CN114540054A - 一种聚光太阳能热解生物质的多联产系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚光太阳能热解生物质的多联产系统和方法，涉及聚光太阳能热解生物质技术领域，该多联产系统包括：配料预处理装置、热解反应装置、聚光太阳能集热装置、蓄热装置、催化重整反应装置、余热锅炉、有机朗肯循环系统及控制终端。通过将配料预处理装置、聚光太阳能集热装置、太阳能热解装置、催化重整反应装置、合成气制取系统、甲醇制取系统和有机朗肯循环系统等众多系统耦合，实现了太阳能和生物质能向合成气、甲醇燃料的转化，还实现了余热高效发电；该多联产系统有效利用了各工艺过程中产生的高、中、低温余热，严格遵循“温度对口，梯级利用”的利用原则，避免了能源品位的不匹配、减少不可逆损失、降低了各种余热的浪费。

Description

一种聚光太阳能热解生物质的多联产系统和方法
技术领域
本发明涉及聚光太阳能热解生物质技术领域，特别涉及一种聚光太阳能热解生物质的多联产系统和方法。
背景技术
相关技术中，聚光太阳能热解生物质指的是利用高度集中的太阳辐射作为高温过程热源，在惰性气体氛围中驱动生物质进行热解反应。过程中，热解反应焓变的太阳能被以化学能储存起来，使原料能得到升级。聚光太阳能辐射系统通过使用反射镜或透镜将大面积的太阳光聚焦到小面积的太阳能反应器上，从而产生非常高的热流密度。其中，有两种可能的方式将太阳能热量传递给生物质：直接或间接的。与间接加热相比，利用太阳直接照射可以更快地达到热解温度，效率更高；但不利之处在于无法储热储能，因此采用熔融盐、导热油等传热介质进行间接加热生物质可以更好地克服太阳能间断性的缺点。同时，通过聚光太阳能产生的热解气产物与常规热解气相比具有更高的热值，可作为燃料气用于发电、供热和生产可运输燃料。
现有的聚光太阳能处理生物质的系统中，主要分为两类，一类是主要针对单个装置进行设计和操作，设计原理过于简单和功能过于单一，不能有效利用太阳能和生物质能，对能源利用率和物质的循环使用效率低下；特别是对于太阳能热解装置的结构设计非常少，很难满足目前能源结构调整下对太阳能和生物质能联合开发利用的需求。另一类主要是针对多联产系统和方法的提出，对主要部件的详细结构设计和操作方法鲜有涉及。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种聚光太阳能热解生物质的多联产系统，能够根据温度对口进行梯级利用，从而有效提高生产效率。
本发明还提出一种用于上述聚光太阳能热解生物质的多联产系统调节方法。
本发明的一方面实施例的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，包括：配料预处理装置，包括生物质粉碎机、螺旋给料机及平板式太阳能集热器，所述生物质粉碎机与所述螺旋给料机的输入端连接，所述平板式太阳能集热器用于加热所述螺旋给料机中的物料；热解反应装置，用于热解生物质，所述热解反应装置的入口端与所述螺旋给料机的输出端连接；聚光太阳能集热装置，包括反射镜阵列和复合抛物面聚光器，所述复合抛物面聚光器环绕所述热解反应装置的外周设置，所述反射镜阵列用于把太阳能辐射反射至所述复合抛物面聚光器；蓄热装置，设置有熔融盐，所述蓄热装置与所述热解反应装置连接；催化重整反应装置，所述催化重整反应装置的输入端与所述热解反应装置的输出端连接；飞溅冷凝器所述飞溅冷凝器的输入端与所述热解反应装置的输出端连接；余热锅炉，所述余热锅炉与所述飞溅冷凝器的尾端连接；有机朗肯循环系统，与所述余热锅炉的尾端连接；甲醇生产系统，与所述有机朗肯循环系统连接；控制终端，用于调节所述聚光太阳能热解生物质的多联产系统。
一些实施例中，所述热解反应装置包括储热球、均布在所述储热球周围的多根垂直管、依次连接在所述储热球底部的料渣排污口、熔盐控制阀门及熔盐库，所述储热球内部具有物料腔，所述垂直管的一端与所述蓄热装置连接，所述垂直管的另一端与所述熔盐库连通，所述储热球的侧部与所述垂直管连接，所述熔盐库的熔融盐能够通过所述垂直管从所述储热球的侧部进入到所述物料腔，所述物料腔内的熔融盐能够通过所述熔盐控制阀门进入到所述熔盐库。
一些实施例中，所述储热球呈现为圆球状，所述储热球具有物料进口及气体产物出口，所述物料进口及所述气体产物出口均位于所述储热球的同一水平截面，所述水平截面的圆心均不在所述物料进口方向及所述气体产物出口方向的延长线上，且所述物料进口的方向及所述气体产物出口的方向不在同一直线。
