CN102460039A - 用于集成的太阳能驱动的化学装置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了处理太阳能变化的集成的太阳能驱动的化学装置的方法、设备和系统。在一些实施方式中，包括生物质颗粒的化学反应物在太阳能驱动的化学反应器中使用驱动化学反应物转化的会聚太阳能转化为包括一氧化碳和氢的合成气。提供该合成气，在甲醇合成装置中将该合成气催化转化为甲醇。根据在太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的量，在甲醇合成装置中的许多甲醇机组在操作状态和闲置状态之间循环。化学反应器的控制系统发送控制信号到甲醇合成装置的控制系统并从甲醇合成装置的控制系统接收反馈。

Description

用于集成的太阳能驱动的化学装置的系统和方法

相关申请

本申请要求2009年10月2日提交的题目为“Various Methods andApparatuses for Sun Driven Processes(太阳能驱动过程的各种方法和设备)”的美国临时专利申请序列号61/248,282和2009年6月9日提交的题目为“VARIOUS METHODS AND APPARATUSES FORSOLAR-THERMAL GASIFICATION OF BIOMASS TO PRODUCESYNTHESIS GAS(太阳热气化生物质以产生合成气的各种方法和设备)”的美国临时专利申请序列号61/185,492的权益。

版权声明

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发明领域

本发明的实施方式一般地涉及化学反应的系统、方法和设备。更具体地，本发明的实施方式的一方面涉及精炼生物质和其他材料的太阳能驱动的系统、方法和设备。

背景技术

最初包括在化学反应中的物质/多个物质通常被称为反应物。化学反应的特征通常在于反应物中的化学变化，然后生成一种或者多种产物。生物质气化是吸热过程。必须向该吸热过程中输入能量以驱动化学反应进行。典型地，这通过部分地氧化(燃烧)生物质本身进行。必须消耗30％和40％之间的生物质以驱动该过程，并且在通常地限制(由于效率的原因)该过程的温度下，转化通常是有限的，产生更加较低的产率。相反地，提出的太阳能驱动的生物精制装置使用外部能量来源(太阳能)以提供反应所需的能量，因此不需要消耗生物质以实现转化。这比先前的技术得到每吨生物质加仑汽油的显著更高的产率。因为用于驱动转化的能量来源是再生性的并且无碳。同样地，通常设计化学反应器以在不变的条件下昼夜不停地操作，而不是在周期性的基础上操作。

发明概述

公开了处理太阳能变化的太阳能驱动的化学装置的方法、设备和系统。一些实施方式包括用于协调集成的太阳能驱动的化学装置的方法。

可在具有多个反应器管的太阳能驱动的化学反应器中使用会聚的太阳能进行化学反应，以驱动化学反应物转化。利用会聚太阳能的热在反应器管中进行吸热化学反应。化学反应包括使用来自会聚的太阳能区域的太阳热能的下列的一种或多种：生物质气化、蒸汽甲烷重整、甲烷裂化、蒸汽乙烷裂化以生产乙烯、或二氧化碳裂解。

在化学合成装置中，供应来自化学反应的产物，用于使来自化学反应的产物催化转化成烃燃料或其他化学品。燃料合成装置的操作取决于在太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的量。

燃料合成装置的控制系统发送控制信号到化学反应器的控制系统并从化学反应器的控制系统接收反馈。化学反应器的控制系统至少指示在太阳能驱动的化学反应器中生成的产物的量。

附图简述

附图参考本发明的实施方式，其中：

图1阐明示例工艺流程的一个实施方式的方框图；

图2阐明示例多管反应器的一个实施方式的图；

图3阐明具有接收器和太阳能会聚区域的示例太阳能塔的一个实施方式的图；

图4阐明代表性生物质材料的颗粒大小分布的一个实施方式的图表；

图5阐明具有气化器管的太阳热接收器的一个实施方式的图；

图6a和6b阐明夹带流生物质供给系统的一个实施方式的方框图；

图7阐明太阳能驱动的化学装置的一个实施方式的图；

图8阐明集成的化学装置的启动顺序；和

图9阐明系统的一个实施方式的流程图；和

图10阐明合成气和甲醇缓冲和再循环过程的一个实施方式的流程图。

虽然本发明可有各种改型和可选形式，但已通过附图中的示例说明了其具体实施方式，并且在本文中详细描述其具体实施方式。应理解本发明不限于公开的具体形式，而是相反地，本发明覆盖落入本发明的精神和范围内的所有的改型、等价物和替代物。

发明详述

在下列描述中，阐明了许多具体细节，诸如特定数据信号的实例、命名的部件、连接、反应器管的数量等等，以便于提供本发明的全面理解。但是，对本领域普通技术人员明显的是不用这些具体细节可以实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的部件或者方法，而是在方框图中描述，以避免不必要地使本发明不清楚。可以进行进一步的具体数字指代，诸如第一反应器管。但是，具体数字指代不应被解释为字面顺序，而是被理解为第一反应器管与第二反应器管不同。因此，阐明的具体细节仅仅是示例性的并且在一个实施方式中的特征可在另一个实施方式中使用。具体细节可以变化，并且仍被认为在本发明的精神和范围内。术语连接被定义为意味着直接连接至部件或者通过另一部件间接地连接至部件。

总的来说，描述了处理太阳能变化的集成的太阳能驱动的化学装置的方法、设备和系统。

存在许多制造该集成的太阳能驱动的化学装置的设计机制。第一设计机制是制造为集成装置建立的储存、缓冲和闲置过程，以消除第一工艺步骤的响应速率与第二工艺步骤的响应速率之间的相互影响。为集成装置建立的储存、缓冲和闲置过程还消除了第一工艺步骤的直接生产速率与第二工艺步骤的供应需求之间的相互影响。第二设计机制是使每个工艺步骤具有单独的控制系统，连同分级控制系统，以基于其他工艺步骤的预期的或反馈的变化，相对于另一工艺步骤的操作协调每个工艺步骤的操作。第三设计机制是构成集成装置的组件的启动顺序和次序。因此，为太阳能驱动的化学装置进行全面系统调节以作为整体工作而不是作为独立的具体组件/工艺步骤操作。

在实施方式中，包括生物质颗粒的化学反应物在太阳能驱动的化学反应器中使用驱动化学反应物转化的会聚太阳能转化成包含一氧化碳和氢的合成气。供应合成气，用于在甲醇合成装置中使合成气催化转化成为甲醇。取决于在太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的量，在甲醇合成装置中，许多甲醇机组在操作状态和闲置状态之间进行循环。化学反应器的控制系统发送控制信号到甲醇合成装置的控制系统并从甲醇合成装置的控制系统接收反馈。与上游太阳能驱动的反应器集成的示例化学合成装置是甲醇合成装置，且也可以集成其他化学合成装置。

图1阐明示例工艺流程的方框图。一些实施方式包括太阳能驱动的生物质气化至液态燃料/电的过程。该过程也可能包括发电，太阳能生成的合成气衍生产物的化学处理、或者生物焦化(bio-char)。在特定的示例实施方式中，所述过程是太阳能驱动的生物质气化至‘绿色’液态燃料的过程。在一个实施方式中，该过程包括下列工艺步骤的一个或者多个。

集成化学装置包括数个工艺步骤，其包括用于制造生物质颗粒的研磨系统100和根据需要运行的其他化学供给准备过程；当太阳能驱动的化学反应器在至少它的最低操作温度时，供应包括生物质颗粒的化学反应物的化学反应物供给系统104；当不使用时收起并且被对准以在至少接近日出时将会聚的太阳能聚焦在太阳能驱动的化学反应器106的太阳能会聚区域过程110。太阳能驱动的化学反应器过程106在停止生产期间保持在或接近操作温度，一天24小时在压缩和闲置之间转换压缩机阶段的压缩机过程114，合成气清洁过程108，中间化学品生成步骤116，比如甲醇合成，和最后阶段化学过程124，比如液态烃燃料生成过程，比如甲醇到汽油。

一些工艺步骤可与其他工艺步骤同时启动，而其他工艺步骤可持续运行并仅从闲置到操作改变状态。

生物质研磨或者致密化、运输和卸载100可以是全部过程的一部分。可通过压实机使生物质包捆压缩并致密化，以通过由加倍压缩实现的致密化有利于现场运输。

研磨系统100通过储存102与夹带流生物质供给系统104连接。传送器携带生物质到研磨系统，其通过机械切割器与一组在其中具有特定尺寸孔的过滤器配合使生物质研磨成颗粒。研磨系统产生的颗粒的平均最小尺寸大小为直径在200微米(um)和2000um之间，以便适合穿过过滤器中的孔，一般在500um和1000um范围之间，且接着颗粒用标准带式传送器或气动传送器装载入供给容器比如闭锁料斗系统。在实施方式中，生物质可以是非食品原料生物质。在其他情况下，也可加工食品原料生物质或两者的结合。

两条或多条供给线供应具有平均最小尺寸大小在50微米(um)和2000um之间的生物质颗粒至化学反应器。夹带气体生物质供给系统用夹带载气移动各种作为颗粒供给的生物质源进入太阳能驱动化学反应器。

太阳能接收器和气化器106可以用于分解生物质。示例生物质气化器设计和操作可以包括太阳能化学反应器和太阳能接收器以生成合成气的成分。控制系统的前馈部分和反馈部分使反应器的操作适应可用太阳能的长期和短期扰动。可使用各种聚太阳能器区域设计以驱动生物质气化器。一些示例系统可包括聚太阳能器、聚焦镜阵列等以驱动生物质气化器110。

可进行焠灭、气体清洁和从生物质气化器除灰108以使产生的合成气可用于下一个工艺步骤。在化学反应器中生成的一些气体可以是废物，然而可以在储存118前压缩114其他气体或者直接输送用于甲醇合成116。然后可以储存120甲醇用于以后的甲醇向汽油转化122。

