專利名稱：：聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)以及生物質(zhì)及有機(jī)廢棄物的潔凈轉(zhuǎn)化利用領(lǐng)域，特別涉及一種聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
：當(dāng)今化石能源供應(yīng)形勢(shì)日益嚴(yán)重，化石能源的利用迫使生態(tài)環(huán)境不斷惡化，開發(fā)和利用可再生能源已成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展的必由之路。太陽能資源清潔、無污染且儲(chǔ)量巨大，但是具有分散性、不穩(wěn)定、不連續(xù)的特點(diǎn)。將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能源可以解決太陽能儲(chǔ)存、運(yùn)輸、受時(shí)空限制的難題。氫能作為一種清潔的能源，被認(rèn)為是最理想的化石能源與可再生能源的連接橋梁。開發(fā)高效、低成本的太陽能制氫技術(shù)己成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。目前國(guó)際上存在熱化學(xué)、光化學(xué)和光生物等多種太陽能制氫方法，而利用熱化學(xué)方法分解水和生物質(zhì)制取氫氣是目前最具工業(yè)化前景的技術(shù)。太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制氫方法分為幾種。1、太陽能直接分解水制氫。但是水的直接分解需要2500K以上的高溫，其在高溫反應(yīng)器材料的選取、太陽能聚集裝置高溫的獲取、產(chǎn)物的分離上存在諸多困難。2、熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫。自從上世紀(jì)六十年代，F(xiàn)unk等人提出了熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫的方法以后，GA提出了碘硫(IS)循環(huán)，東京大學(xué)提出了UT-3循環(huán)等。目前比較熱門的是利用金屬氧化物氧化還原反應(yīng)的兩步法分解水制氫方法，如關(guān)于鐵氧化物兩步循環(huán)法的專利(JP54009189-A)。兩步法依然存在對(duì)反應(yīng)器材料的要求高，成本高，效率低的問題。3、太陽能化石燃料脫碳制氫。其主要是利用甲烷和碳?xì)浠衔镒鳛樵希话阋?500K的高溫，系統(tǒng)效率較低，對(duì)聚光系統(tǒng)要求高。4、太陽能化石燃料蒸汽重整制氫。需要對(duì)化石燃料進(jìn)行預(yù)處理，產(chǎn)物成分也比較復(fù)雜，需要凈化、提純處理，如Steinfdd等人關(guān)于重油和石油焦碳的專利(EP1520901-A1)。本發(fā)明采用的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫技術(shù)是近幾年來發(fā)展起來、最具商業(yè)前景的生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期從事超臨界水氣化技術(shù)研究，在專利ZL02114529.6中解決了生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料的高壓多相連續(xù)混輸問題，專利20071001769L6解決了管流反應(yīng)器的結(jié)渣堵塞等關(guān)鍵技術(shù)問題。該技術(shù)利用水在臨界點(diǎn)附近的特殊性質(zhì)，氣化率高、流程簡(jiǎn)單、只需60(TC左右的溫度就可使生物質(zhì)高效氣化，生物質(zhì)無需干燥，成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的傳統(tǒng)熱氣化方法。將生物質(zhì)超臨界水氣化制氫技術(shù)與太陽能利用技術(shù)相結(jié)合，就使高效、低成本的利用太陽能成為可能。經(jīng)查文獻(xiàn)，未見關(guān)于聚焦太陽能供熱與生物質(zhì)超臨界水氣化耦合制氫系統(tǒng)與方法的相關(guān)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供了一種聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有高效、低成本利用太陽能制取氫能的功能，具有規(guī)?；I(yè)應(yīng)用的良好前景。