本發(fā)明涉及太陽能間接熱化學轉化系統(tǒng)及方法，具體涉及一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的系統(tǒng)及方法。

背景技術：

生物質是所有含有內在化學能的非化石有機生物物質的統(tǒng)稱，是一種可再生、天然可用、富含能量、污染物質(含硫、氮量較小)少，可以某種程度上緩解能源危機的含碳能源。生物質可以通過熱化學轉化制備生物燃料。這類生物質包括，微藻，纖維素，餐廚垃圾等。

微藻是一類能實現光能自養(yǎng)的單細胞藻類，其利用光合作用把二氧化碳轉化成蛋白質、油脂、糖類等有機物。這些有機物又可以轉化成生物燃料，比如生物柴油，生物乙醇、甲烷，氫氣等。微藻可以通過水熱液化轉化成生物柴油；通過水熱預處理后，發(fā)酵轉化成乙醇，甲烷或氫氣。但是，水熱液化過程和水熱預處理過程消耗了大量的能量，導致水熱液化制備生物燃料過程，水熱預處理發(fā)酵耦合制取甲烷氫氣過程凈能量收益較少。并且水熱液化及水熱預處理需要的熱量大都來自于電能或燃燒熱能，不利于節(jié)能減排，不利于水熱液化、水熱預處理過程的工業(yè)化。微藻細胞懸浮液為集熱工質的槽式太陽能熱化學轉化系統(tǒng)為微藻熱化學轉化提供了新的思路。但是，直接以微藻細胞懸浮液為集熱工質，存在一些問題，比如，易結焦、堵塞管路、受熱不均等。另外，微藻的懸浮液中的無機鹽結垢影響集熱器的性能；中高壓熱化學轉化條件，對集熱器的承壓性能提出了更高的要求。因此，有必要對該技術進行改進。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的第一個技術方案,一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的系統(tǒng)，包括儲料箱、柱塞泵、換熱器、導熱油罐、導熱油泵太陽能集熱器、排氣閥和余熱回收換熱器；其特征在于：

藻細胞懸浮液裝在儲料箱中；儲液箱通過管路與余熱回收換熱器的第一進口連接，余熱回收換熱器的第一出口通過柱塞泵和管路二連接換熱器的第一進口，換熱器的第一出口通過管路三連接導熱油罐，導熱油罐通過導熱油泵和管路四連接太陽能集熱器；太陽能集熱器通過管路五連接換熱器的第二進口，換熱器的第二出口通過管路六和排氣閥連接余熱回收換熱器的第二進口；余熱回收換熱器的第二出口通過管路七與發(fā)酵裝置和/或油脂提取裝置連接；

導熱油裝在導熱油罐中，導熱油泵驅動導熱油通過管路四進入太陽能集熱器；

所述太陽能集熱器將太陽能轉換成熱能，并對導熱油加熱；導熱油在太陽能集熱器內吸收熱量，吸熱后的導熱油通過管路五進入換熱器與藻細胞懸浮液換熱；藻細胞懸浮液在換熱器中吸收導熱油的熱量，并轉化成藻細胞水解液；藻細胞水解液通過管路六流入余熱回收換熱器；

所述余熱回收換熱器將藻細胞水解液與藻細胞懸浮液進行換熱；藻細胞水解液通過管路七流入發(fā)酵裝置和/或油脂提取裝置；

發(fā)酵裝置用于將藻細胞水解液轉化成氫氣、甲烷或乙醇；

油脂提取裝置用于提取藻細胞水解液中的油脂。

所述柱塞泵，用于驅動微藻細胞懸浮液在系統(tǒng)內流動；導熱油泵用于驅動導熱油在系統(tǒng)內流動；所述排氣閥，用于排出熱化學轉化過程中產生的氣體。

根據本發(fā)明所述的一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的系統(tǒng)的優(yōu)選方案，在管路二中設置有調節(jié)閥、阻尼器、流量計、第一溫度傳感器和第一壓力傳感器；