形成合成气的储存容量和甲醇机组(train)的闲置以消除甲醇合成装置的响应速率与太阳能驱动的化学反应器的响应速率之间的相互影响。为集成的太阳能驱动的化学装置建立的储存容量和闲置过程还消除了在太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的直接生产速率与甲醇合成装置的供应需求之间的相互影响。

在一些实施方式中，可以使用现场的燃料合成反应器，其可在地理上置于与化学反应器相同的地点上，并且集成在一起以从气化反应接收氢和一氧化碳产物。另外，现场的燃料合成反应器具有输入端以接收氢和一氧化碳产物，并且在烃燃料合成过程中利用它们产生液态烃燃料。通过距离通常小于15英里的管道，可以连接现场的燃料合成反应器至装置设施的其他部分。现场的燃料合成反应器可以提供各种反馈参数和其他要求至控制系统。例如，现场的燃料合成反应器可以要求控制系统改变由装置的焠灭和气体清洁部分产生的合成气的H₂与CO比率，并且控制系统会这样做。

在各种实施方式中，合成气可供给另一技术应用。

图2阐明可用于太阳能驱动的系统中的示例多管化学反应器的图。该化学反应器具有多个反应器管202、204、206、208，并且单独的夹带线可用于化学反应器200中气化反应器管202、204、206、208的每一个。

注意，化学反应器是在其中发生化学反应的容器。同样地，化学反应器可以是单个反应器管或一组反应器管。因此，化学反应器可以是具有多个反应器管的单个反应器或者每个是单个反应器管的多反应器，或一些其他类似的组合。进一步，不同的化学反应可以发生在太阳能驱动化学反应器的不同反应器管中。例如，蒸汽甲烷重整可以发生在第一组反应器管中，生物质气化可以发生在组成化学反应器的另一组反应器管中，其至少部分包括在太阳热接收器中。同样地，不同的反应可以同时发生在相同的反应器管中。此外，控制系统可以通过如本文所述的许多机制控制在反应器管中发生的化学反应。例如，控制化学反应物诸如生物质颗粒和载气进入并且经过反应器管的流速，以及流动经过反应器管的每种反应物的浓度。控制系统可以单独地控制每个反应器管，或成组/成套地控制，例如18根管的簇，或整体控制所有的管。反应器管的形状、取向和其他特征可以变化。例如，如本文进一步所描述的，它们可以是圆形、正方形、椭圆形等并以弧形图案或圆形图案等排列。注意，为了对照的目的，多于一个的化学反应器可位于共同塔上，诸如在图3中。该实例显示了至少部分包括在其本身相关联的太阳热接收器中的第一化学反应器、第二化学反应器和第三化学反应器。位于相同的塔上的第一、第二和第三化学反应器可以共享或可不共享共同的控制系统，但是不共享共同的太阳热接收器，并且因此，实际上是每个不同的化学反应器。但是，它们均可以从一些共同的供给容器/闭锁料斗供给，和/或可以共享下游的焠灭和气体清洁系统组件。

设计机制-控制系统

控制系统可在使用与一个或多个远程计算机，比如远程计算机逻辑连接的联网环境中操作。控制系统硬件可以是一个或多个编程逻辑控制器，通过不同的数据通信方案，使用个人计算机、Macintosh、CNC、神经网络、模拟装置，与伴随的为执行各种功能撰写(script)的应用软件和算法，或这些系统的各种组合。

集成装置具有分级控制系统，其在用于与控制信号和反馈信号相互作用的每个单独的处理步骤的控制系统和其他控制系统之间形成。例如，化学反应器的控制系统发送控制信号到1)压缩机的控制系统，2)甲醇合成装置的控制系统，3)传送合成气到储存、到甲醇合成装置或使合成气在气体清洁中循环的路径的控制系统4)聚太阳能器区域的控制系统以及5)其他工艺步骤，并从它们接收反馈。分级控制系统可协调系统中一部分系统的操作与另一工艺步骤。

太阳能驱动的化学反应器和它的多个反应器管的控制系统包括(factor in)在它的用于化学反应器操作的控制算法中的许多参数。该控制系统使各种化学反应中的物质和通过(verse)可利用会聚太阳能驱动各种化学反应所需的能量平衡，同时还保持化学反应器的操作温度在设定范围内，并包括每个吸热反应消耗一定量的可用能量，并且该算法控制进入化学反应器的每种反应物产物的浓度/量以控制进入反应的反应物的摩尔浓度和比率，以便控制离开反应的产物，并且该算法可控制什么化学反应物被供应至所述反应器；并从而控制在多个反应器管中进行什么化学反应。控制系统1)保持温度在足够高温度下，使包括生物质颗粒的化学反应物基本上全部转化为产物气体并在至少1100-1300℃下消除焦油产物至少于200mg/m³和2)保持足够低的温度，使反应器管壁温度小于1600℃以在结构上不削弱壁或者显著地降低接收器效率，并高于短暂的低操作温度800℃。

控制系统可具有前馈和反馈部分，其被配置以处理可用太阳能的预测变化以及可用太阳能的实际测量的随机变化。控制系统可以在生物质供给速率和引向接收器的孔的太阳能能量的量之间平衡气化反应，以保持温度，在该温度下反应器在下述温度操作：1)足够高的温度，以便生物质的高于90％的碳含量转化为包括一氧化碳和氢的产物气体，并清除焦油产物。

控制系统可被配置以使在太阳能驱动的化学反应器中的化学反应类型，比如生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合，与引向包括化学反应器的太阳热接收器的可利用的会聚太阳能的量平衡，以便使太阳化学反应器保持在如此温度，在该温度下化学反应器操作足够高，以维持生成的合成气的H₂和CO比率在期望的2.1到2.8∶1摩尔比率之内，基本上不含焦油，焦油少于200mg/m³，且在生成的合成气中按体积计具有少于7％的CO₂。控制系统使用控制流入管中的蒸气、天然气、生物质颗粒、其他化学反应物和惰性颗粒的量的组合以保持生成的合成气在期望的阀值内。

控制系统可被配置以使利用可用会聚太阳能的生物质颗粒气化反应与另外可变的参数平衡，所述另外的可变参数包括颗粒大小的固定范围、化学反应器的操作温度和颗粒在化学反应器的反应区域中的停留时间，以便总体生物质颗粒转化维持在高于阈值设定值，颗粒的大于90％的碳含量成为包括氢和一氧化碳气体的反应产物，具有小于200mg/Nm³和优选地小于50mg/Nm³的低的焦油产量，其中生物质颗粒在化学反应器的反应区域中的停留时间在0.01和5秒之间范围。

来自控制系统的供给要求信号可通过前馈/反馈模型预测性控制系统与在多个管和接收器腔中足够的表面积、热质和热容的设计配合，以确保在每天快速变化的天气条件期间，反应器腔的温度维持在低于1600℃并高于800℃的操作温度范围内，控制在太阳能驱动的化学反应器中的生物质颗粒的供给速率。前馈模型预测给定日子的每个时间段内以及整年每天可利用的太阳能。反馈部分从包括温度传感器在内的传感器接收动态反馈，且结合传感器反馈和天气预测以维持所得合成气的质量和产量高于导致小于或等于50mg/m³的焦油基本上破坏的阈值设定点，且生物质颗粒的大于90％的碳含量气化为反应产物。在太阳能接收器腔和多个反应器管中设计/制造足够的表面积和热质，作为稳定因素起作用，平衡非常短时间的可利用太阳能的小波动(秒到秒)，以使接收器和反应器具有由于可利用的太阳能的这些瞬变引起的非常低的温度缓慢上升和缓慢下降，从而允许生物质颗粒的供给速率的缓慢上升和缓慢下降也更加缓和。

由于天气事件和每天的昼夜(diurational)影响，太阳能驱动的化学反应器具有周期性的操作而不是持续稳定状态操作。计算机化的控制系统控制包括生物质材料颗粒的化学反应物的供给速率，以良好控制的供给速率进入两个或多个反应器管，并基于通过传感器和预测模型作为向计算机化的控制系统的反馈给出的太阳能可利用性的变化，改变生物质材料的供给速率。控制系统的前馈部分和反馈部分可适应可利用太阳能的长期和短期扰动二者。前馈部分用适合预期周期性变化的预测模型预期由于至少一天中的时间、一年中的日子、短期云、灰尘、烟或其他模糊事件或长期的天气事件引起的太阳能的周期性变化。反馈部分测量包括化学反应器的操作温度在内的实际过程参数，并接着在生物质颗粒的气化反应的平衡中使用这些测量结果。

因此，控制系统可利用不同的模型和/或控制方案，其可根据系统和变量状态自动或手动选择。例如，日射事件扰动可分为3类：1)短期事件，例如0-5小时，通常由经过的云引起，2)中等事件，例如5-14小时，通常由昼夜效应(diurnal effect)引起，和3)长期事件(例如14小时或更长)一般由主要的天气系统引起。

流入每个反应器管的生物质颗粒的量与可利用的太阳能的量的平衡通过控制系统实现，所述控制系统通过控制供给生物质的闭锁料斗的螺杆的旋转速率控制在单个反应器管中的流量，其中通过该闭锁料斗供应的管亚组中的所有管的供给速率同时升高或降低。可选地，计算机化的控制系统可被配置以发送信号通过打开或关闭从供给容器到组成管亚组的反应器管的生物质颗粒的流动，改变参与气化反应的反应器管亚组的数量。

图3阐明具有接收器302和太阳能会聚区域304的示例太阳能塔300的图。太阳能塔300可用于具有夹带流生物质供给系统的太阳能驱动的化学装置中。供给系统通过例如生物质的颗粒大小控制而可以是灵活给料的。