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫方法，直接利用聚焦太陽能為生物質(zhì)超臨界水氣化制氫反應(yīng)供熱，整個(gè)能量轉(zhuǎn)化過程清潔無污染，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的可持續(xù)利用。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是生物質(zhì)超臨界水氣化與自旋-俯仰輪胎面定日鏡聚焦太陽能供熱耦合制氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氮?dú)馄?、?chǔ)料罐、加料器、太陽能吸收反應(yīng)器、換熱器、冷卻器、過濾器、背壓閥、氣液分離器、濕式氣體流量計(jì)、安全閥、第一質(zhì)量流量計(jì)、第二質(zhì)量流量計(jì)、第一高壓柱塞泵、第二高壓柱塞泵、水箱、自旋俯仰輪胎面定日鏡、圓錐面二次聚光器以及若干截止閥、壓力、溫度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。加料器有兩個(gè)入口端，一個(gè)入口端通過第一質(zhì)量流量計(jì)與第一高壓柱塞泵的出口端連通，另一個(gè)入口端與儲(chǔ)料罐出口端連通，所述儲(chǔ)料罐設(shè)置一個(gè)氣體入口端和一個(gè)物料入口端；太陽能吸收反應(yīng)器的采光口與圓錐面太陽能二次聚光器相連接；自旋俯仰輪胎面定日鏡將太陽光聚集于圓錐面太陽能二次聚光器，再由其將太陽光二次聚焦于太陽能吸收反應(yīng)器腔體內(nèi)；太陽能吸收反應(yīng)器腔體內(nèi)設(shè)置有蛇形管流反應(yīng)器，其有兩個(gè)入口端和一個(gè)出口端，其中一個(gè)入口端與加料器出口端連通；換熱器有兩個(gè)入口端和兩個(gè)出口端，太陽能吸收反應(yīng)器出口端與換熱器一個(gè)入口端連通，換熱器的另一入口端與第二高壓柱塞泵出口端連通；換熱器的一個(gè)出口端與蛇形管流反應(yīng)器的一個(gè)入口端連通，換熱器的另一出口端與冷卻器入口端連通；冷卻器出口端與背壓閥的入口端連通；背壓閥的出口端與氣液分離器入口端連通；氣液分離器出口端與濕式氣體流量計(jì)連通；第一高壓柱塞泵與第二高壓柱塞泵之間連接水箱。該耦合制氫系統(tǒng)采用的太陽能聚光方式為自旋-俯仰輪胎面定日鏡一次反射與二次聚光器再聚光相結(jié)合的方式。太陽能吸收反應(yīng)器為方形腔式吸收器，腔體內(nèi)部設(shè)置有蛇形管流反應(yīng)器，并被分為預(yù)熱段和反應(yīng)段。其中，氮?dú)馄?、?chǔ)料罐、加料器、第一高壓柱塞泵通過管路和閥門連接組成加料系統(tǒng)。太陽能吸收反應(yīng)器的一個(gè)入口與加料系統(tǒng)連通；太陽能吸收反應(yīng)器的另一個(gè)入口，即內(nèi)置蛇形管流反應(yīng)器預(yù)熱段入口與換熱器出口相連通；換熱器入口與第二質(zhì)量流量計(jì)、第二高壓柱塞泵出口相連通，組成預(yù)熱水供應(yīng)系統(tǒng)。太陽能吸收反應(yīng)器的出口與換熱器入口相連通；換熱器出口與冷卻器入口相連通，背壓閥、氣液分離器，濕式氣體流量計(jì)組成產(chǎn)物采集、計(jì)量系統(tǒng)。所述自旋一俯仰輪胎面定日鏡，其特點(diǎn)是將光斑匯集于固定焦平面，與圓錐面二次聚光器組成聚光系統(tǒng)。其與碟式聚光系統(tǒng)相比，可避免耦合制氫系統(tǒng)中采用動(dòng)態(tài)連接，使制氫系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。采用該聚光系統(tǒng)可利于生物質(zhì)超臨界水氣化與太陽能聚焦供熱耦合制氫系統(tǒng)的工業(yè)放大，今后還可增加二次反射鏡，組成太陽爐聚光方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)聚光比。所述換熱器中，第二高壓柱塞泵出口端的常溫高壓水回收太陽能吸收反應(yīng)器出口高溫流體的部分能量，以提高整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率。所述的氣液分離器為低壓分離器，可以是實(shí)現(xiàn)氣體和液體的有效分離。需要說明的是自旋-俯仰輪胎面定日鏡與圓錐面太陽能二次聚光器均為采購(gòu)設(shè)備。本發(fā)明提供的聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫方法，成功的實(shí)現(xiàn)太陽能直接供熱和生物質(zhì)超臨界水氣化制氫技術(shù)的耦合。該方法利用了生物質(zhì)超臨界水氣化的方法，將太陽能轉(zhuǎn)化成氫能，不僅達(dá)到了太陽能的利用、存儲(chǔ)的目的，而且綜合了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程二氧化碳"零排放"、高品質(zhì)氫氣的制取、太陽能的高效利用、生物質(zhì)超臨界水氣化制氫方法的諸多優(yōu)點(diǎn)。