一些实施例中，所述热解反应装置包括热解吊篮，所述热解吊篮设置于所述物料腔的底部，所述热解吊篮用于盛放所述生物质。
一些实施例中，所述热解反应装置包括温度传感器和物料传感器，所述温度传感器和所述物料传感器均安装于所述储热球的顶部，所述物料传感器用于检测所述热解反应装置内的熔融盐和生物质颗粒的粒位高度。
一些实施例中，所述蓄热装置包括第一熔融盐罐和第二熔融盐罐，所述第一熔融盐罐通过管道与所述熔盐库连通，所述第二熔融盐罐与所述垂直管远离所述熔盐库的一端连接，所述第一熔融盐罐的温度小于所述第二熔融盐罐的温度。
一些实施例中，还包括净化除尘器和气液分离器，所述净化除尘器的输入端与所述余热锅炉的输出端连接，所述净化除尘器的输出端与所述气液分离器的输入端连接，所述气液分离器的气体出口端与所述有机朗肯循环系统连接。
一些实施例中，所述催化重整反应装置包括多个绝热式反应器和多个加热炉，所述多个绝热式反应器串联连接，相邻两个所述绝热反应器之间设置有一个所述加热炉。
一些实施例中，所述甲醇生产系统包括甲醇合成器、闪蒸分离器、甲醇精馏器及气体混合器，所述闪蒸分离器的输入端与所述甲醇合成器连接，所述闪蒸分离器的液体出口端与所述甲醇精馏器连接，所述闪蒸分离器的蒸汽出口端和所述甲醇精馏器的气体出口端分别与所述气体混合器连接，所述气体混合器的出口端与所述甲醇合成器连接。
本发明另一方面实施例的聚光太阳能热解生物质的多联产系统调节方法，包括如下步骤：控制终端获取氮气的流量数据、螺旋给料机的转速数据，并获取热解反应装置的温度数据、粒位数据及浓度数据；根据流量大小控制生物质进料量、流量计阀门的开合程度及鼓风机风量；根据流量大小控制输料螺旋转速；根据温度控制反射镜场面积、调节真空泵和熔盐控制阀门大小，以调节熔盐蓄热量；根据粒位数据控制真空泵及控制阀门大小，以控制热解反应装置内熔融盐和物料的储料；根据浓度数据得出CO与H2的浓度比，根据得出的浓度比控制CO罐及H2罐。
本发明实施例的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，至少具有如下有益效果：
1)通过将配料预处理装置、聚光太阳能集热装置、太阳能热解装置、催化重整反应装置、合成气制取系统、甲醇制取系统和有机朗肯循环系统等众多系统耦合，不仅实现了太阳能和生物质能向合成气、甲醇燃料的转化，还实现了余热高效发电，是一套功能完善的多联产集成系统，具有极大的工业应用价值；
2)相比常规工业上的煤或焦炭气化制取合成气以及基于煤气化或利用天然气的合成甲醇系统，该多联产系统仅使用太阳能、生物质能等可再生能源便能制取合成气和合成甲醇，从而大大降低了化石燃料的消耗；同时多联产系统有效利用了各工艺过程中产生的高、中、低温余热，严格遵循“温度对口，梯级利用”的利用原则，避免了能源品位的不匹配、减少不可逆损失、降低了各种余热的浪费，不仅获得了各种化学产品和电能，更多尺度实现了节能减排的目的；
3)借助将部分太阳能转化至合成气和甲醇可实现太阳能的高效存储，同时利用熔融盐间接储热，将日间充足的太阳辐射储存起来供夜间或阴天继续使用，用于克服太阳使用过程中的间断不平衡问题，以延长多联产集成系统的稳定运行时间，可实现全天连续运行；
4)利用高温太阳能作为热源驱动生物质热解和热解气催化重整，一方面能将太阳能和生物质能两种可再生能源充分挖掘和有效结合，扩宽了可再生能源的利用途径，有利于实现我国现阶段亟需的能源结构调整、优化以及能源环境的可持续发展；同时能提高生物质的有效利用率，降低了合成气中CO2和焦油的含量，提高了合成气的产率和热值，也有利于后续合成气制甲醇的高效再利用；
5)生物质原料在热解之前先进行机械粉碎、预热干燥和烘焙等预处理，可以提高生物质原料的热解性能，产生更多的CO、H2和更少的CO2，从而提高热解产物的品质，提高生物质热值和碳转化效率，减低焦炭的产率，得到更优的生物油品质；
6)使用太阳能驱动加热生物质热解，能提高原料的热值、相比于传统燃烧部分生物质原料驱动生物质快速分解过程，聚光太阳能热解技术更加节省生物质原料，同时气体产品不受燃烧副产品的污染，减少了对环境污染物的排放，并无需对纯氧进行高耗能处理；
7)使用熔融盐作为介质间接热解生物质原料而非直接加热，克服了传统太阳能使用的缺陷，提高了原料的热解效率，提高了合成气的产率，达到高效利用太阳能对生物质进行加值转化的目的，并极大降低传统热解所需的能量消耗；