多个太阳热接收器可用于集成系统中。每个太阳热接收器302包括化学反应器306且多个太阳热接收器共享共同的塔。每个接收器302中的化学反应器306从一个或多个太阳能会聚区域304接收会聚的太阳热能，所述一个或多个太阳能聚集区域304包括1)单个镜子、定日镜或太阳能集中盘，2)定日镜阵列，3)两个或多个太阳能-集中盘和4)三者的任意组合。

定日镜可与腔中的一个或多个孔对准。孔大小可适合于例如在一个或多个孔中具有大于500个太阳和优选地大于1000个太阳的高平均浓度的太阳能。

图5图解了具有气化器管502的太阳热接收器500的图。太阳能驱动化学装置包括太阳能驱动的化学反应器502和太阳热接收器500。在一些实施方式中，太阳热接收器500可封装多个反应器管的下行式(downdraft)化学反应器。因此，太阳能驱动的化学反应器可具有多个下行式方位的反应器管。如所讨论，供给系统供给生物质颗粒进入多个反应器管中，在其中生物质颗粒在蒸汽存在的情况下在超过950℃的反应器管的气化反应区域的出口温度下被气化，以从气化反应生成至少氢和一氧化碳的产物。控制系统控制供给系统和会聚太阳能区域，以维持化学反应器的反应器管的温度在稳定状态温度下，该温度一般超过1000℃，高于短暂的800℃的最低温度并低于1600℃的峰值温度。

计算机化的控制系统被配置以从一组传感器接收反馈信号。可利用的太阳能的量可通过化学反应器中一个或多个温度传感器指示，且一个或多个照度计给控制系统的反馈部分提供实际过程参数信息。

一个或多个温度传感器探测化学反应器——比如在入口和出口——的当前操作温度，并将该测量结果供应给控制系统的反馈部分。

供给容器可响应来自计算机化控制系统的供给要求信号。计算机化控制系统基于由用于化学反应器的传感器——包括温度传感器和/或照度计——指示的可利用的太阳能的量，控制在太阳能驱动的化学反应器中生物质颗粒的流速。

另一个传感器，组分分析器，在化学反应器的出口处对两个或多个可能的合成气的流出化学品感测化学组成的变化，所述流出化学品包括氢、一氧化碳、甲烷、焦油成分、二氧化碳、硫化物或其任何组合。组分分析器提供动态信号给控制系统的反馈部分以保持这些组分在期望的范围内。一旦合成气的化学组分比如甲烷、氢、一氧化碳和/或焦油组分的读数高于阀值，控制系统可发送信号以转移气化反应的反应物产物至再循环线，回到化学反应器的入口，以避免损害在集成的太阳能驱动的化学装置工艺下游部分的过滤器、压缩机、催化系统和其他组件。

控制系统可打开和关闭作为另外加热源的电阻加热器，以保持温为所需要的。控制系统发送控制信号到太阳能会聚区域以对准太阳能会聚区域并控制太阳能驱动的化学反应器的温度。控制系统供应控制信号到1)化学反应物供给系统，2)太阳能会聚区域，3)用于闲置时期的补充加热系统，4)甲醇合成装置和5)其他装置工艺，并从它们接收反馈。下列的滞后时间和响应时间都是被在发送控制信号到供给系统、太阳能会聚区域、甲醇合成装置和补充加热系统的控制系统中的控制算法所考虑的因素：1)太阳能会聚区域改变供应的会聚太阳能的对准和量，2)供给系统改变流入反应器管中的生物质的量，3)天气事件改变可利用的太阳能的量的时间，和4)改变合成气组分包括用于甲醇合成的H₂∶CO比率的时间，和5)目前正生成的和预测生成的太阳能生成的合成气的量。

设计接收器腔的形状，以便腔内的平均温度和在一个或多个孔处的太阳能的平均浓度的参数用于控制从腔的可计算的辐射损失。因此，接收器腔的温度是受控的参数，则控制系统主要通过调节穿过反应器管的生物质颗粒的流速控制该参数，所述流速针对预测的前馈可利用的太阳能的量和动态确定反馈可利用的太阳能的量被平衡。

在实施方式中，在生物质颗粒流入的化学反应器中的两个或多个反应器管位于太阳热接收器内。一条或多条供给线给反应器管供应控制在50微米(um)和2000um之间——一般在200微米和1000微米之间的范围——的平均最小尺寸大小的固定颗粒大小范围内的生物质颗粒。更多的生物质类型和大小见图4。

如所讨论的，太阳能驱动的化学反应器具有位于太阳热接收器的腔内的多个反应器管。在那里，在多个反应器管中，发生由辐射热驱动的化学反应。例如，在多个反应器管中，生物质颗粒在蒸汽(H₂O)载气和甲烷(CH₄)存在情况下，使用来自吸收的会聚太阳能的太阳热能，在同时的蒸气重整和蒸汽生物质气化反应中气化，以生产包括氢和一氧化碳气体的反应产物。在化学反应器的多个反应器管中，在管中存在一种或多种下列化学反应物情况下，反应器管气化生物质颗粒：(i)生物质颗粒和蒸汽(ii)生物质颗粒、甲烷和蒸汽(iii)甲烷和蒸汽(SMR)。在相同接收器中的不同反应器管是由操作不同化学反应物的材料构成的。反应器管的内壁由具有良好到优异耐蒸汽性等级的抗腐蚀材料制成。

而且，对于直接生物质气化反应本身，反应器中可能有过量的水。因此，反应器管材料是抗氧化的和耐蒸汽的。反应器的下游可存在一个或多个分离罐(knock out drum)，以从生成的合成气中去除过量的水且由抗腐蚀材料制成的反应器管的内壁具有良好到优异之间的耐蒸汽等级。

注意，在太阳能驱动的化学反应器中的化学反应使用会聚的太阳能驱动化学反应物的转化。在反应器管中进行的使用来自会聚太阳能区域的太阳热能的吸热化学反应可包括下列的一种或多种：生物质气化、蒸汽甲烷重整、甲烷裂化、蒸汽乙烷裂化以生产乙烯或二氧化碳裂解。

在接收器中的一个或多个孔是1)向地球的大气开放或2)用透明窗玻璃(window)覆盖，以使会聚的太阳能通过进入太阳热接收器，射在接收器的多个反应器管和腔壁上，并通过吸收和再辐射、对流以及传导传递能量至化学反应中的反应物，以驱动流入反应器管的吸热气化反应。

可设定腔周围的绝热层足够厚，以控制传导损失小于峰值太阳能输入的2％。接收器外壳上的绝热层在操作期间和关闭期间整夜维持热。可设定绝热层足够厚，以保持在操作期间传导损失小于10％，且包括由陶瓷砖、陶瓷垫、二者的组合中的一种或多种。

设定包括化学反应器的太阳热接收器周围的绝热厚层，以限制通过自所述接收器的腔传导的热损失，连同设定覆盖接收器孔的可移动绝热门，以限制在不操作期间——包括恶劣的天气或者夜间——的辐射、传导和对流引起的离开腔的热损失，以便当没有会聚的太阳能被引向腔孔时，在12小时期间内所述腔内的温度降低少于400℃。绝热层和门保持热能以减小1)停工之后加热接收器和反应器管所需的时间的量，和2)施加给构造的接收器和反应器材料的热冲击和应力。

因此，使用高温度门在长时期的关闭期间机械地覆盖和密封接收器以使热损失最小化并保持接收器腔中的环境。

连接至接收器的外壳的小锅炉或者电阻加热器可被使用以帮助化学反应器的温度控制。熔盐可捕获来自对化学反应器的流出气流焠火的废热，并使用该能量驱动加热器发电或者驱动锅炉产生蒸汽。

太阳热接收器的室包含至反应器管的另外的辐射热物质，其具有耐高温(＞1400℃)储存的材料，该材料吸收会聚的太阳能。在没有阳光的长时间期间、在装置中周期性操作和停转时间期间，辐射热物质用于保持反应器管是热的，以及在正常操作期间当瞬间太阳能通量可能变化时保持反应器中的温度更少瞬变。一个或者多个另外的固定的辐射热结构位于腔内以储存另外的热能。为从接收器的壁、管壁、以及一个或者多个另外的固定的辐射热结构传递热辐射以传递至少足够的热至气溶胶蒸汽中的生物质颗粒，设定接收器的壁、管壁和另外的固定的辐射热结构总体上储存热的量，以便在太阳部分或完全被云遮住时的白天断续期间，气化和转化生物质反应物，使大于90％的生物质颗粒气化成为反应物产物。

图6a和6b阐明了夹带流生物质供给系统600的实施方式的框图。

在生物质供给系统中的一个或多个供给容器供应在太阳能驱动的化学反应器中的两个或多个反应器管。一个示例太阳能驱动化学装置可包括夹带流生物质供给系统600，其包括研磨系统或以其他方式与研磨系统合作。

研磨系统603具有机械切割器，用于研磨生物质成为初级颗粒，该初级颗粒将被供给进入太阳能驱动的化学反应器。研磨系统用标准带式传送器供应具有200微米(um)和2000um之间——一般范围在500um和1000um之间——的平均最小尺寸大小的初级颗粒至闭锁料斗系统604。然后供给生物质颗粒穿过压力边界进入加压的夹带气体以供给进入太阳能驱动的化学反应器。供给容器可以使用螺旋加料器/螺杆加料器或者气锁类型的旋转固体供给/速率计量装置。

闭锁料斗具有一个或多个输出端，其接着供给初级生物质颗粒穿过压力边界进入加压的夹带载气，用于通过一条或多条供给线供给入太阳能驱动的化学反应器(还见图6a和6b)。共同的夹带气线可供给分流器并接着分流至各个反应器管，或者分开的夹带气线的每个供给相应的单个反应器管。夹带气生物质供给系统使用夹带载气(比如天然气、蒸气、空气和/或任何组合)并供应作为颗粒供给的各种原料生物质源进入太阳能驱动的化学反应器。一般地，夹带载气是天然气、蒸气、和/或任何组合。夹带流生物质供给系统具有夹带载气的气体源。

