[發明專利]基于高溫固體顆粒熱載體的太陽能氣化系統

有效

• 申請號: 202110946021.2
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113698965B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 白章;胡文鑫;劉啟斌;袁宇
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C10J3/66
• 分類號: C10J3/66;C10J3/56;C10B49/22;C01B3/12;F01K11/02;F01K23/10;F01D15/10;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

1.一種基于高溫固體顆粒熱載體的太陽能氣化系統，包括：

太陽能集熱子系統(A)，用于對太陽能進行集熱，并利用收集的熱能加熱固體顆粒熱載體，以將所述熱能存儲于所述固體顆粒熱載體中；

氣化子系統(B)，包括熱解反應器(5)及流化床氣化反應器(8)，其中，所述熱解反應器(5)用于將碳氫固體原料(S1)與所述固體顆粒熱載體混合及傳遞熱能，以驅動發生熱解反應；所述流化床氣化反應器(8)用于將熱解反應的固體產物與所述固體顆粒熱載體混合及傳遞熱能，以驅動發生氣化反應，產生氣化合成氣；

制氫子系統(C)，用于根據所述氣化合成氣包含的熱量產生水蒸汽(S3)；并利用氣化合成氣及所述水蒸汽(S3)進行水氣變換反應以制備氫氣；

發電子系統(D)，用于利用熱解反應的氣體產物中不可凝結可燃氣體和制備氫氣過程中得到的可燃氣體，來驅動燃氣布雷頓循環發電，以及通過燃燒氣化反應排放的可燃固體產物和利用燃氣布雷頓循環的高溫排煙熱量，來驅動蒸汽朗肯循環發電。

2.根據權利要求1所述的基于高溫固體顆粒熱載體的太陽能氣化系統，其中，所述太陽能集熱子系統(A)包括：

定日鏡場(1)、固體顆粒吸收器(2)、高溫顆粒儲罐(3)和低溫顆粒儲罐(4)；

其中，所述定日鏡場(1)用于將太陽能匯聚至所述固體顆粒吸收器(2)；所述低溫顆粒儲罐(4)用于存儲低溫固體顆粒熱載體，并根據需要泵送低溫固體顆粒熱載體至所述固體顆粒吸收器(2)進行加熱以吸收經匯聚的太陽能，得到高溫固體顆粒熱載體；所述高溫顆粒儲罐(3)用于存儲所述高溫固體顆粒熱載體；

在起始階段，所述熱解反應器(5)用于將所述高溫固體顆粒熱載體作為傳熱和儲熱介質，直接與所述碳氫固體原料(S1)混合，實現熱能傳遞以驅動所述熱解反應；所述流化床氣化反應器(8)用于將所述高溫固體顆粒熱載體直接與所述熱解反應的固體產物混合，實現熱能傳遞以驅動所述氣化反應；

在后續反應階段，所述熱解反應器(5)用于將參與氣化反應的高溫固體顆粒熱載體放熱后所排出得到的中溫固體顆粒熱載體與所述碳氫固體原料(S1)混合，實現熱能傳遞以驅動所述熱解反應；所述流化床氣化反應器(8)用于將所述高溫固體顆粒熱載體與所述熱解反應的固體產物混合，實現熱能傳遞以驅動所述氣化反應。

3.根據權利要求2所述的基于高溫固體顆粒熱載體的太陽能氣化系統，其中，所述氣化子系統(B)還包括：

燃燒爐(9)，用于將氣化反應的固體產物進行燃燒，以去除未反應完的碳氫固體原料，并獲得一部分高溫熱能；

旋風分離器(10)，用于從燃燒后的產物中分離出所述中溫固體顆粒熱載體，并將部分中溫固體顆粒熱載體送入所述熱解反應器(5)進行所述熱解反應，另一部分中溫固體顆粒熱載體經回收熱量后送入太陽能集熱子系統(A)，以循環吸收和存儲高溫太陽能。

4.根據權利要求1所述的基于高溫固體顆粒熱載體的太陽能氣化系統，其中，所述氣化子系統(B)還包括：

熱解氣體冷凝器(6)，用于利用冷卻水(S2)將熱解反應產生的氣體產物進行降溫冷凝，以分離出焦油和不凝結可燃氣體(S6)；

焦油儲罐(7)，用于存儲所述焦油；

顆粒回熱器(11)，用于利用來自熱解氣體冷凝器(6)的冷卻水(S2)回收中溫顆粒熱載體的熱量并生產水蒸汽(S3)。

5.根據權利要求1所述的基于高溫固體顆粒熱載體的太陽能氣化系統，其中，所述制氫子系統(C)包括：

一級氣體回熱器(15)，用于利用冷卻水(S2)回收水氣變換反應后的氣體的余熱；

二級氣體回熱器(12)，用于利用經一級氣體回熱器(15)回收熱量后的冷卻水(S2)對所述氣化合成氣進行降溫和氣體顯熱回收，并利用回收的熱量生產所述水蒸汽(S3)；

凈化裝置(13)，用于對降溫后的氣化合成氣進行凈化，脫除所述氣化合成氣中的雜質；

變換反應器(14)，用于利用氣化合成氣及所述水蒸汽進行水氣變換反應；

氣體分離裝置(16)，用于對水氣變換反應后的氣體進行分離，以得到所述氫氣和所述可燃氣體。