8)本发明设计的多联产系统，系统产物包括生物质油、高品质合成气、高品质甲醇以及电能等。生物质油产品也可根据需求保留或继续通入热解反应装置中消除，以提高系统合成气的产率或甲醇产率；合成气或甲醇的生产也可根据需求量进行调整；
9)有机朗肯循环系统采用有机物作为工质，具有系统简易、操作方便、占地面积小、运行维护费用低、投资回收周期短等优点，同时能够很好的匹配各种中低温余热，使能源利用率达到最大，产生的电能和经济效益更多；
10)系统无需进行变换反应以调整合成气的氢碳比例，降低了系统热能的消耗，并减少了合成气组分的损失。
总体而言，通过本发明所设计的配料预处理装置、聚光太阳能集热装置、太阳能热解装置、催化重整反应装置和构思的技术方案与现有的各类设备和工艺相比，通过对其关键组成模块及其具体设置方式、尤其是对太阳能驱动生物质进行干燥、预热、烘焙、热解、催化重整的一体化的工作方式，熔融盐的循环利用与储能蓄热，高品质合成气、甲醇等产品的生产，以及对不同温位余热的循环发电利用等众多方面进行研究和设计，与现有设备相比，能够有效地将太阳能、生物质能、产品化学能和工业余热能等进行充分利用和有机结合，可显著改善对能量利用率、能量消耗和物质循环利用的优化配置，同时借助于熔融盐强化对生物质物料的传热，不仅更为高效的利用太阳能，而且极大程度地提高了高品质合成气的产量，也即提高了甲醇的产量，因而尤其适合于各类高效利用太阳能对生物质物料进行加值转化等工艺生产。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例的聚光太阳能处理生物质的多联产系统的整体构造示意图；
图2为本发明实施例中配料预处理装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中复合抛物面聚光太阳能热解反应装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中有机朗肯循环系统的结构示意图；
图5为本发明实施例中控制终端调节方案示意图。
所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，其中数字标号指代的名称，字母标号指代的物质。
附图标记：
生物质粉碎机1，螺旋给料机2，平板式太阳能集热器3，碱石灰罐4，热解反应装置5，复合抛物面聚光器6，反射镜阵列7，第一熔融盐罐8，第二熔融盐罐9，催化重整反应装置10，飞溅冷凝器11，余热锅炉12，净化除尘器13，气液分离器14，压缩机组15，有机朗肯循环系统16，甲醇合成器17，闪蒸分离器18，甲醇精馏器19，气体混合器20，甲醇收集罐21，第二流量计31，真空泵32，氮气瓶101，第一流量计102，鼓风机103，料斗104，温度控制装置201，旋转输料管202，输料螺旋203，储热球501，物料进口502，气体产物出口503，熔融盐输送管504，保温材料505，热解吊篮506，物料腔507，温度传感器508，物料传感器509，合成气入口510，料渣排污口511，熔盐控制阀门512，熔盐库513，板式蒸发器161，膨胀机162，发电机163，板式冷凝器164，调节阀165，工质泵166，
生物质a，烘焙后的物料b，小分子气体b’，混合后的物料c，粗合成气d，生物质料渣e，催化重整后的粗合成气f，高温粗合成气g，低温粗合成气g’，冷源端冷却水h，冷源端水蒸气h’，灰分i，除灰后的低温合成气j，高品质合成气k，残留的焦油l，提纯后的合成气m，经过蒸发器降温后的高纯合成气m’，低温工质n，过热蒸汽n’，粗甲醇o，粗甲醇饱和液p，未反应合成气和精馏器的驰放气q，未反应的饱和合成气蒸汽q’，混合后的粗合成气q”，高品质甲醇r，乏汽s，冷凝后的冷凝液s’，空气t，热空气t’。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
参见图1至图4所示，本发明一方面实施例的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，包括配料预处理装置、热解反应装置5、聚光太阳能集热装置、蓄热装置、催化重整反应装置10、飞溅冷凝器11、余热锅炉12、有机朗肯循环系统16及控制终端调节装置。