在管路三中設置有第三溫度傳感器；

在管路四中設置有導熱油調節(jié)閥和導熱油流量計；

在管路五中設置有第四溫度傳感器；

在管路六中設置有第二壓力傳感器、第二溫度傳感器和安全閥；

在管路七中設置有第五溫度傳感器和背壓閥。

所述調節(jié)閥用于調節(jié)微藻細胞懸浮液的流量；所述阻尼器用于減少柱塞泵出口壓力、流量的波動對系統(tǒng)設備造成的損害；流量計用于檢測微藻細胞懸浮液的流量；溫度傳感器和壓力傳感器用于檢測管道內流體的溫度和壓力。導熱油調節(jié)閥和導熱油流量計分別用于調節(jié)和檢測導熱油的流量。所述背壓閥，用于使管道內壓力保持恒定。

根據本發(fā)明所述的一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的系統(tǒng)的優(yōu)選方案，所述太陽能集熱器包括太陽能聚光板和真空集熱管；所述太陽能聚光板用于聚集太陽光，并把反射后的太陽光匯聚到位于焦點處的真空集熱管上；真空集熱管由玻璃管、不銹鋼管和光熱轉換涂層組成；不銹鋼管設置在玻璃管內，玻璃管與不銹鋼管之間的夾層設置為真空，防止因對流造成熱損失；不銹鋼管外表面涂有光熱轉化涂層；不銹鋼管的一端連接管路四；不銹鋼管的另一端連接管路五。導熱油流入不銹鋼管內，熱量通過不銹鋼管傳遞給導熱油，導熱油通過換熱器把熱量傳遞給藻細胞懸浮液，使微藻細胞懸浮液升溫至熱化學轉化所需要的溫度。

本發(fā)明的第二個技術方案是，一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一、構建太陽能熱化學轉化系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括儲料箱、柱塞泵、換熱器、導熱油罐、導熱油泵太陽能集熱器、排氣閥和余熱回收換熱器；儲液箱通過管路與余熱回收換熱器的第一進口連接，余熱回收換熱器的第一出口通過柱塞泵和管路二連接換熱器的第一進口，換熱器的第二出口通過管路三連接導熱油罐，導熱油罐通過導熱油泵和管路四連接太陽能集熱器；太陽能集熱器通過管路五連接換熱器的第二進口，換熱器的第一出口通過管路六和排氣閥連接余熱回收換熱器的第二進口；余熱回收換熱器的第二出口通過管路七與發(fā)酵裝置和/或油脂提取裝置連接；

第二、將藻細胞懸浮液裝在儲料箱中，啟動柱塞泵，藻細胞懸浮液在柱塞泵的驅動下經過余熱回收換熱器和管路二流進換熱器；

第三、將導熱油裝在導熱油罐中，啟動導熱油泵，導熱油在導熱油泵驅動下通過管路四進入太陽能集熱器

第四、所述太陽能集熱器將太陽能轉換成熱能，并對導熱油加熱；導熱油在太陽能集熱器內吸收熱量后，通過管路五流入換熱器，并在換熱器中與藻細胞懸浮液換熱后，流入導熱油罐；

第五、藻細胞懸浮液在換熱器中吸收導熱油的熱量，并轉化成藻細胞水解液；反應過程中產生的氣體從排氣閥排出；藻細胞水解液通過管路六流入余熱回收換熱器；

第六、所述余熱回收換熱器將藻細胞水解液與藻細胞懸浮液進行換熱；藻細胞水解液通過管路七流入發(fā)酵裝置和/或油脂提取裝置；

第七、藻細胞水解液在發(fā)酵裝置中生成氫氣、甲烷或乙醇；或者通過油脂提取裝置提取藻細胞水解液中的油脂。

根據本發(fā)明所述的一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的方法的優(yōu)選方案，所述太陽能集熱器包括太陽能聚光板和真空集熱管；真空集熱管由玻璃管、不銹鋼管和光熱轉換涂層組成；不銹鋼管設置在玻璃管內，玻璃管與不銹鋼管之間的夾層設置為真空，不銹鋼管外表面涂有光熱轉化涂層；不銹鋼管的一端連接管路四；不銹鋼管的另一端連接管路五。

本發(fā)明所述的一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的系統(tǒng)及方法的有益效果是:本發(fā)明通過使用太陽能集熱器，充分利用了綠色可再生能源，解決了熱化學轉化過程中能量投入大的問題,減少了能源轉化過程中的能量投入；同時，避免了微藻細胞懸浮液為集熱工質的槽式太陽能熱化學轉化系統(tǒng)中可能出現的問題；本發(fā)明成本低，節(jié)約能源，效率高，較現有的水熱預處理方式具有明顯的優(yōu)勢；可廣泛應用于環(huán)保、能源、生物、化工等領域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的以導熱油為集熱工質的太陽能熱化學轉化系統(tǒng)結構示意圖。