具體可按以下方法實(shí)施(1)將原生生物質(zhì)及質(zhì)量濃度為1一3%羧甲基纖維素鈉(CMC)或模型化合物配制成質(zhì)量濃度小于24%的均勻物料放入儲(chǔ)料罐中，然后通過具有0.10.5Mpa壓力的N2將物料輸送至加料器中，通過第一、第二高壓柱塞泵加壓至預(yù)定壓力，壓力范屈為2035Mpa。(2)純水通過第二高壓柱塞泵加壓至預(yù)定壓力(2035Mpa)，然后通過換熱器回收反應(yīng)后高溫流體部分熱量，即進(jìn)入太陽能吸收反應(yīng)器的預(yù)熱段、吸收聚焦太陽能使其加熱至水的臨界點(diǎn)溫度以上的高溫，隨后進(jìn)入太陽能吸收反應(yīng)器的反應(yīng)段。(3)生物質(zhì)原料與高溫預(yù)熱水在反應(yīng)器混合點(diǎn)混合、快速升溫并發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)出富含氫氣混合氣。(4)物料及超臨界水在反應(yīng)器中生成的反應(yīng)產(chǎn)物通過換熱器以及冷卻器冷卻至常溫，然后通過背壓閥調(diào)節(jié)壓力后進(jìn)入氣液分離器中實(shí)現(xiàn)氣體和液體的分離。氣體產(chǎn)物由濕式氣體流量計(jì)計(jì)量，其與液體產(chǎn)物一起按一定周期采集、取樣、分析。本發(fā)明的突出特點(diǎn)是(1)本發(fā)明采用的直接太陽能供熱方式是基于自旋-俯仰輪胎面定日鏡和二次聚光器相結(jié)合的聚光系統(tǒng)。該聚光系統(tǒng)具有聚光比高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。與多碟式聚光系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)可避免耦合制氫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)連接，使系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，穩(wěn)定性增強(qiáng)，利于制氫系統(tǒng)的工業(yè)化放大。研究結(jié)果表明該聚光系統(tǒng)可以提供生物質(zhì)超臨界水氣化反應(yīng)所需的能量，可規(guī)?；瘧?yīng)用。(2)太陽能吸收反應(yīng)器采光口銜接有圓錐面太陽能二次聚光器，可有效減少吸收器向外的反射損失，進(jìn)一步提高采光口處的熱流密度，降低定日鏡的聚光要求，從而降低成本。(3)太陽能吸收器與反應(yīng)器耦合為一體，聚焦太陽光直接為生物質(zhì)超臨界水氣化制氫反應(yīng)提供熱量，避免了中間傳熱介質(zhì)的傳熱損失，提高了系統(tǒng)效率。(4)太陽能吸收反應(yīng)器內(nèi)管流反應(yīng)器為蛇形管，具有傳熱效率高、溫度均勻的特點(diǎn)。且反應(yīng)管分成預(yù)熱段和反應(yīng)段，預(yù)熱段中高溫預(yù)熱水與常溫物料在混合點(diǎn)均勻混合、快速升溫，保證了生物質(zhì)物料的高效氣化。(5)通過太陽能為生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化提供能量，一方面使分散、不連續(xù)的太陽能儲(chǔ)存于高品質(zhì)的化學(xué)能中，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸；另一方面，由于生物質(zhì)是太陽能天然的捕集器，以生物質(zhì)為原料，整個(gè)轉(zhuǎn)化過程可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳"零排放"，清潔無污染且可持續(xù)利用。(6)本發(fā)明同時(shí)兼?zhèn)渖镔|(zhì)超臨界水氣化的優(yōu)點(diǎn)，具有氣化率高、無污染的特點(diǎn)。較傳統(tǒng)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)，具有氣化溫度更低，生物質(zhì)原料無需干燥，成本降低等優(yōu)點(diǎn)。圖l是本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。具體實(shí)施例方式為了將本發(fā)明介紹的更為清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參照?qǐng)D1所示，在聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫系統(tǒng)中，加料器3有兩個(gè)入口端，一個(gè)物料出口端。