其中，配料预处理装置包括生物质粉碎机1、螺旋给料机2及平板式太阳能集热器3，生物质粉碎机1与螺旋给料机2的输入端连接，平板式太阳能集热器3用于加热螺旋给料机2；热解反应装置5用于热解生物质a，热解反应装置5的入口端与螺旋给料机2的输出端连接；聚光太阳能集热装置包括反射镜阵列7和复合抛物面聚光器6，复合抛物面聚光器6环绕热解反应装置5的外周设置，反射镜阵列7设置于热解反应装置5的四周，反射镜阵列7用于把太阳能反射至复合抛物面聚光器6；蓄热装置与热解反应装置5连接，蓄热装置设置有熔融盐，用于储热热量；催化重整反应装置10的输入端与热解反应装置5的输出端连接；合成气制取系统包括飞溅冷凝器11和余热锅炉12，飞溅冷凝器11的输入端与热解反应装置5的输出端连接；余热锅炉12与飞溅冷凝器11的尾端连接；有机朗肯循环系统16，与余热锅炉12的尾端连接；甲醇生产系统与有机朗肯循环系统16连接；控制终端调节装置用于调节聚光太阳能热解生物质的多联产系统。
工作时，参见图1所示，生物质a首先通过配料预处理装置进行机械粉碎、干燥、预热、烘焙等预处理操作，得到生物质a颗粒物并输送至热解反应装置5；然后反射镜场阵列及复合抛物面聚光器6等组成聚光太阳能集热装置为生物质a进行热解反应提供热源，同时利用熔融盐蓄热以维持系统全天连续不断运行，并制取得的粗合成气d；合成气可作为化学产品直接输出或者经过甲醇生产系统制取甲醇产品；与此同时，制取合成气及甲醇过程中，所产生的各种温位的余热，能够用作热源驱动有机朗肯循环系统16进行发电，有利于提高能源利用效率。
一些实施例中，参见图2所示，生物质a在配料预处理装置中进行机械粉碎、干燥、预热及烘焙等预处理操作。其中，生物质粉碎机1包括氮气瓶101、第一流量计102、鼓风机103和料斗104，生物质粉碎机1与鼓风机103、第一流量计102和氮气瓶101依次连接，第一流量计102设置于氮气瓶101与鼓风机103之间，用于检测生物质a的输入量。螺旋给料机2包括温度控制装置201、旋转输料管202及输料螺旋203。生物质a可以是木柴、木质废弃物、农业秸秆、牲畜粪便、作物废渣、城市垃圾或水生植物等。工作时，生物质a通过漏斗状的料斗104加入到生物质粉碎机1中进行机械粉碎，生物质a被粉碎后成为小块状或小颗粒，氮气瓶101中的氮气通过鼓风机103进入到生物质粉碎机1中，将生物质a颗粒吹入后续装置中，氮气通入量由第一流量计102检测并控制。
本实施例中，生物质粉碎机1的出口与螺旋给料机2的进口相连，生物质a颗粒(或物料)通过输料螺旋203进入到螺旋给料机2中，输料螺旋203通过电机驱动实现匀速旋转，输料螺旋203通过转动使物料分散排布在螺旋给料机2中。螺旋给料机2的外壳设置成透明状，方便实时观察其内物料的流动状况，以便及时反馈和调整生物质a(或物料)流量和输料螺旋203的转动速度，螺旋给料机2外壳的上方设置有平板式太阳能集热器3，可吸收来自太阳能的辐射热量，螺旋给料机2先将生物质a(物料)进行预热至90℃左右，以脱除生物质a颗粒中含有的外水成分；然后继续升温至200～300℃，达到一定的烘焙干燥效果，进一步去除生物质a中的挥发分(CO2、CO、水蒸气等)，小分子气体b’通过螺旋给料机2顶部的出口流出，出口与碱石灰罐4的入口端相连，利用盛有碱石灰的碱石灰罐4吸收CO2和水蒸气等；碱石灰罐4的出口端与热解反应装置5的进口端相连，经碱石灰罐4净化后的气体(主要为CO)通入热解反应装置5中。螺旋给料机2底部的出口通过管道与热解反应装置5连接。该管道设置有第二流量计31和真空泵32，真空泵32用于提供流通的动力和控制流量的大小。螺旋给料机2底部出口与第二流量计31的入口相连，烘焙后的物料b通过底部出口流出并流入热解反应装置5中。
一些实施例中，参见图3所示，热解反应装置5包括储热球501、均布在储热球501周围的多根垂直管、依次连接在储热球501底部的料渣排污口511、熔盐控制阀门512及熔盐库513，储热球501内部具有物料腔507，垂直管的一端与蓄热装置连接，垂直管的另一端与熔盐库513连通，储热球501的侧部与垂直管连接，熔盐库513的熔融盐能够通过垂直管从储热球501的侧部进入到物料腔507，物料腔507内的熔融盐能够通过熔盐控制阀门512进入到熔盐库513，熔融盐在物料腔507、熔盐库513及垂直管三者间循环。进一步地，蓄热装置包括第一熔融盐罐8和第二熔融盐罐9，第一熔融盐罐通过管道与熔盐库513连通，第二熔融盐罐9与垂直管远离熔盐库513的一端连接，第一熔融盐罐的温度小于第二熔融盐罐9的温度，即第一熔融盐罐8为低温熔融盐罐，第二熔融盐罐9为高温熔融盐罐。