供给容器可以是具有输出端以分配生物质颗粒至反应器管的闭锁料斗旋转供给系统，其考虑平衡供给至各个反应器管。在许多实施中，供给容器可改变化学反应物穿过反应器管的供给速率。控制系统发送信号到包括化学反应物供给系统过程的集成太阳能驱动的化学装置的不同工艺步骤，并同样从许多工艺步骤接收反馈信号。

多个反应器管的控制被分成两个或多个组的管亚组。每个单出口闭锁料斗或多出口闭锁料斗提供并控制分配至一条或多条加压夹带线的生物质颗粒的量，所述加压夹带线供给太阳能驱动的化学反应器的管亚组中的两个或多个反应器管。两个或多个管亚组组成太阳能驱动的化学反应器中的反应器管。

可为在化学反应器中的每个反应器管使用分开的生物质夹带/供给速率计量线，其允许独立的温度控制和平衡流入多管太阳能驱动的化学反应器的每个反应器管的生物质颗粒或其他化学反应物的量。在化学反应器中用于每个单独的反应器管或反应器管的管组的夹带流生物质供给系统的分开的夹带线和计量设备还允许使1)流经供给线到每个反应器管的生物质颗粒或其他化学反应物的量与2)对于在多管太阳能驱动的化学反应器中那个反应器管可利用的太阳能的量平衡。

供给容器可以是具有气锁型供给速率计量设备的闭锁料斗，并基于至散热片的可用会聚太阳能的量对化学反应器和太阳热接收器的供应生物质量的影响，改变供应至两个或多个反应器管的生物质的量，以便在0.01秒到5秒的停留时间中从气化反应以大于90％的生物质转化率生成至少氢和一氧化碳产物。

两个或多个多出口闭锁料斗可用在夹带流生物质供给系统中。每个多出口闭锁料斗通过一个或多个给太阳能驱动的化学反应器供给的加压夹带线以一致体积量的生物质颗粒，使生物质颗粒供给入反应器管亚组。

螺杆可位于闭锁料斗旋转供给系统中。可通过重量测量计量设备和通过控制可以沿着旋转轴移动固定量的生物质的螺杆的旋转速率，控制生物质颗粒的供给速率。计算机化的控制系统基于由包括温度传感器在内的传感器和/或照度计指示的可利用的太阳能的量，发送供给要求信号到螺杆和重量测量计量设备，以控制在太阳能驱动的化学反应器中的单个气化反应器管中的生物质颗粒的供给速率。

在供给系统中的供给容器可被配置以经过提供一致体积供给速率的许多单出口旋转供给设备排出生物质颗粒。每个旋转供给设备供给单独的气体夹带线。每个旋转供给设备的旋转速率被独立控制，且每个旋转供给设备供给单独的反应器管。

流动增强器，包括bulkmatology流动增强器或多孔壁管(porous-walled tube)，在夹带流生物质供给系统中通过除去穿过流动增强器的载气的受控部分，就在反应器管的气化反应区域的入口之前降低载气的速率，控制携带生物质颗粒进入反应器管的气化反应区域的夹带载气的量。在夹带流生物质供给系统中的计算机化的控制系统可被配置以基于可利用的太阳能的量，通过依靠穿过流动增强器添加或者去除载气，控制在每个管中对流动的阻力，平衡流入每个反应器管中的生物质颗粒的量。

图7阐明了太阳能驱动的化学装置800的图。在这样的系统中，来自会聚区域802的太阳能可通过窗玻璃或孔804提供至太阳能加热的反应器室806。焠灭剂808可用于防止逆反应。如图解的，生物质颗粒在810流入系统而合成气流出。另外，可在生物质颗粒和合成气之间发生热交换。

在反应器806中，生物质颗粒可被还原成合成气，其又可在液态燃料合成器808中合成为液态燃料。

将焠火区域放置在反应器管气化反应区域的出口附近。在焠火区域中的一个或多个注射管将由下列至少之一组成的冷却化合物直接注入合成气管和/或携带反应器管的流出物流的歧管：1)低温水(H₂O)、2)具有低温水的甲烷(CH₄)、3)低温甲醇(CH₃OH)和4)各种组合，以同时1)使反应产物的合成气流从至少1000℃迅速冷却至小于400℃和2)提供对实现合成气的合适的H₂和CO比率必需的的化合物，该比率是燃料合成必需的。引起吸热反应的能量来自在反应产物合成气流中包含的热。对于燃料合成必需的合成气组分的合适的H₂和CO比率可以是2∶1到2.8∶1的H₂和CO比率。对于实现合成气组分的合适的H₂和CO比率必需的冷却化合物的化合物——其中该比率是燃料合成必需的——包括由下列组成的组中的一种或多种：：

1)水，被注入与反应产物合成气流混合，以发生放热的水煤气变换反应(CO+H₂O→CO₂+H₂+能量)，用于增加氢而减少一氧化碳，

2)二氧化碳，用天然气供应，用作夹带气和/或在生物质气化反应中生成，并变成反应产物合成气流的一部分，以在发生的吸热水煤气变换逆反应(CO₂+H₂+能量→CO+H₂O)中减少氢而增加一氧化碳，和

3)甲烷和低温水，在驱动吸热甲烷蒸气重整(CH₄+H₂O+能量→3H₂+CO)发生的催化剂存在的情况下，用反应产物合成气流供应并与其混合，用于增加氢相对于一氧化碳的量。

用合适的CO∶H₂比率生成的合成气用过滤器清洁以除去不期望的化学品、灰和其他颗粒。清洁过的合成气供给至甲醇合成装置且生成的过量合成气被输送至合成气储存处。

从来自下列的共同输入，平行操作多个甲醇反应器机组：1)来自太阳能驱动的化学反应器的合成气和2)来自储存罐的合成气或二者的组合。控制系统的燃料合成部分基于从由太阳能驱动的化学反应器生成的合成气的量的反馈，通过可能地使一个或多个甲醇反应器机组闲置，控制多个机组的操作，基于季节的、白天的和天气影响，合成气输出的体积经历显著的变化。因此，由于从太阳能驱动的化学反应器供给入该过程的合成气的可变量，多个甲醇反应器机组是单独可控的，以在闲置状态和操作状态之间循环。

多个甲醇反应器机组可以是物理上分开的平行反应器机组。多个甲醇反应器机组还可以是具有歧管的物理上共同的反应器，从该歧管供给多个实际的(virtual)反应器机组，但是都被封装在共同反应器的壳中。甲醇机组连接有输入端以接收来自上游太阳能驱动的化学反应器的合成气。

下游燃料合成过程必须控制其参数以考虑作为供给产物的太阳能生成合成气的周期性供应。两点。

1)因此，甲醇合成控制系统可在闲置非生产时段期间控制包括甲醇合成装置的化学、温度和压力的参数，以便当太阳能生成的合成气恢复足够数量时甲醇合成装置可迅速恢复生成产物甲醇。

2)同样地，甲醇合成控制系统可在闲置非生产时段期间控制包括甲醇合成装置的化学、温度和压力的参数，以便在装置的寿命内甲醇合成装置的催化活性或生产量几乎没有损失或没有损失。这使得可以保护催化剂，只要合成气和产物甲醇气体保持在一定的温度和压力下，则气体维持气化而不冷凝在催化剂上，延长了催化剂的寿命。

临时闲置的甲醇反应器机组(一个或多个)根据需要用热补充抵消热损失而保持在反应温度或附近。当至少一个其他反应器正在操作时，闲置的反应器在反应温度或压力或附近通常意思是具有操作温度和压力的70％。甲醇反应器机组周围的绝热层保持装置接近反应温度。而且，这一点的示例实施方式是使用从外部锅炉加热的沸腾水(壳和管)反应器。甲醇合成反应是放热的并因此产生热。每个反应器机组的壳可彼此连接，以便从操作的机组除去放热的热压缩流体在闲置机组周围循环以保持闲置机组接近反应温度。而且，来自装置的其他区域比如对从太阳能驱动的化学反应器流出的合成气进行焠火操作的废热可被储存在热盐中或甚至作为蒸汽，用于后面的应用。注意，在太阳能驱动的反应器的操作期间，当天气事件没有遮住太阳时，大量的过量热在从化学反应器中流出的合成气产物中存在并需要迅速冷却/焠火。这在焠火期间捕获的废热可作为蒸汽或热盐储存，并在后来当天气条件引起合成气供应降低时作为热源使用，来自储存的蒸汽或盐的热用于加热闲置的甲醇反应器。

合成反应器可使用已知的生产化学品或液态烃燃料的方法催化重整合成气或甲醇。合成气还可用于驱动燃气轮机。从现场燃料合成反应器产生的液态烃是喷气式发动机燃料、二甲醚(DME)、汽油、柴油、混合醇、甲醇、液体形式的合成天然气、烃化学品和燃料油的一种或多种。与太阳能驱动的化学反应器集成的现场燃料合成反应器使来自定日镜阵列的的会聚太阳能的一部分以液态烃燃料的形式被储存为容易运输并且稳定的化学能源。

在一个实例中，太阳生成的合成气可用于已证实的催化工艺，成为中间产物甲醇，并接着随后通过MTG工艺成为汽油。因此，该装置的最终产物是通过商业沸石MTG工艺从中间甲醇产物生产的汽油。运输质量汽油可由从太阳热过程生成的甲醇生产。

在一实施方式中，化学装置是基于太阳热化学反应器平台转化生物质为汽油的集成的生物精制装置。该集成的生物精制装置进行太阳能热化学生物质气化，成为合成气，随后催化转化合成气为甲醇，接着是甲醇到气体过程，以生产汽油。该过程使用会聚的太阳热能以提供驱动气化过程以及通过使用废热的其他集成过程需要的能量。