其中一個(gè)入口端與第一高壓柱塞泵14的出口端連通，另一個(gè)入口端與儲(chǔ)料罐2的出口端相連通，加料器3的出口端與太陽能吸收反應(yīng)器4的原料入口端相連通。儲(chǔ)料罐2有兩個(gè)入口端，一個(gè)是氣體入口，另一個(gè)是物料入口端。太陽能吸收反應(yīng)器4有兩個(gè)入口端和一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物出口，一個(gè)入口端是與加料器3出口端相連，用于物料輸送；另一個(gè)入口端為預(yù)熱水入口端，其與換熱器5的預(yù)熱水出口端相連通；其出口端與換熱器5的反應(yīng)產(chǎn)物入口端相連通，用于將反應(yīng)產(chǎn)物部分顯熱傳遞給常溫預(yù)熱水，回收熱量。太陽能吸收器4腔體采光口與圓錐面太陽能二次聚光器18相銜接，用于接收聚焦太陽能，為生物質(zhì)超臨界水氣化制氫反應(yīng)提供熱量。換熱器5包含兩個(gè)入口端和兩個(gè)出口端，兩個(gè)入口端分別為預(yù)熱水入口端和反應(yīng)產(chǎn)物入口端，兩個(gè)出口端為預(yù)熱水出口端和反應(yīng)產(chǎn)物出口端；其中，預(yù)熱水入口端與第二高壓柱塞泵15出口端相連通，反應(yīng)產(chǎn)物出口端與冷卻器6入口端相連通，冷卻器6出口端與背壓閥8入口端相連通；背壓閥8出口端與氣液分離器9的入口端相連通，氣液分離器出口端與濕式氣體流量計(jì)10相連通，用于計(jì)量氣體產(chǎn)量。下面以玉米淀粉為生物質(zhì)原料進(jìn)行的聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫實(shí)驗(yàn)為例，講述具體的工作過程首先，關(guān)閉加料器3物料出口端閥門，開啟第二高壓柱塞泵15，通過調(diào)節(jié)背壓閥8，將系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)壓力，并將第二高壓柱塞泵15流量調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)預(yù)熱水質(zhì)量流量；待壓力、流量穩(wěn)定后，開啟自旋-俯仰輪胎面定日鏡17太陽自動(dòng)跟蹤程序,使太陽光聚集于圓錐面太陽能二次聚光器18入口，聚焦太陽光再經(jīng)過圓錐面太陽能二次聚光器18的二次聚集，將聚焦太陽光反射進(jìn)太陽能吸收器4腔體內(nèi)，用于加熱反應(yīng)器內(nèi)流體；待流體溫度超過水的超臨界溫度點(diǎn)，且太陽能吸收反應(yīng)器趨于熱平衡后，開始準(zhǔn)備輸送物料；將事先粉碎完畢的生物質(zhì)物料與質(zhì)量濃度為1一3%羧甲基纖維素鈉(CMC)混合均勻，然后加入定量的去離子水，配置成預(yù)設(shè)濃度的生物質(zhì)漿料；打開儲(chǔ)料罐2的物料入口，加入配置好的生物質(zhì)漿料，密封其物料入口；打開儲(chǔ)料罐2出口和加料器3物料入口之間的閥門，向儲(chǔ)料罐2的氣體入口通入0.10.5Mpa壓力的N2，將生物質(zhì)物料輸送至加料器3，然后關(guān)閉儲(chǔ)料罐2和加料器3之間的閥門；開啟第一高壓柱塞泵14,將加料器3的壓力升高至預(yù)設(shè)壓力；打開加料器3物料出口端閥門，將物料輸送至太陽能吸收反應(yīng)器4，并將第一高壓柱塞泵14質(zhì)量流量調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)物料流量；常溫生物質(zhì)物料進(jìn)入太陽能吸收反應(yīng)器4后，與來自反應(yīng)器4預(yù)熱段的高溫預(yù)熱水混合、快速升溫，隨后一起進(jìn)入反應(yīng)器4反應(yīng)段吸收太陽能熱量，發(fā)生氣化反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過換熱器5回收部分能量后，進(jìn)入冷卻器6中冷卻至常溫，通過背壓閥8將其壓力降至大氣壓力后，氣液產(chǎn)物在氣液分離器9中發(fā)生氣體和液體的分離；氣體產(chǎn)物通過濕式氣體流量計(jì)IO計(jì)量產(chǎn)量，經(jīng)過取樣后，送入HP6890氣相色譜進(jìn)行成分檢測(cè)，其中氣相色譜為TCD檢測(cè)器，PLOTC-2000柱，六通閥進(jìn)樣；液體產(chǎn)物從氣液分離器的出液口進(jìn)行收集、計(jì)量，將液體產(chǎn)物送入Elemental"HighII分析儀和COD分析儀進(jìn)行總碳和COD分析。