本实施例中，生物质a在热解反应装置5中进行生物质热解反应。热解反应装置5采用复合抛物面聚光太阳能热解反应器，该反应器整体呈圆柱状，主体包括绝缘腔体太阳能反应器和位于腔体腰部四周的复合抛物面聚光器6(图中仅给出两处)，反应器内部主要由一个球形或圆柱形的中央储热球501和一排均匀分布在反应器周围并在两端连接到储热球501的垂直管组成，垂直管优选熔融盐输送管504，用于输送熔融盐。对于熔融盐，优选为三元共晶碳酸盐，进一步优选为按照摩尔比为1：1：1的Li2CO3-Na2CO3-K2CO3的混合盐体系，其熔点约为400℃，具有使用温度范围广、传热性能高、工作压力低、价格便宜等一系列优点。位于复合抛物面聚光器6一侧的垂直管就像一堵吸收墙，能够吸收时刻撞击的太阳能辐射。储热球501和熔融盐输送管504中充满了熔融盐；储热球501作为热解反应的反应室，储热球501的顶部设置有生物质进料口和气体产物出口503。整个储热球501被放置在一个有许多孔的绝缘腔内，让集中的太阳光可以进入。同时，太阳能辐射主要通过环绕布置于热解反应装置5四周的反射镜阵列7聚焦，而后再通过热解反应装置5上的复合抛物面聚光器6投射到热解反应装置5腔体内的熔融盐输送管504上，反射镜阵列7环绕热解反应装置5的四周布置，目的是获取更多的太阳能辐射，以确保聚焦后的太阳能可为热解反应提供持续的驱动力。
由于熔融盐的导热系数相对较低，向存储介质的传热主要是通过流体的自由对流，这是由储热球501中的垂直温差而发展起来的。首先，生物质a在储热球501上部发生的热解反应，热解反应温度为300～800℃，使储热球501上部产生强烈的冷却效应，储热球501上部的熔融盐的质量变重并向下流动，而储热球501底部及被复合抛物面聚光器6加热的熔融盐向上流动。其次，熔融盐输送管504主要由集中的太阳射线照射，其温度明显高于储热球501。靠近热解反应装置5加热壁一侧的热熔融盐通过熔融盐输送管504垂直上升并从储热球501侧部开口进入储热球501的物料腔507，储热球501底部有依次相连的料渣排污口511、熔盐控制阀门512和熔盐库513，热解反应后的料渣通过底部的料渣排污口511及时排出，反应后降温的熔融盐通过熔盐控制阀门512流入熔盐库513中，熔融盐流在熔盐库513、熔融盐输送管504和储热球501之间循环流动。
一些实施例中，储热球501呈现为圆球状，物料进口502及气体产物出口503均位于储热球501的同一水平截面，水平截面的圆心均不在物料进口502的方向及气体产物出口503的方向的延长线上，且物料进口502的方向及气体产物出口503的方向不在同一直线，从而方便熔融盐在流入储热球501内并呈漩涡运动状态，进而形成流化态，将流入的生物质a颗粒较为均匀的冲散在熔融盐中并进行更加充分的热解，以确保充分受热，避免物料堆积于一处，提高了热解反应效率。
一些实施例中，热解反应装置5包括热解吊篮506，热解吊篮506设置于储热球501内，热解吊篮506用于盛放生物质a物料，热解吊篮506用于盛放输入的生物质a物料，防止大粒径生物质a颗粒未经热解反应而直接流入熔盐库513中。
在实施过程中，白天太阳能辐射充足时，热解反应装置5内的一部分高温通过熔融盐储存起来。储热球501中部的熔盐输依次通过真空泵和阀门流入第二熔融盐罐9；当夜晚或者阴天太阳能辐射不足支撑热解反应时，存储在第二熔融盐罐9中的热流通过熔融盐输送管504重新输入到储热球501中；同样地，反应后降温的熔融盐通过低温侧管道流入到第一熔融盐罐8，以此形成融熔盐循环，利用融熔盐储能蓄热，达到热解反应全天持续不间断进行的目的。另外，在第一熔融盐罐8与熔盐库513之间连接有管道(图中未显示)，一方不足时另一方通过管道及时补充，从而及时调整二者的熔盐存储量。
一些实施例中，热解反应装置5包括温度传感器508和物料传感器509，温度传感器508和物料传感器509均安装于储热球501的顶部，物料传感器509用于检测热解反应装置5内的熔融盐和生物质a颗粒的粒位高度。本实施例中，在储热球501顶部安装有温度传感器508和物料传感器509。
在工艺实施过程中，温度传感器508用于实时监测热解反应装置5内温度，温度传感器508与控制终端相连接，控制终端将被设置温度阀值，温度阀值优先为500℃以上。当熔融盐温度低于热解反应的阀值温度时，控制终端将通过增加反射镜阵列7面积来增加太阳能辐射输入或者通过控制终端控制真空泵、阀门来增加熔融盐蓄热时间以保证热解反应连续不间断进行。物料传感器509用于监测反应热解反应器5内熔融盐和生物质a颗粒的料位高度，物料传感器509与控制终端相连接，控制终端将被设置阀值，料位高度优先为占热解反应器5的1/2～3/4。当料位传感器509监测到料位高度不在阀值范围时，控制终端通过控制真空泵、阀门和生物质a颗粒进料量来调节储热球501内熔融盐和物料的储量。