圖2是太陽能集熱器12的結構示意圖。

具體實施方式

參見圖1至圖2,一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的系統(tǒng)，包括儲料箱1、柱塞泵2、調節(jié)閥3、阻尼器4、流量計5、溫度傳感器、壓力傳感器、導熱油罐8、導熱油泵9、導熱油調節(jié)閥10、導熱油流量計11、太陽能集熱器12、換熱器13、安全閥14、排氣閥15、余熱回收換熱器16和背壓閥17以及發(fā)酵裝置20和/或油脂提取裝置21；其中：

藻細胞懸浮液19裝在儲料箱1中；儲液箱1通過管路與余熱回收換熱器16的第一進口連接，余熱回收換熱器16的第一出口通過柱塞泵2和管路二連接換熱器13的第一進口，換熱器13的第一出口通過管路三連接導熱油罐8，導熱油罐8通過導熱油泵9和管路四連接太陽能集熱器12；太陽能集熱器12通過管路五連接換熱器13的第二進口，換熱器13的第二出口通過管路六和排氣閥15連接余熱回收換熱器16的第二進口；余熱回收換熱器16的第二出口通過管路七與發(fā)酵裝置20和/或油脂提取裝置21連接。

導熱油26裝在導熱油罐8中，導熱油泵9驅動導熱油26通過管路四進入太陽能集熱器12。

所述太陽能集熱器12將太陽能轉換成熱能，并對導熱油26加熱；導熱油26在太陽能集熱器12內吸收熱量，吸熱后的導熱油26通過管路五進入換熱器13與藻細胞懸浮液19換熱；藻細胞懸浮液19在換熱器13中吸收導熱油的熱量，并轉化成藻細胞水解液18；藻細胞水解液18通過管路六流入余熱回收換熱器16。

所述余熱回收換熱器16將藻細胞水解液與藻細胞懸浮液進行換熱；藻細胞水解液通過管路七流入發(fā)酵裝置20和/或油脂提取裝置21。

發(fā)酵裝置20用于將藻細胞水解液轉化成氫氣、甲烷或乙醇。

油脂提取裝置21用于提取藻細胞水解液中的油脂。

所述太陽能集熱器是系統(tǒng)的關鍵部分，長度和寬度由集熱工質流量和所要達到的熱化學轉化溫度等因素決定。

在具體實施例中，在管路二中設置有調節(jié)閥3、阻尼器4、流量計5、第一溫度傳感器6a和第一壓力傳感器7a。

在管路三中設置有第三溫度傳感器6c。

在管路四中設置有導熱油調節(jié)閥10和導熱油流量計11。

在管路五中設置有第四溫度傳感器6d。

在管路六中設置有第二壓力傳感器7b、第二溫度傳感器6b和安全閥14。

在管路七中設置有第五溫度傳感器6e和背壓閥17。

在具體實施例中，所述太陽能集熱器12包括太陽能聚光板22和真空集熱管；真空集熱管由玻璃管23、不銹鋼管25和光熱轉換涂層24組成；不銹鋼管25設置在玻璃管23內，玻璃管23與不銹鋼管25之間的夾層設置為真空，不銹鋼管25外表面涂有光熱轉化涂層；不銹鋼管25的一端連接管路四；不銹鋼管25的另一端連接管路五。