加料器3可通過閥門的切換實(shí)現(xiàn)與太陽能吸收反應(yīng)器4的隔離，通過對(duì)閥門的開啟、關(guān)閉，加料器3可實(shí)現(xiàn)降壓、從儲(chǔ)料罐向其添加物料、升壓、向反應(yīng)器輸送物料的流程，整個(gè)過程可重復(fù)進(jìn)行，保證制氫反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。本發(fā)明中提到的生物質(zhì)主要以農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)污水、污泥、以及模型化合物(葡萄糖、纖維素、木質(zhì)素等)為主。實(shí)施例表l為利用太陽能供熱葡萄糖溶液連續(xù)氣化制氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表2為利用太陽能供熱玉米淀粉溶液連續(xù)氣化制氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表中氣化率-氣體產(chǎn)物質(zhì)量/參加反應(yīng)的生物質(zhì)質(zhì)量X100n/。碳?xì)饣?氣化產(chǎn)物的碳元素質(zhì)量/參加反應(yīng)的生物質(zhì)碳元素質(zhì)量><100%表1為利用太陽能供熱葡萄糖溶液連續(xù)氣化制氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)條件為西安當(dāng)天平均太陽直接輻照強(qiáng)度710w/m2，定日鏡聚焦面積16m2，壓力為24Mpa，生物質(zhì)模型化合物為濃度為0.2mol/L的葡萄糖溶液，進(jìn)行了145min連續(xù)的氣體采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明葡萄糖最高氣化率超過110%，碳?xì)饣首罡呓咏?8%,氫氣體積含量50%左右。表2為利用太陽能供熱玉米淀粉溶液連續(xù)氣化制氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)條件為西安當(dāng)天太陽直接輻照強(qiáng)度580w/m2，定日鏡聚焦面積16m2，壓力為24Mpa，原生生物質(zhì)為1.5Wt。/。玉米淀粉+1.5Wt。/。CMC,進(jìn)行了90min連續(xù)的氣體采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明生物質(zhì)最高氣化率超過65%，氫氣體積含量超過40%。以上實(shí)施例僅是為了更加詳細(xì)描述本發(fā)明的思想和工作流程，應(yīng)理解的是，上述提到實(shí)施例不應(yīng)限制本發(fā)明。凡是在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的所有改動(dòng)和替換，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)之列。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>權(quán)利要求1、聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫系統(tǒng)，包括氮?dú)馄?1)、儲(chǔ)料罐(2)、加料器(3)、太陽能吸收反應(yīng)器(4)、換熱器(5)、冷卻器(6)、過濾器(7)、背壓閥(8)、氣液分離器(9)、濕式氣體流量計(jì)(10)、安全閥(11)、第一質(zhì)量流量計(jì)(12)、第二質(zhì)量流量計(jì)(13)、第一高壓柱塞泵(14)、第二高壓柱塞泵(15)、水箱(16)、自旋-俯仰輪胎面定日鏡(17)、圓錐面太陽能二次聚光器(18)、閥門以及溫度、壓力測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于加料器(3)有兩個(gè)入口端，一個(gè)入口端通過第一質(zhì)量流量計(jì)(12)與第一高壓柱塞泵(14)的出口端連通，另一個(gè)入口端與儲(chǔ)料罐(2)出口端連通，所述儲(chǔ)料罐(2)設(shè)置一個(gè)氣體入口端和一個(gè)物料入口端；太陽能吸收反應(yīng)器(4)的采光口與圓錐面太陽能二次聚光器(18)相連接；自旋俯仰輪胎面定日鏡(17)將太陽光聚集于圓錐面太陽能二次聚光器(18)，再由其將太陽光二次聚焦于太陽能吸收反應(yīng)器(4)腔體內(nèi)；太陽能吸收反應(yīng)器(4)腔體內(nèi)設(shè)置有蛇形管流反應(yīng)器，其有兩個(gè)入口端和一個(gè)出口端，其中一個(gè)入口端與加料器(3)出口端連通；換熱器(5)有兩個(gè)入口端和兩個(gè)出口端，太陽能吸收反應(yīng)器(4)出口端與換熱器(5)一個(gè)入口端連通，換熱器(5)的另一入口端與第二高壓柱塞泵(15)出口端連通；換熱器(5)的一個(gè)出口端與蛇形管流反應(yīng)器的一個(gè)入口端連通，換熱器(5)的另一出口端與冷卻器(6)入口端連通；冷卻器(7)出口端與背壓閥(8)的入口端連通；背壓閥(8)的出口端與氣液分離器(9)入口端連通；氣液分離器(9)出口端與濕式氣體流量計(jì)(10)連通；第一高壓柱塞泵(14)與第二高壓柱塞泵(15)之間連接水箱(16)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，該耦合制氫系統(tǒng)采用的太陽能聚光方式為自旋-俯仰輪胎面定日鏡(17)—次反射與二次聚光器(18)再聚光相結(jié)合的方式。