一些实施例中，聚光太阳能热解生物质a的多联产系统包括合成气处理系统，该合成气处理系统包括净化除尘器13和气液分离器14，净化除尘器13的输入端与余热锅炉12的输出端连接，净化除尘器13的输出端与气液分离器14的输入端连接，气液分离器14的气体出口端与有机朗肯循环系统16连接。
生物质a在热解反应装置5内发生热解反应，得到粗合成气d，该粗合成气d在催化重整反应装置10及合成气处理系统中进行催化重整、净化提纯。热解反应后的粗合成气d通过相应的阀门后与催化重整反应装置10相连，催化重整反应器10优选为固定床半再生式轴向反应器，该反应器由3～4个绝热式反应器串联而成，因反应为吸热反应，反应器之间设置有加热炉(图中未画出)，以补偿反应所吸收的热量。加热炉同样采用平板式太阳能集热器3进行加热，加热温度一般为460～530℃；催化重整催化剂的金属组分采用铂-铼双金属，载体为氧化铝，其操作压力一般在1.4～1.8MPa。
通常情况下，由于催重整反应在常压条件下进行，催化剂表面可能会结焦而不利反应持续进行，为了解决催化剂结焦的问题，本实施例除了让重整过程均在氢气循环下进行外，还在催化剂再生方式上开辟半再生途径，即：当催化剂经过一个周期的运转后，活性降低而不能继续使用时，使催化重整反应装置10停止，催化剂就地进行再生。通过催化重整反应，可以有效抑制焦油的产生，同时催化重整的副产物为氢气，可以进一步提升粗合成气中氢气占比。
催化重整反应装置10的出口与飞溅冷凝器11入口连接，催化重整后的粗合成气f的温度范围为500～800℃，粗合成气f进入飞溅冷凝器11被冷凝到400～500℃，冷源端冷却水h与飞溅冷凝器11低温侧入口连接，与高温粗合成气g换热后汽化成水蒸汽h’，水蒸汽h’与飞溅冷凝器11低温侧出口相连。飞溅冷凝器11的产物高温粗合成气g的出口与余热锅炉12高温侧的入口相连，高温粗合成气g经余热锅炉12处理后变成300～400℃的低温粗合成气g’，并被送入净化除尘器13中。冷源端冷却水h与余热锅炉12低温侧入口连接，与热源端气体产物g换热后汽化成水蒸气h’，水蒸汽h’与余热锅炉12低温侧出口相连。余热锅炉12高温一侧的出口与调节阀门相连，调节阀门用于控制合成气流通的流量大小，调节阀门的出口与净化除尘器13的入口连接。
其中，净化除尘器13由两部分组成，分别用于除去低温粗合成气g’中的灰分i和CO2气体，优选为旋风分离器和氢氧化钙溶液(图中未画出)。低温粗合成气g’经净化除尘器13处理后，分离出灰分i和CO2气体，得到更为纯净的低温合成气j，净化除尘器13的出口与气液分离器14的进口相连，气液分离器14用于将净化后的低温合成气j中的气体和液体分离，分离后得到残留到的焦油l和高品质合成气k，高品质合成气k分为三股，其中一股直接作为高品质合成气k产品输出；另一股视下游设备的需求，可用作化工原料的原料气，如生产氨、合成甲醇、进行费托合成或制造氢甲酰化产品等；剩余一股输入热解反应装置5中，用于促进热解反应中粗合成气d的生产。应当指出，此系统得到的高品质合成气k主要用于生产制取高品质甲醇产品。
有机朗肯循环(简称ORC)发电技术在中低温太阳能热发电方面具有巨大的发展潜力和广阔应用前景，被誉为是当前最有效的利用中低温发电技术之一，其本质是根据不同品位的热源选择不同的工质去匹配。工业余热按照温位品质划分，高品位余热为大于900℃，中品位余热为400～900℃，低品位温度为小于400℃，而一般将低于500℃的温位称为中低温，这与本发明的温位设计十分吻合。
本实施例的有机朗肯循环系统16包括依次连接的板式蒸发器161、膨胀机162、发电机163、板式冷凝器164及工质泵166，如图4所示。本实施例中，气液分离器14的一侧出口与压缩机组15入口连接，压缩机组15包括第一压缩机和第二压缩机，经过压缩机组15的多重压缩，便于输送合成气、进行提压以及提纯合成气。压缩机组15的出口与板式换热器进口相连，此板式换热器优选为板式蒸发器161，提纯后的合成气m作为热源端输入到底部的有机朗肯循环系统16当中进行发电。