图8图解了集成的化学装置的启动顺序。

启动顺序的第三设计机制

组成集成的太阳能驱动的化学装置的工艺步骤和组件的启动顺序和次序可以如下。许多工艺步骤可以平行启动或运行。一些示例顺序如下。

主要的焦点是使太阳能驱动的化学反应器过程8000升高至操作温度以驱动放入化学反应器的各种化学反应物，以便生出具有一定浓度和品质的期望反应产物。因此，在集成的化学装置启动期间，使用来自太阳会聚区域和/或补充热源的热以使化学反应器升高到至少800℃的操作温度，以便来自化学反应器的流出反应物产物具有用于甲醇合成的合适气体组成和品质。

在化学反应器升至操作温度的时间之后，控制系统接着控制下列之一：1)参与反应过程的反应器管的可变的量，2)从供给系统供应入化学反应器的反应器管的生物质颗粒的供给速率，或3)二者，以便控制进入太阳能驱动的化学反应器的物质的流速和化学组成，达到1)可利用的量和2)预测的可利用的会聚太阳能的量以驱动在化学反应器中发生的化学反应同时保持化学反应器的温度在800-1600℃之间。

使用用于太阳热接收器的绝热层、自动门和补充加热以在化学反应器停止合成气反应产物的商业水平生产的时间段期间，比如在日落期间，并在当化学反应器恢复合成气反应产物的商业水平生产之前，比如在日出或接近日出时，试图使位于太阳热接收器中的太阳能驱动的化学反应器温度比周围更高。根据天气和一年中的时间，接近日出一般是在日出的90分钟之内。遮盖物，比如自动门，在反应产物的商业水平生产停止之后，比如在日落或接近日落或在持续的天气事件期间，封盖在孔或其他热损失区域上，并且在准备阶段打开/揭开遮盖物以使太阳能会聚区域瞄准在太阳热接收器的孔。补充热方法，比如电或蒸气加热器，可用于在日出时或接近日出时以及在持续的天气时间期间，升高太阳能驱动的反应器的温度高于大气温度并接近反应器的操作温度。

太阳能会聚区域，比如定日镜8002从闲置/收起位置取出并顺序地瞄准太阳热接收器的孔。在日出之前或大约日出时，打开(unstow)、对准会聚区域、使每个定日镜瞄准接收器并验证定日镜的完整性/操作状态。

日出之前启动夹带气过程8004，以从供给线、反应器管和可能的合成气清洁管净化现有的气体。注意，在一实施方式中，夹带气可以是天然气和/或蒸气，其在启动期间从离开化学反应器的流出物流中再循环且储存的合成气用于流过并净化合成气清洁管。合成气可随着夹带气循环回到反应器的输入端。

当1)太阳能会聚区域对准包括太阳能驱动的化学反应器的太阳热接收器的开口处，和2)太阳能驱动的化学反应器在至少800℃的最低操作温度和优选地大于1000℃时，生物质颗粒的夹带流开始进入化学反应器。

夹带气可净化供给系统、化学反应器和气体清洁系统。获得足够的速率以夹带生物质颗粒不需要长时间。

在启动时工艺可点燃并燃烧从系统出来的气体，直到合成气或其他化产物具有恰当的组成。组分分析器反馈参数，比如CO₂和焦油，具有恰当的组分和浓度。可选地，再循环线可在启动时使流出物气体回到太阳能驱动的反应器的输入端。气体的点燃使要跑掉的启动气体在大气中烧掉。

在化学反应器达到操作温度之后，控制系统控制参与反应过程的管的量或供给系统中生物质颗粒的供给速率，以控制在化学反应物中的物质的流速和化学组成，并控制进入太阳能驱动的化学反应器的可能的惰性颗粒至可利用的量和预测的可利用会聚太阳能的量以驱动反应，并维持温度在操作范围。供应化学反应物进入太阳能驱动的化学反应器的反应器管的数量可单独地控制，或优选地以反应器组/簇控制。

研磨系统和为化学反应在太阳能驱动的化学反应器中进行供应化学反应物的其他过程组件一样，根据需要以及一天至多24小时操作。化学反应物的现场储存量可被设计为全部现场多太阳能驱动的化学反应器以100％的容量操作几天。

从太阳能驱动的化学反应器出来的流出物气体的焠火、气体清洁和除灰过程可在一天24小时闲置或操作状态下操作。如果胺单元或其他过滤组件需要使其温度和压力维持以保护它的过滤介质或系统需要防止它的管线和罐的壁腐蚀，那么系统可使来自储存的合成气穿过清洁系统。

多阶段压缩机过程8006可一天24小时在闲置状态和操作状态之间变化。压缩机在装置的不同阶段设定加压合成气。见图10。位于焠火单元之后的第一压缩机开始压缩以供给合成气流至CO₂和硫提取(remediation)单元，比如胺装置。第二压缩机直接供给合成气至甲醇合成单元并产生甲醇合成需要的压力。控制系统具有第三压缩机，以发送剩余合成气至储存单元。基于储存计划和合成需要，控制系统决定至压缩机组的分配。一般地，压缩机从储存罐再循环合成气作为维持闲置状态但一天24小时准备操作的方式。

而且，在CO₂和硫装置之前的合成气储存单元允许CO₂和硫单元的尺寸/容量明显更小，也可存在考虑在CO₂和硫除去装置之前放置的白天事件。来自合成气储存单元的合成气可再循环经过这些CO₂和硫提取单元，以使在合成气中的硫和CO₂水平到可接受的限度。如所讨论的，可选地，启动气体还可在大气中点燃并燃烧，以使在合成气中的CO∶H₂比率、焦油水平、硫和CO₂水平到可接受的限度。在一实施方式中，合成气储存单元的尺寸适合于以100％峰值输出操作甲醇合成装置1小时而不用接收从太阳能驱动的化学反应器流出的补充合成气。

注意，通过持续操作，来自一些工艺步骤的电启动负荷功率损耗(load power draw)相当小。此外，通过保持接近操作温度和压力可防止催化剂的劣化和装置组件的腐蚀。

控制系统8008控制多个燃料合成机组的操作状态，以确定对于供给入工艺的合成气的可变量，操作多少个平行的机组和以多少百分比的甲醇合成装置生产量能力。甲醇合成控制系统可在甲醇合成装置的周期性操作期间控制化学、温度和压力参数，在装置寿命内，其催化能力或生产量几乎没有损失或没有损失。甲醇合成装置使用1)来自甲醇机组的流出物流的再循环，2)直接来自气体清洁部分的太阳生成的合成气，和3)来自合成气储存的补充合成气以一些产量一天24小时操作。注意，在甲醇装置的启动时，流出物产物气体甲醇可被点燃并燃烧或循环直到产物气体获得恰当的组分。

为作为最终产物或另一种烃燃料比如汽油的中间化合物的甲醇，建造具有大量储存量的甲醇储存罐8100。当以100％的容量操作时，甲醇合成装置比甲醇到气体合成装置具有大得多的容量。由于在罐中建有更大的容量，过量的甲醇被储存为整夜使用，而剩余的甲醇在从接近日出到接近日落的正常时间期间用于供应甲醇到气体的合成装置。当在关闭期间，甲醇到气体的合成装置具有容量以继续从建造的甲醇储存罐中缓冲和储存的甲醇以峰值生产力的减少百分数运行。因此，MTG装置被设计和建造以在一些动态范围内一天24小时操作，其中甲醇液态储存具有足够的容量以操作MTG装置。

对消除工艺步骤之间相互影响的设计机制的另外评述

因此，在集成的太阳能驱动的化学装置比如生物精制装置中，存在两个主要部分，其是1)原料准备和供应、化学反应和接着合成气清洁(“前端”)和2)化学品生产比如燃料合成和化学品的储存(“后端”)，它们通过从化学反应器中化学反应供应太阳能生成产物比如合成气被结合在一起，但是建造了一些操作性消除相互影响组件。如已经讨论的，许多消除相互影响的机械装置已经建造在该集成装置中。

一些实施例包括下列。

与下游合成装置比如甲醇装置的工艺容量相比，从化学反应器以100％能力，形成合成气的过量生成。为过量的合成气构建储存容量，帮助从供应需要单独生成产物。从储存供应合成气和甲醇机组的闲置，以消除甲醇合成装置的响应速率与太阳能驱动的化学反应器的响应速率间的相互影响。为集成的太阳能驱动的化学装置建立的储存容量和闲置过程也消除了在太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的直接生产速率与甲醇合成装置的供应需求之间的相互影响。基于目前的和预测的可利用合成气，甲醇合成装置自由使用储存的合成气和再循环线以保持一个或多个甲醇反应器机组以最大生产量的一些百分数操作而使其他机组闲置。

通过在合成气储存中放入再循环线以当它们闲置时保持合成气流经压缩机，消除压缩机的阶段与直接合成气生成之间的相互影响。

可以消除会聚的太阳区域的操作与以受限功能维持反应器操作之间的相互影响，因为集成装置具有化学反应器的补充加热以在启动时保持反应器接近操作温度，且在接收器上的自动控制门在关闭期间控制自接收器和反应器的热损失。

图9图解了流程图。在步骤900中，可以进行生物质研磨。通常用于研磨生物质的装置包括冲击研磨机(例如锤磨机)、磨碎机和运动分解磨(例如甩刀磨)。锤磨机系统可用于研磨包捆(通过传送器装载)成为初级颗粒。再研磨的颗粒具有500um和1000um之间的平均尺寸，并用标准的带式传送器装载至闭锁料斗系统中。

在步骤902中进行生物质供给。在一些实施方式中，可以使用高压供给。在一些这种系统中，由于使用较小压缩机的能力，生物质固体的高压供给与压力下气化可以减少投资成本。闭锁料斗系统可以在压力下供给反应器过程。例如，供给系统可以在高压下的蒸汽中夹带生物质材料，成功地在旋风器系统中分离颗粒，并且适当地分配流体至反应器管。

