[發明專利]一種全天候運行的太陽能氣化反應器

有效

• 申請號: 201810369936.X
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108485717B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 白章;劉啟斌;鞏亮;徐明海;張德新
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C10J3/60
• 分類號: C10J3/60;F24S20/40;F24S23/70;F24S60/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供了一種全天候運行的太陽能氣化反應器，其氣化反應裝置采用一體化分級氣化反應結構，其內部形成有反應腔體和灰渣及燃燒腔體；在太陽能資源充足時段，太陽能氣化反應器工作于太陽能氣化反應模式，太陽能集熱鏡場用于提供反應熱；在反應熱的驅動下反應物在反應腔體中發生氣化反應，灰渣及燃燒腔體用于收集氣化反應的固體灰渣；在無充足太陽能輻射時段，太陽能氣化反應器工作于常規氣化反應模式，空氣與固體灰渣在灰渣及燃燒腔體中燃燒產生高溫燃燒熱，在高溫燃燒熱的驅動下反應物在反應腔體中發生氣化反應，灰渣及燃燒腔體用于收集氣化反應的固體灰渣。

技術領域

本公開涉及高溫太陽能熱化學利用技術領域，尤其是一種全天候運行的太陽能氣化反應器。

背景技術

能源是人類文明與社會經濟發展的重要基礎，化石能源也成為當前社會發展與現代工業的主要能源，隨著人類的不斷開采，化石能源的枯竭己不可避免，而其使用過程中產生的大量溫室氣體和一些有毒有害物質也會威脅全球生態環境與人類健康。人類賴以生存的生態環境己受到嚴重威脅。我國的能源結構以煤炭等化石能源為主，同時石油和天然氣等優質能源仍然嚴重依賴進口。一次能源消耗量由2000年的14.6億噸標準煤增長至2015年43億噸標準煤。2015年，我國的煤炭消費比重高達64％，而水電、風電、核電、天然氣等清潔能源消費量僅占能源消費總量的17.9％。面對當前能源短缺和環境污染等制約我國經濟社會健康發展的瓶頸問題，大力開發利用太陽能、生物質能等可再生能源以逐步替代煤炭等化石能源己經成為我國和世界其他各國促進節能減排和實現能源可持續發展的共同選擇。

太陽能作為一種取之不盡用之不竭的可再生能源，在緩解日益嚴重的環境污染問題和實現能源供應多元化的過程中發揮著重要作用。我國是太陽能資源非常豐富的國家之一，從地理分布上看，西北地區太陽能資源開發潛力最大，占全國總量的35％。根據我國各地區太陽能資源、可開發資源、可利用面積等指標，估算全國符合太陽能集熱發電基本條件的太陽能熱發電可裝機潛力約為1.6×10¹⁰～1.8×10¹⁰kW·h。綜合考慮太陽能集熱發電條件好的地區的水資源條件、電力輸送條件等因素，中國太陽能熱發電理論可開發量約為8×10⁹kW·h。目前，太陽能的發電形式主要包括太陽能熱發電和太陽能光伏發電等，然而，太陽能因能量密度低、不連續性和不穩定性等固有特性導致太陽能熱利用和太陽能熱發電技術的效率偏低。另一方面，太陽能與生物質、煤炭和天然氣等常規能源系統進行整合的利用方法將成為解決上述問題的重要技術手段，這種多能源互補的利用模式現己得到了廣泛關注。通過與成熟的發電技術進行集成，能夠有效地解決太陽能利用溫度和效率較低等問題，同時也能降低太陽能熱利用的技術和經濟風險，另外利用太陽能替代部分常規能源，能夠有效地降低常規能源的使用率，也被作為是減少化石能源消耗的重要技術手段。

太陽能與生物質、煤炭和天然氣等能源的互補形式主要包括熱互補和熱化學互補(即太陽能熱化學)。具體而言，太陽能熱化學是指利用太陽能驅動吸熱型熱化學反應，是實現與其他能源互補的重要技術手段，首先將借助聚光集熱裝置將太陽能轉變為高溫太陽熱能，進而以反應熱的形式驅動吸熱型化學反應，實現以高密度化學能形式收集和存儲太陽能，再通過熱力循環完成熱功轉換或作其他用途。

針對太陽能與生物質的熱化學互補形式，可以利用高溫聚焦的太陽熱能為生物質的氣化熱解反應提供高溫反應熱，并生成富含H₂和CO的高品質合成氣。

由此將間歇性、不連續性太陽能轉化為高品質的燃料化學能，實現了太陽能能量品位提升，另外也實現了太陽能的低成本、高密度化學儲能，以解決當前太陽能熱利用技術所存在的不穩定不連續等技術難題；同時產生的太陽能燃料可實現遠距離輸送，實現太陽能資源的地區性轉移；另外，將太陽能轉化為高品位的太陽能燃料后，可作為燃氣-蒸汽聯合循環等先進作功設備的氣體燃料直接用于燃燒發電，還可作為原料用于合成各種類型液體燃料和化工產品，這對于迎合當前多元化能源消費體系的正常需求有著非常重要的意義。