本申请的多联产系统各工艺实施过程中产生的各温位余热在中低温有机朗肯循环系统16中循环利用、进行发电。此ORC系统采用有机工质R245fa作为循环介质，ORC基本循环流程如下：有机工质R245fa在工质泵166中被绝热加压，低温工质n由经板式蒸发器161入口进入，与提纯后的合成气m热源进行换热，在板式蒸发器161中定压吸热后成为过热蒸汽n’，过热蒸汽n’经蒸发器161出口流出，换热后的过热蒸汽n’温度约为100～150℃，过热蒸汽n’流入膨胀机162，在膨胀机162内绝热膨胀做功同时带动发电机163产生电力，膨胀机162出口与冷凝器进口相连，此处冷凝器优选为板式冷凝器164，做功完的低温低压乏汽s进入板式冷凝器164中定压冷凝，冷却方式选用空冷，故冷却介质为空气，低温空气t由板式冷凝器164冷端进口侧进入，与有机工质R245fa换热后得到热空气t’，由经板式冷凝器164冷端出口侧流出。冷凝后的冷凝液s’从板式冷凝器164出口流出，经过控制阀门165和工质泵166重新流入板式蒸发器161，继续完成循环。
一些实施例中，所述甲醇生产系统包括甲醇合成器17、闪蒸分离器18、甲醇精馏器19及气体混合器20，所述闪蒸分离器18的输入端与所述甲醇合成器17连接，闪蒸分离器18的液体出口端与甲醇精馏器19连接，闪蒸分离器18的蒸汽出口端和所述甲醇精馏器19的气体出口端分别与气体混合器20连接，混合器的出口端与甲醇合成器17连接。
本实施例中，提纯降温后的高纯合成气m’在甲醇生产系统中进行甲醇合成。板式蒸发器161热源端出口与甲醇合成器17进口相连接，经过板式蒸发器161降温后的高纯合成气m’进入甲醇合成器17后，在温度200～300℃、一定的压力和催化剂共同作用下，发生甲醇合成反应，反应式包括：
H2+1/2CO＝1/2CH4O
ΔHr,298K＝-64.07kJ/mol
甲醇合成器17出口与闪蒸分离器18进口相连，合成的粗甲醇o进入闪蒸分离器18，高压的饱和粗甲醇液体p进入比较低压的闪蒸分离器18中后，利用压力的突然降低，使这些饱和液体变成一部分的闪蒸分离器18压力下的饱和蒸汽和饱和液，经闪蒸分离器18进行粗甲醇饱和液p和未反应的饱和合成气蒸汽q’的分离。
闪蒸分离器18出口与甲醇精馏器19进口相连，分离出的粗甲醇饱和液p温度约为40℃，压力约0.4MPa，经由甲醇精馏器19进口输入，通过把甲醇液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，通过多次的气化和冷凝进行提纯，达到甲醇精馏的目的；而分离出的未反应合成气和精馏器的驰放气q经甲醇精馏器19底部的出口输出，与来自闪蒸分离器18底部出口输出的未反应的饱和合成气蒸汽q’合并，一起输入气体混合器20，利用气体质量流量控制器进行配比调整，气体混合器20与控制终端相连接，控制终端将被设置阀值，使氢气与一氧化碳的浓度达到2:1，当比例浓度低于阀值时，控制终端自动控制相应的调整系统进行补充，优选的调整方法是利用水煤气变换反应，以降低一氧化碳，提高氢气的含量。气体混合器20的出口与控制阀门连接，混合后的粗合成气q”送至甲醇合成器17进行重新合成，达到进一步提高甲醇产量和避免合成气浪费的目的。甲醇精馏器19的出口与甲醇收集罐21入口相连，用于将精馏后的高品质甲醇r存放收集，精馏后的高品质甲醇r直接作为化工产品输出。
参见图5，本发明另一方面实施例的聚光太阳能热解生物质的多联产系统调节方法，包括如下步骤：控制终端获取氮气的流量数据、螺旋给料机2的转速数据，并获取热解反应装置5的温度数据、粒位数据及浓度数据；根据流量大小控制生物质a进料量、流量计阀门的开合程度及鼓风机103风量；根据流量大小控制输料螺旋203转速；根据温度控制反射镜场面积、调节真空泵和控制阀门大小，以调节熔盐蓄热量；根据粒位数据控制真空泵及控制阀门大小，以控制热解反应装置5内熔融盐和物料的储料；根据浓度数据得出CO与H2的浓度比，根据得出的浓度比控制CO罐及H2罐。
本实施例中，控制终端主要包括五种控制指标，分别为流量控制、转速控制、温度控制、料位控制和浓度控制。通过系统中一系列传感器、控制器等监测装置，实时在线监测多联产系统中五种数据指标的运行和变化，并与控制终端相连接，控制终端的各种控制指标均设置有对应阀值，当某种指标数据超出阀值设定时，相应指标的控制系统及时得到反馈并作出系统调整操作，通过一系列的监测-反馈-调整等操作，可以达到稳定系统运行、提高系统运行效率的目的。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，包括：
配料预处理装置，包括生物质粉碎机、螺旋给料机及平板式太阳能集热器，所述生物质粉碎机与所述螺旋给料机的输入端连接，所述平板式太阳能集热器用于加热所述螺旋给料机中的物料；
热解反应装置，用于热解生物质，所述热解反应装置的入口端与所述螺旋给料机的输出端连接；
聚光太阳能集热装置，包括反射镜阵列和复合抛物面聚光器，所述复合抛物面聚光器环绕所述热解反应装置的外周设置，所述反射镜阵列用于把太阳能辐射反射至所述复合抛物面聚光器；