在步骤904中发生气化。例如，在一些实施方式中，会聚的太阳热能驱动生物质颗粒的气化，以由气化反应至少生成氢和一氧化碳产物。

在步骤906中发生燃料合成。现场的燃料合成反应器可以从气化反应接收氢和一氧化碳产物并且在烃燃料合成过程中使用氢和一氧化碳产物以产生液态烃燃料。

太阳能驱动的化学装置的一些实施方式包括喷嘴，以给离开化学反应器的产物气体供应水，以在水煤气变换反应中使一些产物一氧化碳变换成另外的氢和二氧化碳气体，使氢和一氧化碳比率适合甲醇合成，比如在合成气中H₂∶CO比率在2.0到2.7的范围内。

在一些情况下，可以使用计算机软件实现本发明的方法和设备。如果以符合公认标准的编程语言书写，可以编辑设计来实施方法的指令顺序，用于在多种硬件平台上执行，并且用于与多种操作系统对接。可以理解，多种编程语言可用于实施本文描述的本发明教导。而且，当执行动作或者产生结果时，以一种形式或者另一形式(例如，程序、步骤、应用程序、驱动程序等等)提及软件在本领域是常见的。这些表达仅仅是通过计算机执行软件引起计算机的处理器完成动作或产生结果的说法的简略表达方式。

控制系统可在使用与一个或多个远程计算机，比如远程计算机逻辑连接的联网环境中操作。远程计算机可以是个人计算机、手持设备、服务器、路由器、网络PC、对等设备或其他普通的网络节点，并典型地包括许多或所有上述与计算机相关的元件。

应理解机器可读介质包括以机器(例如，计算机)可读形式储存或者传送信息的任何机械装置。例如，机器可读介质包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储器；光学存储器；闪存器等。

以代表在计算机存储器中数据位上操作的算法和符号，提供了上面详细描述的一些部分。这些算法描述和表示是在数据处理领域技术人员将他们的工作内容最有效传达给该领域其他技术人员所使用的手段。这里一般认为算法是产生期望结果的有条理的步骤顺序。步骤是需要物理量的物理操作的那些。通常地，尽管不是必须地，这些量采用能够被储存、传递、组合、比较和以其他方式操作的电或磁信号的形式。主要是共同使用的原因，已证明，有时以位、值、要素、符号、字符、项、数字或类似的形式提及这些信号是方便的。这些程序、算法等可以用许多不同的程序设计语言书写。算法还可用软件中的代码线、软件中配置的逻辑门或两者的组合实现。可移植的应用程序和它的安全机构可用任何数量的软件编程语言撰写。除非从上面讨论明显的相反指出，应当理解贯穿说明书、讨论使用术语比如“处理”或“计算(computing)”或“计算(calculating)”或“确定”或“显示”等，指计算机系统或类似电子计算设备的动作或过程，其操作并转换在计算机系统的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据为在计算机系统的存储器和寄存器、或其他这样的信息储存、传送或显示设备中类似表示为物理量的其他数据。

尽管已示出本发明的一些具体实施方式，但本发明不限于这些实施方式。本发明可被理解为不被本文描述的具体实施方式限制，而仅由所附权利要求的范围限制。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.用于集成的化学装置的方法，所述方法包括：

将包括生物质颗粒的化学反应物，在辐射热驱动的化学反应器中，使用驱动所述化学反应物转化的辐射热能，转化为包括一氧化碳和氢的合成气；

供应所述合成气，用于在甲醇合成装置中使所述合成气催化转化为甲醇；

在所述化学反应器的多个反应器管中，在管中存在一种或多种下列化学反应物情况下，使所述生物质颗粒气化：(i)生物质颗粒和蒸汽(ii)生物质颗粒、甲烷和蒸汽(iii)甲烷和蒸汽(SMR)，其中所述反应器管的内壁由具有良好到优异耐蒸汽性等级的抗腐蚀材料制成；

将冷却化合物注入包括离开所述多个反应器管的反应产物的流出物流，以同时1)使所述反应产物中的至少H₂和CO从至少1000℃迅速冷却至小于400℃和2)提供对实现合成气的合适的H₂和CO比率必需的化合物，该比率是燃料合成必需的；和

其中所述化学反应器的控制系统发送控制信号到所述甲醇合成装置的控制系统并从所述甲醇合成装置的控制系统接收反馈。

2.根据权利要求1所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

根据在所述太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的量，使在所述甲醇合成装置中的许多甲醇机组在操作状态和闲置状态之间循环，和其中所述辐射热驱动的化学反应器是太阳能驱动的化学反应器，其被对准以从包括定日镜阵列、太阳能集中盘或这两者的任意组合的一个或多个太阳能会聚区域接收会聚的太阳热能。

3.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

形成所述合成气的储存容量以及所述甲醇机组的闲置，以消除所述甲醇合成装置的响应速率与所述太阳能驱动的化学反应器的响应速率之间的相互影响，并且其中为所述集成的太阳能驱动的化学装置建立的所述储存容量和闲置过程还消除了在所述太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的直接生产速率与所述甲醇合成装置的供应需求之间的相互影响。

4.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

使在所述太阳能驱动的化学反应器中的包括生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合的化学反应类型，与引向包括所述化学反应器的太阳热接收器的可利用的会聚太阳能的量平衡，以便使太阳能化学反应器保持在如此温度，在该温度下所述化学反应器操作足够高，以维持生成的合成气的H₂和CO比率在期望的2.1∶1到2.8∶1摩尔比之内，基本上不含焦油，焦油少于200mg/m³，且在所述生成的合成气中按体积计具有少于15％的CO₂，和

控制流入所述化学反应器的反应器管中的蒸汽、天然气和生物质颗粒的量以保持所述生成的合成气在上面设定的阈值之内。

5.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

在所述集成的化学装置启动期间，使所述化学反应器升高以达到至少800℃的操作温度，以便来自所述化学反应器的流出反应物产物具有用于甲醇合成的合适的气体组成和品质；和

在所述化学反应器升至所述操作温度的时间之后，控制下列之一：1)参与所述反应过程的反应器管的可变的量，2)从供给系统供应入所述化学反应器的反应器管中的生物质颗粒的供给速率，或3)二者，以便控制进入所述太阳能驱动的化学反应器的物质的流速和化学组成，达到1)可利用的量和2)预测的可利用的会聚太阳能的量以驱动在化学反应器中发生的化学反应同时保持所述化学反应器的温度在800-1600℃之间。

6.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

在当所述化学反应器停止合成气反应产物的商业水平生产的时间段期间，并在当所述化学反应器恢复合成气反应产物的商业水平生产之前，使位于太阳热接收器中的所述太阳能驱动的化学反应器保持在比周围更高的温度。

7.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

当1)所述太阳能会聚区域对准包括所述太阳能驱动的化学反应器的所述太阳热接收器的开口处，和2)所述太阳能驱动的化学反应器至少在800℃的最低操作温度和优选地大于1000℃时，使生物质颗粒的夹带流开始进入所述化学反应器。

8.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

为作为最终产物或另一种烃燃料比如汽油的中间化合物的每天的甲醇产物建造具有超大储存容量的甲醇储存罐，当以100％的容量操作时，其中所述甲醇合成装置比甲醇到气体合成装置具有大得多的容量，以及由于在罐中建有更大的容量，过量的甲醇被储存用于整夜使用，而剩余的甲醇在从接近日出到接近日落的正常时间期间用于供应甲醇到气体的合成装置，并当在关闭期间，所述甲醇到气体的合成装置具有容量以继续从建造的甲醇储存罐中缓冲和储存的甲醇以峰值生产力的减少百分数运行。

9.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，其中所述集成的太阳能驱动的化学装置包括数个工艺步骤，包括用于制造生物质颗粒的研磨系统和根据需要运行的其他化学供给准备过程；当所述太阳能驱动的化学反应器在至少它的最低操作温度时，供应包括生物质颗粒的化学反应物的化学反应物供给系统；当不使用时收起并且被对准以在至少接近日出时将所述会聚的太阳能聚焦在所述太阳能驱动的化学反应器的太阳能会聚区域过程，其中所述太阳能驱动的化学反应器过程在停止生产期间保持在或接近操作温度；一天24小时在压缩和闲置之间转换压缩机阶段的压缩机过程；合成气清洁过程；和所述甲醇合成装置。

10.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，其中在相同接收器中的不同反应器管是由操作不同化学反应物的材料构成的，且其中所述化学装置是集成的生物精制装置，其在所述集成的化学装置中进行所述生物质颗粒到汽油的转化，其中来自所述甲醇合成装置的甲醇在甲醇到气体过程中被转化为汽油。

11.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，其中设定包括所述化学反应器的太阳热接收器周围的绝热厚层，以限制通过自所述接收器的腔传导的热损失，连同设定覆盖接收器孔的可移动绝热门，以限制在不操作期间——包括恶劣的天气或者夜间——的辐射、传导和对流引起的离开腔的热损失，以便当没有会聚的太阳能被引向腔孔时，在12小时期间内所述腔内的温度降低少于400℃，其中所述绝热层和门保持热能以减小1)停工之后加热所述接收器和反应器管所需的时间的量，和2)施加给构造的所述接收器和反应器材料的热冲击和应力。

12.根据权利要求1所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

将焠火区域放置在所述化学反应器中反应器管的气化反应区域的出口附近，在那里在所述焠火区域中的一个或多个注射管将由1)低温水(H₂O)、2)具有低温水的甲烷(CH₄)、3)低温甲醇(CH₃OH)和4)各种组合的至少一种组成的该冷却化合物直接注入合成气管和/或携带所述反应器管的流出物流的歧管，以同时1)使反应产物的合成气流从至少1000℃迅速冷却至小于400℃和2)提供对实现合成气的合适的H₂和CO比率必需的化合物，该比率是燃料合成必需的，和其中引起吸热反应的能量来自在反应产物合成气流中包含的热，且对于燃料合成必需的合成气组分的合适的H₂和CO比率是2∶1到2.8∶1的H₂和CO比率。