3、一種采用如權(quán)利要求1所述裝置的聚焦太陽靡熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，太陽能吸收反應(yīng)器(4)為方形腔式吸收器，腔體內(nèi)部設(shè)置有蛇形管流反應(yīng)器，并被分為預(yù)熱段和反應(yīng)段。4、一種如權(quán)利要求1所述的聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行1)將原生生物質(zhì)及質(zhì)量濃度1—3%羧甲基纖維素鈉CMC或模型化合物配制成質(zhì)量濃度小于24%的均勻物料放入儲(chǔ)料罐(2)中，然后通過0.10.5Mpa壓力的N2將物料輸送至加料器(3)中，通過高壓柱塞泵(14、15)加壓至預(yù)定壓力，壓力范圍為2035Mpa;2)純水通過高壓柱塞泵(15)加壓至預(yù)定壓力2035Mpa，然后通過換熱器(5)回收反應(yīng)后高溫流體的部分熱量，然后進(jìn)入太陽能吸收反應(yīng)器(4)內(nèi)預(yù)熱段、吸收聚焦太陽能使其加熱至臨界點(diǎn)溫度以上的高溫，進(jìn)入太陽能吸收反應(yīng)器(4)的反應(yīng)段；3)生物質(zhì)原料與高溫預(yù)熱水在反應(yīng)器混合點(diǎn)混合、快速升溫并發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)出富含氫氣混合氣；4)物料及超臨界水在反應(yīng)器中生成的反應(yīng)產(chǎn)物通過換熱器(5)以及冷卻器(6)冷卻至常溫，然后通過背壓閥(8)調(diào)節(jié)壓力后進(jìn)入氣液分離器(9)中實(shí)現(xiàn)氣體和液體的分離，氣體產(chǎn)物由濕式氣體流量計(jì)(10)計(jì)量，其與液體產(chǎn)物一起按周期采集、取樣、分析。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫方法，其特征在于，原生生物質(zhì)指農(nóng)作物秸稈或有機(jī)廢棄物。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫方法，其特征在于，模型化合物指的是葡萄糖、淀粉、纖維素或木質(zhì)素。全文摘要本發(fā)明公開了一種聚焦太陽能熱驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)超臨界水氣化制氫系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)主要包括自旋-俯仰輪胎面定日鏡與圓錐面太陽能二次聚光器組成的聚光系統(tǒng)、內(nèi)部設(shè)置有蛇形管流反應(yīng)器的太陽能腔式吸收反應(yīng)器、生物質(zhì)及水的輸送、產(chǎn)物收集與分析、系統(tǒng)參數(shù)采集系統(tǒng)。生物質(zhì)與超臨界水在蛇形管流反應(yīng)器內(nèi)吸收聚焦太陽能輻射并發(fā)生氣化制氫反應(yīng)。該系統(tǒng)與碟式耦合制氫系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)化，成本更低，穩(wěn)定性更強(qiáng)，利于工業(yè)放大的特點(diǎn)。本發(fā)明提出的太陽能制氫方法實(shí)現(xiàn)了利用太陽能供熱將低品味的生物質(zhì)能通過超臨界水氣化制氫的方式轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的氫能，整個(gè)過程對(duì)環(huán)境友好無污染，充分利用可再生能源，有利于太陽能制氫的大規(guī)模推廣和應(yīng)用。文檔編號(hào)C01B3/04GK101597026SQ200910023189公開日2009年12月9日申請(qǐng)日期2009年7月3日優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日發(fā)明者呂友軍,張西民,鵬肖,郭烈錦,陳敬煒申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)