蓄热装置，设置有熔融盐，所述蓄热装置与所述热解反应装置连接；
催化重整反应装置，所述催化重整反应装置的输入端与所述热解反应装置的输出端连接；
飞溅冷凝器，所述飞溅冷凝器的输入端与所述热解反应装置的输出端连接；
余热锅炉，所述余热锅炉与所述飞溅冷凝器的尾端连接；
有机朗肯循环系统，与所述余热锅炉的尾端连接；
甲醇生产系统，与所述有机朗肯循环系统连接；
控制终端，用于调节所述聚光太阳能热解生物质的多联产系统。
2.根据权利要求1所述的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，所述热解反应装置包括储热球、均布在所述储热球周围的多根垂直管、依次连接在所述储热球底部的料渣排污口、熔盐控制阀门及熔盐库，所述储热球内部具有物料腔，所述垂直管的一端与所述熔盐库连通，所述储热球的侧部与所述垂直管连接，所述熔盐库的熔融盐能够通过所述垂直管从所述储热球的侧部进入到所述物料腔，所述物料腔内的熔融盐能够通过所述熔盐控制阀门进入到所述熔盐库。
3.根据权利要求2所述的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，所述储热球呈现为圆球状，所述储热球具有物料进口及气体产物出口，所述物料进口及所述气体产物出口均位于所述储热球的同一水平截面，所述水平截面的圆心均不在所述物料进口方向及所述气体产物出口方向的延长线上，且所述物料进口的方向及所述气体产物出口的方向不在同一直线。
4.根据权利要求2或3所述的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，所述热解反应装置包括热解吊篮，所述热解吊篮设置于所述物料腔的底部，所述热解吊篮用于盛放所述生物质。
5.根据权利要求4所述的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，所述热解反应装置包括温度传感器和物料传感器，所述温度传感器和所述物料传感器均安装于所述储热球的顶部，所述物料传感器用于检测所述热解反应装置内的熔融盐和生物质颗粒的粒位高度。
6.根据权利要求2所述的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，所述蓄热装置包括第一熔融盐罐和第二熔融盐罐，所述第一熔融盐罐通过管道与所述熔盐库连通，所述第二熔融盐罐与所述储热球连接，所述第一熔融盐罐的温度小于所述第二熔融盐罐的温度。
7.根据权利要求1所述的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，还包括净化除尘器和气液分离器，所述净化除尘器的输入端与所述余热锅炉的输出端连接，所述净化除尘器的输出端与所述气液分离器的输入端连接，所述气液分离器的气体出口端与所述有机朗肯循环系统连接。
8.根据权利要求1所述的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，所述催化重整反应装置包括多个绝热式反应器和多个加热炉，所述多个绝热式反应器串联连接，相邻两个所述绝热反应器之间设置有一个所述加热炉。
9.根据权利要求1所述的聚光太阳能热解生物质的多联产系统，其特征在于，所述甲醇生产系统包括甲醇合成器、闪蒸分离器、甲醇精馏器及气体混合器，所述闪蒸分离器的输入端与所述甲醇合成器连接，所述闪蒸分离器的液体出口端与所述甲醇精馏器连接，所述闪蒸分离器的蒸汽出口端和所述甲醇精馏器的气体出口端分别与所述气体混合器连接，所述气体混合器的出口端与所述甲醇合成器连接。
10.一种聚光太阳能热解生物质的多联产系统调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制终端获取氮气的流量数据、螺旋给料机的转速数据，并获取热解反应装置的温度数据、粒位数据及浓度数据；
根据流量大小控制生物质进料量、流量计阀门的开合程度及鼓风机风量；
根据流量大小控制输料螺旋转速；
根据温度控制反射镜场面积、调节真空泵和熔盐控制阀门大小，以调节熔盐蓄热量；
根据粒位数据控制真空泵及熔盐控制阀门大小，以控制热解反应装置内熔融盐和物料的储料；
根据浓度数据得出CO与H2的浓度比，根据得出的浓度比控制CO罐及H2罐。
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