13.根据权利要求2所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

从供应有合成气的输入端，平行操作多个甲醇反应器机组，所述合成气来自1)所述太阳能驱动的化学反应器或来自2)合成气储存单元，或二者的组合；和

基于从由所述太阳能驱动的化学反应器生成的合成气的量的反馈，通过可能地1)使一个或多个甲醇反应器机组闲置或2)减少一个或多个所述甲醇反应器机组的输出，控制多个机组的操作，基于季节的、白天的和天气影响，合成气输出的体积经历显著的变化，因此，由于从所述太阳能驱动的化学反应器供给入所述过程的合成气的可变量，所述多个甲醇反应器机组是单独可控的，以在闲置状态和操作状态之间循环。

14.根据权利要求13所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

在闲置非生产时段期间控制包括所述甲醇合成装置的化学、温度和压力的参数，以便当太阳能生成的合成气的供应恢复足够量时所述甲醇合成装置可迅速恢复生成产物甲醇；

在闲置非生产时段期间控制包括所述甲醇合成装置的化学、温度和压力的参数，以便在装置的寿命内甲醇合成装置的催化活性或生产量几乎没有额外损失至没有额外损失超过由于催化剂老化和参与所述催化活性所预期的损失；和

供应来自所述太阳能驱动的化学反应器的合成气至下游化学合成过程，其中生成甲醇并接着供应到甲醇到汽油过程。

15.用于集成的化学装置的方法，包括：

研磨生物质成为平均最小尺寸大小在直径在200微米(um)和2000um之间的颗粒，以便适合穿过过滤器中的孔，一般在500um到1000um范围；

经过两条或多条供给线供应具有平均最小尺寸大小在50微米(um)和2000um之间的生物质颗粒至辐射热驱动的化学反应器；

使用夹带载气移动所述生物质颗粒进入所述辐射热驱动的化学反应器；

在具有多个反应器管的辐射热驱动的化学反应器中使用驱动化学反应物转化的辐射热能进行化学反应，其中在反应器管中进行的吸热化学反应包括下列一种或多种：生物质气化、蒸汽甲烷重整和甲烷裂化；和

将冷却化合物注入包括离开所述多个反应器管的反应产物的流出物流，以同时1)使所述反应产物中的至少H₂和CO从至少1000℃迅速冷却至小于400℃和2)提供对实现合成气的合适的H₂和CO比率必需的化合物，该比率是燃料合成必需的。

16.根据权利要求15所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

使用来自会聚太阳能区域的太阳能驱动所述化学反应器中的反应，其中在所述太阳能驱动的化学反应器内，在反应器管中进行的吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合，其中所述多个反应器管的控制被分成两个或多个组的管亚组；

用于所述化学合成装置的控制系统发送控制信号到用于所述化学反应器的控制系统并从所述化学反应器的控制系统接收反馈，且用于所述化学反应器的控制系统至少指示在所述太阳能驱动的化学反应器中生成的产物的量；和

通过控制使生物质颗粒供给到携带所述生物质颗粒到所述反应器管的夹带气的闭锁料斗的螺杆的旋转速率，使流入每个所述反应器管的生物质颗粒的量与可利用的太阳能的量平衡，其中通过该闭锁料斗供应的管亚组中的所有反应器管的供给速率同时升高或降低；

向下游化学合成装置供应来自所述化学反应的产物，所述化学合成装置具有它的操作和闲置参数，所述参数被控制以考虑作为供给产物的来自所述太阳能驱动的化学反应器的太阳生成产物的周期性供应；和

当1)所述太阳会聚区域对准包括所述太阳能驱动的化学反应器的所述太阳热接收器的开口处，和2)所述太阳能驱动的化学反应器至少在800℃的最低操作温度和优选地大于1000℃时，使化学反应物的夹带流开始进入所述化学反应器。

17.根据权利要求15所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

使用来自会聚太阳能区域的太阳能驱动所述化学反应器中的反应，其中在所述太阳能驱动的化学反应器内在反应器管中进行的吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合；和

使在各种化学反应中的物质和通过可利用会聚太阳能驱动各种化学反应所需能量平衡，同时还保持所述化学反应器的操作温度在设定范围内，并包括每个吸热反应消耗一定量的可用能量并控制进入所述化学反应器的每种反应物产物的浓度/量以控制进入反应的反应物的摩尔浓度和比率，以便控制离开反应的产物，并控制什么化学反应物被供应至所述反应器；并从而控制在多个反应器管中进行什么化学反应。

18.根据权利要求15所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

其中在所述太阳能驱动的化学反应器内，在反应器管中进行的吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合；和

使用控制流入管中的蒸气、天然气、生物质颗粒、其他化学反应物和惰性颗粒的量的组合，保持生成的合成气在设定的阀值内。

19.根据权利要求15所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

使用来自会聚太阳能区域的太阳能驱动所述化学反应器中的反应，其中在所述太阳能驱动的化学反应器内，在反应器管中进行的吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合；和

通过前馈/反馈模型预测性控制系统与在多个管和接收器腔中足够的表面积、热质和热容的设计配合，以确保在每天快速变化的天气条件期间，所述反应器腔的温度维持在低于1600℃并高于800℃的操作温度范围内，控制在所述太阳能驱动的化学反应器中的生物质颗粒的供给速率，其中前馈模型基于期望的天气预测在给定日子的每个时间段内的可利用太阳能，其中在太阳能接收器的腔和所述化学反应器的多个反应器管中设计/制造足够的表面积和热质，作为稳定因素起作用，平衡非常短时间的可利用太阳能的小波动(秒到秒)，使接收器和反应器产生由于可利用的太阳能的这些瞬变引起的可忽略的温度缓慢上升和缓慢下降；

分析在所述化学反应器出口处的化学组成以感测一种或多种可能流出化学品的变化，所述可能流出化学品包括氢、一氧化碳、甲烷、焦油组分、二氧化碳、硫化物或其任何组合；和

为所述控制系统的反馈部分提供动态信号以保持上面这些组分在期望的范围内。

20.根据权利要求15所述的用于集成的化学装置的方法，还包括：

使用来自会聚太阳能区域的太阳能驱动所述化学反应器中的反应，其中在太阳能驱动的化学反应器内，在反应器管中进行的所述吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合，和所述燃料合成装置是甲醇合成装置；

向1)化学反应物供给系统，2)太阳能会聚区域，3)用于闲置期间的补充加热系统和4)甲醇合成装置供应控制信号并从它们接收反馈；和

其中下列的滞后时间和响应时间都是被在发送所述控制信号到所述供给系统、所述太阳能会聚区域、所述甲醇合成装置和所述补充加热系统的控制系统中的控制算法所考虑的因素：1)太阳能会聚区域改变供应的会聚太阳能的对准和量，2)供给系统改变流入所述反应器管中的生物质的量，3)对于天气事件改变可利用的太阳能的量的时间，和4)改变合成气组成包括用于甲醇合成的H₂∶CO比率的时间。

Claims (20)

1.用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，所述方法包括：

将包括生物质颗粒的化学反应物，在太阳能驱动的化学反应器中，使用驱动所述化学反应物转化的会聚太阳能，转化为包括一氧化碳和氢的合成气；

供应所述合成气，用于在甲醇合成装置中使所述合成气催化转化为甲醇；

根据在所述太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的量，使在所述甲醇合成装置中的许多甲醇机组在操作状态和闲置状态之间循环；和

其中所述化学反应器的控制系统发送控制信号到所述甲醇合成装置的控制系统并从所述甲醇合成装置的控制系统接收反馈。

2.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，其中所述化学装置是集成的生物精制装置，其在所述集成太阳能驱动的化学装置中进行所述生物质颗粒到汽油的转化，其中来自所述甲醇合成装置的甲醇在甲醇到气体过程中被转化为汽油。

3.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

形成所述合成气的储存容量以及所述甲醇机组的闲置，以消除所述甲醇合成装置的响应速率与所述太阳能驱动的化学反应器的响应速率之间的相互影响，并且其中为所述集成的太阳能驱动的化学装置建立的所述储存容量和闲置过程还消除了在所述太阳能驱动的化学反应器中生成的合成气的直接生产速率与所述甲醇合成装置的供应需求之间的相互影响。

4.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

使在所述太阳能驱动的化学反应器中的包括生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合的化学反应类型，与引向包括所述化学反应器的太阳热接收器的可利用的会聚太阳能的量平衡，以便使太阳能化学反应器保持在如此温度，在该温度下所述化学反应器操作足够高，以维持生成的合成气的H₂和CO比率在期望的2.1∶1到2.8∶1摩尔比之内，基本上不含焦油，焦油少于200mg/m³，且在所述生成的合成气中按体积计具有少于15％的CO₂，和

控制流入所述化学反应器的反应器管中的蒸汽、天然气和生物质颗粒的量以保持所述生成的合成气在上面设定的阈值之内。

5.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

在所述集成的化学装置启动期间，使所述化学反应器升高以达到至少800℃的操作温度，以便来自所述化学反应器的流出反应物产物具有用于甲醇合成的合适的气体组成和品质；和

在所述化学反应器升至所述操作温度的时间之后，控制下列之一：1)参与所述反应过程的反应器管的可变的量，2)从供给系统供应入所述化学反应器的反应器管中的生物质颗粒的供给速率，或3)二者，以便控制进入所述太阳能驱动的化学反应器的物质的流速和化学组成，达到1)可利用的量和2)预测的可利用的会聚太阳能的量以驱动在化学反应器中发生的化学反应同时保持所述化学反应器的温度在800-1600℃之间。

