zhì)的完全氣化。另外還有學(xué)者利用超臨界水的特點(diǎn)，開(kāi)展很多有意義的工作。如He在專利US20080099377中利用超臨界水進(jìn)行了重油、瀝青等碳?xì)浠衔锏臒o(wú)污染轉(zhuǎn)化利用，Okajima在專利JP2005270768-A中利用堿性催化劑對(duì)造紙廢液和廢紙等進(jìn)行超臨界水高效氣化，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的分離和有害物質(zhì)的去除。在國(guó)內(nèi)，西安交通大學(xué)的動(dòng)力工程多相流國(guó)際重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首先開(kāi)展了生物質(zhì)的超臨界水氣化裝置和理論研究，先后已申請(qǐng)三項(xiàng)專利。其中，專利ZL02114529.6提供了一種小型連續(xù)式生物質(zhì)超臨界水反應(yīng)裝置，并首次采用CMC與生物質(zhì)混合的方法解決了高壓多相連續(xù)混輸問(wèn)題；專利ZL2005?10041633.8提出了煤與生物質(zhì)共氣化的概念，大大提高了煤的超臨界水氣化效率；申請(qǐng)專利CN101058404A采用超臨界水流化床的方法，解決了高濃度生物質(zhì)氣化、反應(yīng)器管壁結(jié)渣的問(wèn)題，提供了超臨界水部分氧化的方法實(shí)現(xiàn)反應(yīng)自熱。

但是，以上所提到各種超臨界水氣化制氫研究?jī)H是停留于實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)的理論研究。制氫技術(shù)的發(fā)展最終目的成為可再生能源與化學(xué)能源的橋梁。因此，利用可再生能源為制氫過(guò)程提供能量勢(shì)必所趨。太陽(yáng)能作為地球上分布最為廣泛的能源，儲(chǔ)量巨大且無(wú)地域限制。利用太陽(yáng)能制氫，即將太陽(yáng)能儲(chǔ)存于化學(xué)能源之中，以解決太陽(yáng)能不連續(xù)、分散、不易儲(chǔ)存的難題，成為制氫領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前，太陽(yáng)能制氫技術(shù)分為太陽(yáng)能光催化/光化學(xué)轉(zhuǎn)化制氫，太陽(yáng)能光生物轉(zhuǎn)化制氫，太陽(yáng)能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制氫。而直接太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱化學(xué)分解水和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制氫被認(rèn)為是在近期內(nèi)最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的制氫技術(shù)。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱化學(xué)分解水和生物質(zhì)制氫方法具有很?多種，如直接分解水，兩步或多步法分解水，甲烷重整制氫等等，而直接太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)超臨界水氣化制氫技術(shù)未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫吸收反應(yīng)器，該吸收反應(yīng)器成功的實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能吸收器與生物質(zhì)超臨界水反應(yīng)器的耦合。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

該吸收反應(yīng)器包括太陽(yáng)能吸收器、蛇形生物質(zhì)超臨界水管流反應(yīng)器、圓錐面太陽(yáng)能二次聚光器、輔助電加熱、鎧裝熱電偶、壁面熱電偶、調(diào)節(jié)螺桿、塔架。圓錐面太陽(yáng)能二次聚光器與太陽(yáng)能吸收器采光口相銜接；太陽(yáng)能吸收器內(nèi)置有蛇形生物質(zhì)超臨界水管流反應(yīng)器；太陽(yáng)能吸收器由塔架支撐，其傾斜角度由調(diào)節(jié)螺桿調(diào)節(jié)；太陽(yáng)能吸收器底部設(shè)有輔助電加熱；蛇形生物質(zhì)超臨界水管流反應(yīng)器內(nèi)的流體溫度由鎧裝熱電偶監(jiān)測(cè)，鎧裝熱電偶分別與蛇形生物質(zhì)超臨界水管流反應(yīng)器連接，反應(yīng)器外壁溫度及太陽(yáng)能吸收器腔體內(nèi)壁溫度由多個(gè)壁面熱電偶監(jiān)測(cè)。

所述的太陽(yáng)能吸收器為方形腔式吸收器，腔體內(nèi)壁由耐火磚砌成，外部包覆保溫材料，其內(nèi)壁表面積與采光口面積比大于30，可做黑體處理；太陽(yáng)能吸收器采光口與圓錐面太陽(yáng)能二次聚光器相銜接；太陽(yáng)能吸收器的傾斜角度與定日鏡自旋軸軸向角度一致，所述傾斜角度可由調(diào)節(jié)螺桿調(diào)節(jié)；太陽(yáng)能吸收器由塔架支撐，其基于塔式聚光系統(tǒng)的特點(diǎn)，決定了其更適合進(jìn)行工業(yè)放大。