該系統(tǒng)工作流程如下：系統(tǒng)安裝完成后，啟動柱塞泵2，一定濃度的藻細胞懸浮液19在柱塞泵2的驅動下通過余熱回收換熱器16流進管路二，藻細胞懸浮液19流經調節(jié)閥3和阻尼器4進入換熱器13；阻尼器4消除柱塞泵2出口壓力、流量的波動；在此段管路內，由流量計5、第一溫度傳感器6a、第一壓力傳感器7a測試藻細胞懸浮液19的流量、溫度和壓力；同時；啟動導熱油泵9，導熱油26在導熱油泵9驅動下通過管路四進入不銹鋼管25；管路四中導熱油調節(jié)閥10和導熱油流量計11分別調節(jié)和檢測導熱油26的流量；導熱油26在不銹鋼管25中吸收熱量，通過管路五流入換熱器13，并在換熱器13中與藻細胞懸浮液19換熱后，流入導熱油罐8；在管路五中第四溫度傳感器6d檢測導熱油的溫度；藻細胞懸浮液19在換熱器13中吸收導熱油26的熱量，并轉化成藻細胞水解液；反應過程中產生的氣體從排氣閥15排出；藻細胞水解液通過管路六流入余熱回收換熱器16；高溫的藻細胞水解液在余熱回收換熱器16中與低溫藻細胞懸浮液19換熱，再經過背壓閥17流入發(fā)酵裝置20和/或油脂提取裝置21；藻細胞水解液18在發(fā)酵裝置20中生成氫氣、甲烷或乙醇等；或者通過油脂提取裝置21提取油脂。如果系統(tǒng)由于某些不可預知的情況導致壓力過高，則安全閥14自動打開，降低管路壓力，保護系統(tǒng)。

一種利用太陽能間接熱化學轉化生物質漿液的方法，包括如下步驟：

第一、構建太陽能熱化學轉化系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括儲料箱1、柱塞泵2、換熱器13、導熱油罐8、導熱油泵9太陽能集熱器12、排氣閥15和余熱回收換熱器16；儲液箱1通過管路與余熱回收換熱器16的第一進口連接，余熱回收換熱器16的第一出口通過柱塞泵2和管路二連接換熱器13的第一進口，換熱器13的第一出口通過管路三連接導熱油罐8，導熱油罐8通過導熱油泵9和管路四連接太陽能集熱器12；太陽能集熱器12通過管路五連接換熱器13的第二進口，換熱器13的第二出口通過管路六和排氣閥15連接余熱回收換熱器16的第二進口；余熱回收換熱器16的第二出口通過管路七與發(fā)酵裝置20和/或油脂提取裝置21連接。

在管路二中設置有調節(jié)閥3、阻尼器4、流量計5、第一溫度傳感器6a和第一壓力傳感器7a。

在管路三中設置有第三溫度傳感器6c。

在管路四中設置有導熱油調節(jié)閥10和導熱油流量計11。

在管路五中設置有第四溫度傳感器6d。

在管路六中設置有第二壓力傳感器7b、第二溫度傳感器6b和安全閥14。

在管路七中設置有第五溫度傳感器6e和背壓閥17。

其中，所述太陽能集熱器12包括太陽能聚光板22和真空集熱管；真空集熱管由玻璃管23、不銹鋼管25和光熱轉換涂層24組成；不銹鋼管25設置在玻璃管23內，玻璃管23與不銹鋼管25之間的夾層設置為真空，不銹鋼管25外表面涂有光熱轉化涂層24；不銹鋼管25的一端連接管路四；不銹鋼管25的另一端連接管路五。

第二、將藻細胞懸浮液19裝在儲料箱1中，啟動柱塞泵2，藻細胞懸浮液19在柱塞泵2的驅動下經過余熱回收換熱器16和管路二流進換熱器13。

第三、將導熱油裝在導熱油罐8中，啟動導熱油泵9，導熱油在導熱油泵9驅動下通過管路四進入太陽能集熱器12。

第四、所述太陽能集熱器12將太陽能轉換成熱能，并對導熱油26加熱；導熱油26在太陽能集熱器12內吸收熱量后，通過管路五流入換熱器13，并在換熱器13中與藻細胞懸浮液19換熱后，流入導熱油罐8。

第五、藻細胞懸浮液19在換熱器13中吸收導熱油26的熱量，發(fā)生熱化學轉化并轉化成藻細胞水解液18；熱化學轉化過程中產生的氣體從排氣閥15排出；藻細胞水解液18通過管路六流入余熱回收換熱器16。

第六、所述余熱回收換熱器16將藻細胞水解液18與藻細胞懸浮液19進行換熱；藻細胞水解液通過管路七流入發(fā)酵裝置20和/或油脂提取裝置21。

第七、藻細胞水解液18在發(fā)酵裝置20中生成氫氣、甲烷或乙醇；或者通過油脂提取裝置21提取藻細胞水解液18中的油脂。