6.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

在当所述化学反应器停止合成气反应产物的商业水平生产的时间段期间，并在当所述化学反应器恢复合成气反应产物的商业水平生产之前，使位于太阳热接收器中的所述太阳能驱动的化学反应器保持在比周围更高的温度。

7.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

当1)所述太阳能会聚区域对准包括所述太阳能驱动的化学反应器的所述太阳热接收器的开口处，和2)所述太阳能驱动的化学反应器至少在800℃的最低操作温度和优选地大于1000℃时，使生物质颗粒的夹带流开始进入所述化学反应器。

8.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

为作为最终产物或另一种烃燃料比如汽油的中间化合物的每天的甲醇产物建造具有超大储存容量的甲醇储存罐，当以100％的容量操作时，其中所述甲醇合成装置比甲醇到气体合成装置具有大得多的容量，以及由于在罐中建有更大的容量，过量的甲醇被储存用于整夜使用，而剩余的甲醇在从接近日出到接近日落的正常时间期间用于供应甲醇到气体的合成装置，并当在关闭期间，所述甲醇到气体的合成装置具有容量以继续从建造的甲醇储存罐中缓冲和储存的甲醇以峰值生产力的减少百分数运行。

9.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，其中所述集成的太阳能驱动的化学装置包括数个工艺步骤，包括用于制造生物质颗粒的研磨系统和根据需要运行的其他化学供给准备过程；当所述太阳能驱动的化学反应器在至少它的最低操作温度时，供应包括生物质颗粒的化学反应物的化学反应物供给系统；当不使用时收起并且被对准以在至少接近日出时将所述会聚的太阳能聚焦在所述太阳能驱动的化学反应器的太阳能会聚区域过程，其中所述太阳能驱动的化学反应器过程在停止生产期间保持在或接近操作温度；一天24小时在压缩和闲置之间转换压缩机阶段的压缩机过程；合成气清洁过程；和所述甲醇合成装置。

10.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

在所述化学反应器的多个反应器管中，在管中存在一种或多种下列化学反应物情况下，使所述生物质颗粒气化：(i)生物质颗粒和蒸汽(ii)生物质颗粒、甲烷和蒸汽(iii)甲烷和蒸汽(SMR)，其中在相同接收器中的不同反应器管是由操作不同化学反应物的材料构成的，且所述反应器管的内壁由具有良好到优异耐蒸汽性等级的抗腐蚀材料制成。

11.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，其中设定包括所述化学反应器的太阳热接收器周围的绝热厚层，以限制通过自所述接收器的腔传导的热损失，连同设定覆盖接收器孔的可移动绝热门，以限制在不操作期间——包括恶劣的天气或者夜间——的辐射、传导和对流引起的离开腔的热损失，以便当没有会聚的太阳能被引向腔孔时，在12小时期间内所述腔内的温度降低少于400℃，其中所述绝热层和门保持热能以减小1)停工之后加热所述接收器和反应器管所需的时间的量，和2)施加给构造的所述接收器和反应器材料的热冲击和应力。

12.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

将焠火区域放置在所述化学反应器中反应器管的气化反应区域的出口附近，在那里在所述焠火区域中的一个或多个注射管将由1)低温水(H₂O)、2)具有低温水的甲烷(CH₄)、3)低温甲醇(CH₃OH)和4)各种组合的至少一种组成的冷却化合物直接注入合成气管和/或携带所述反应器管的流出物流的歧管，以同时1)使反应产物的合成气流从至少1000℃迅速冷却至小于400℃和2)提供对实现合成气的合适的H₂和CO比率必需的化合物，该比率是燃料合成必需的，和其中引起吸热反应的能量来自在反应产物合成气流中包含的热，且对于燃料合成必需的合成气组分的合适的H₂和CO比率是2∶1到2.8∶1的H₂和CO比率。

13.根据权利要求1所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

从供应有合成气的输入端，平行操作多个甲醇反应器机组，所述合成气来自1)所述太阳能驱动的化学反应器或来自2)合成气储存单元，或二者的组合；和

基于从由所述太阳能驱动的化学反应器生成的合成气的量的反馈，通过可能地1)使一个或多个甲醇反应器机组闲置或2)减少一个或多个所述甲醇反应器机组的输出，控制多个机组的操作，基于季节的、白天的和天气影响，合成气输出的体积经历显著的变化，因此，由于从所述太阳能驱动的化学反应器供给入所述过程的合成气的可变量，所述多个甲醇反应器机组是单独可控的，以在闲置状态和操作状态之间循环。

14.根据权利要求13所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

在闲置非生产时段期间控制包括所述甲醇合成装置的化学、温度和压力的参数，以便当太阳能生成的合成气的供应恢复足够量时所述甲醇合成装置可迅速恢复生成产物甲醇；

在闲置非生产时段期间控制包括所述甲醇合成装置的化学、温度和压力的参数，以便在装置的寿命内甲醇合成装置的催化活性或生产量几乎没有额外损失至没有额外损失超过由于催化剂老化和参与所述催化活性所预期的损失；和

供应来自所述太阳能驱动的化学反应器的合成气至下游化学合成过程，其中生成甲醇并接着供应到甲醇到汽油过程。

15.用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，包括：

在具有多个反应器管的太阳能驱动的化学反应器中使用驱动化学反应物转化的会聚的太阳能进行化学反应，其中在反应器管中进行的吸热化学反应包括使用来自会聚太阳能区域的太阳热能进行下列一种或多种：生物质气化、蒸汽甲烷重整和甲烷裂化；

向下游化学合成装置供应来自所述化学反应的产物，所述化学合成装置具有它的操作和闲置参数，所述参数被控制以考虑作为供给产物的来自所述太阳能驱动的化学反应器的太阳生成产物的周期性供应；和

当1)所述太阳会聚区域对准包括所述太阳能驱动的化学反应器的所述太阳热接收器的开口处，和2)所述太阳能驱动的化学反应器至少在800℃的最低操作温度和优选地大于1000℃时，使化学反应物的夹带流开始进入所述化学反应器。

16.根据权利要求15所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

其中在所述太阳能驱动的化学反应器内，在反应器管中进行的吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合，其中所述多个反应器管的控制被分成两个或多个组的管亚组；

用于所述化学合成装置的控制系统发送控制信号到用于所述化学反应器的控制系统并从所述化学反应器的控制系统接收反馈，且用于所述化学反应器的控制系统至少指示在所述太阳能驱动的化学反应器中生成的产物的量；和

通过控制使生物质颗粒供给到携带所述生物质颗粒到所述反应器管的夹带气的闭锁料斗的螺杆的旋转速率，使流入每个所述反应器管的生物质颗粒的量与可利用的太阳能的量平衡，其中通过该闭锁料斗供应的管亚组中的所有反应器管的供给速率同时升高或降低。

17.根据权利要求15所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

其中在所述太阳能驱动的化学反应器内在反应器管中进行的吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合；和

使在各种化学反应中的物质和通过可利用会聚太阳能驱动各种化学反应所需能量平衡，同时还保持所述化学反应器的操作温度在设定范围内，并包括每个吸热反应消耗一定量的可用能量并控制进入所述化学反应器的每种反应物产物的浓度/量以控制进入反应的反应物的摩尔浓度和比率，以便控制离开反应的产物，并控制什么化学反应物被供应至所述反应器；并从而控制在多个反应器管中进行什么化学反应。

18.根据权利要求15所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

其中在所述太阳能驱动的化学反应器内，在反应器管中进行的吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合；和

使用控制流入管中的蒸气、天然气、生物质颗粒、其他化学反应物和惰性颗粒的量的组合，保持生成的合成气在设定的阀值内。

19.根据权利要求15所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

其中在所述太阳能驱动的化学反应器内，在反应器管中进行的吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合；和

通过前馈/反馈模型预测性控制系统与在多个管和接收器腔中足够的表面积、热质和热容的设计配合，以确保在每天快速变化的天气条件期间，所述反应器腔的温度维持在低于1600℃并高于800℃的操作温度范围内，控制在所述太阳能驱动的化学反应器中的生物质颗粒的供给速率，其中前馈模型基于期望的天气预测在给定日子的每个时间段内的可利用太阳能，其中在太阳能接收器的腔和所述化学反应器的多个反应器管中设计/制造足够的表面积和热质，作为稳定因素起作用，平衡非常短时间的可利用太阳能的小波动(秒到秒)，使接收器和反应器产生由于可利用的太阳能的这些瞬变引起的可忽略的温度缓慢上升和缓慢下降；

分析在所述化学反应器出口处的化学组成以感测一种或多种可能流出化学品的变化，所述可能流出化学品包括氢、一氧化碳、甲烷、焦油组分、二氧化碳、硫化物或其任何组合；和

为所述控制系统的反馈部分提供动态信号以保持上面这些组分在期望的范围内。

20.根据权利要求15所述的用于集成的太阳能驱动的化学装置的方法，还包括：

其中在太阳能驱动的化学反应器内，在反应器管中进行的所述吸热化学反应是生物质气化反应、蒸气重整反应、干法重整反应和这些反应的各种组合，和所述燃料合成装置是甲醇合成装置；

向1)化学反应物供给系统，2)太阳能会聚区域，3)用于闲置期间的补充加热系统和4)甲醇合成装置供应控制信号并从它们接收反馈；和

其中下列的滞后时间和响应时间都是被在发送所述控制信号到所述供给系统、所述太阳能会聚区域、所述甲醇合成装置和所述补充加热系统的控制系统中的控制算法所考虑的因素：1)太阳能会聚区域改变供应的会聚太阳能的对准和量，2)供给系统改变流入所述反应器管中的生物质的量，3)对于天气事件改变可利用的太阳能的量的时间，和4)改变合成气组成包括用于甲醇合成的H₂∶CO比率的时间。

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