專(zhuān)利名稱(chēng)：用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式一般地涉及化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施方式的一方面涉及精煉生物質(zhì)和其他材料的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
最初包括在化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)/多個(gè)物質(zhì)通常被稱(chēng)為反應(yīng)物?；瘜W(xué)反應(yīng)的特征通常在于反應(yīng)物中的化學(xué)變化，然后生成一種或者多種產(chǎn)物。生物質(zhì)氣化是吸熱過(guò)程。必須向該吸熱過(guò)程中輸入能量以驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。典型地，這通過(guò)部分地氧化(燃燒)生物質(zhì)本身進(jìn)行。必須消耗30%和40%之間的生物質(zhì)以驅(qū)動(dòng)該過(guò)程，并且在通常地限制(由于效率的原因)該過(guò)程的溫度下，轉(zhuǎn)化通常是有限的，產(chǎn)生更加較低的產(chǎn)率。相反地，提出的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的生物精制裝置使用外部能量來(lái)源(太陽(yáng)能)以提供反應(yīng)所需的能量，因此不需要消耗生物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。這比先前的技術(shù)得到每噸生物質(zhì)加侖汽油的顯著更高的產(chǎn)率。 因?yàn)橛糜隍?qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化的能量來(lái)源是再生性的并且無(wú)碳。同樣地，通常設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)器以在不變的條件下晝夜不停地操作，而不是在周期性的基礎(chǔ)上操作。發(fā)明概述公開(kāi)了處理太陽(yáng)能變化的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。一些實(shí)施方式包括用于協(xié)調(diào)集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法?？稍诰哂卸鄠€(gè)反應(yīng)器管的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中使用會(huì)聚的太陽(yáng)能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化。利用會(huì)聚太陽(yáng)能的熱在反應(yīng)器管中進(jìn)行吸熱化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)包括使用來(lái)自會(huì)聚的太陽(yáng)能區(qū)域的太陽(yáng)熱能的下列的一種或多種生物質(zhì)氣化、蒸汽甲烷重整、甲烷裂化、蒸汽乙烷裂化以生產(chǎn)乙烯、或二氧化碳裂解。在化學(xué)合成裝置中，供應(yīng)來(lái)自化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，用于使來(lái)自化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物催化轉(zhuǎn)化成烴燃料或其他化學(xué)品。燃料合成裝置的操作取決于在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的合成氣的量。
燃料合成裝置的控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)到化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)并從化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)接收反饋?；瘜W(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)至少指示在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的產(chǎn)物的量。附圖簡(jiǎn)述附圖參考本發(fā)明的實(shí)施方式，其中

圖1闡明示例工藝流程的一個(gè)實(shí)施方式的方框圖；圖2闡明示例多管反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式的圖；圖3闡明具有接收器和太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域的示例太陽(yáng)能塔的一個(gè)實(shí)施方式的圖；圖4闡明代表性生物質(zhì)材料的顆粒大小分布的一個(gè)實(shí)施方式的圖表；圖5闡明具有氣化器管的太陽(yáng)熱接收器的一個(gè)實(shí)施方式的圖；圖6a和6b闡明夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的方框圖；圖7闡明太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的一個(gè)實(shí)施方式的圖；圖8闡明集成的化學(xué)裝置的啟動(dòng)順序；和圖9闡明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖；和圖10闡明合成氣和甲醇緩沖和再循環(huán)過(guò)程的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。雖然本發(fā)明可有各種改型和可選形式，但已通過(guò)附圖中的示例說(shuō)明了其具體實(shí)施方式
，并且在本文中詳細(xì)描述其具體實(shí)施方式
。應(yīng)理解本發(fā)明不限于公開(kāi)的具體形式，而是相反地，本發(fā)明覆蓋落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有的改型、等價(jià)物和替代物。發(fā)明詳述在下列描述中，闡明了許多具體細(xì)節(jié)，諸如特定數(shù)據(jù)信號(hào)的實(shí)例、命名的部件、連接、反應(yīng)器管的數(shù)量等等，以便于提供本發(fā)明的全面理解。但是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明顯的是不用這些具體細(xì)節(jié)可以實(shí)踐本發(fā)明。在其他情況下，未詳細(xì)描述眾所周知的部件或者方法，而是在方框圖中描述，以避免不必要地使本發(fā)明不清楚?？梢赃M(jìn)行進(jìn)一步的具體數(shù)字指代，諸如第一反應(yīng)器管。但是，具體數(shù)字指代不應(yīng)被解釋為字面順序，而是被理解為第一反應(yīng)器管與第二反應(yīng)器管不同。因此，闡明的具體細(xì)節(jié)僅僅是示例性的并且在一個(gè)實(shí)施方式中的特征可在另一個(gè)實(shí)施方式中使用。具體細(xì)節(jié)可以變化，并且仍被認(rèn)為在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。術(shù)語(yǔ)連接被定義為意味著直接連接至部件或者通過(guò)另一部件間接地連接至部件?？偟膩?lái)說(shuō)，描述了處理太陽(yáng)能變化的集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。存在許多制造該集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的設(shè)計(jì)機(jī)制。第一設(shè)計(jì)機(jī)制是制造為集成裝置建立的儲(chǔ)存、緩沖和閑置過(guò)程，以消除第一工藝步驟的響應(yīng)速率與第二工藝步驟的響應(yīng)速率之間的相互影響。為集成裝置建立的儲(chǔ)存、緩沖和閑置過(guò)程還消除了第一工藝步驟的直接生產(chǎn)速率與第二工藝步驟的供應(yīng)需求之間的相互影響。第二設(shè)計(jì)機(jī)制是使每個(gè)工藝步驟具有單獨(dú)的控制系統(tǒng)，連同分級(jí)控制系統(tǒng)，以基于其他工藝步驟的預(yù)期的或反饋的變化，相對(duì)于另一工藝步驟的操作協(xié)調(diào)每個(gè)工藝步驟的操作。第三設(shè)計(jì)機(jī)制是構(gòu)成集成裝置的組件的啟動(dòng)順序和次序。因此，為太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置進(jìn)行全面系統(tǒng)調(diào)節(jié)以作為整體工作而不是作為獨(dú)立的具體組件/工藝步驟操作。在實(shí)施方式中，包括生物質(zhì)顆粒的化學(xué)反應(yīng)物在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中使用驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的會(huì)聚太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成包含一氧化碳和氫的合成氣。供應(yīng)合成氣，用于在甲醇合成裝置中使合成氣催化轉(zhuǎn)化成為甲醇。取決于在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的合成氣的量，在甲醇合成裝置中，許多甲醇機(jī)組在操作狀態(tài)和閑置狀態(tài)之間進(jìn)行循環(huán)?；瘜W(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)到甲醇合成裝置的控制系統(tǒng)并從甲醇合成裝置的控制系統(tǒng)接收反饋。與上游太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)器集成的示例化學(xué)合成裝置是甲醇合成裝置，且也可以集成其他化學(xué)合成裝置。圖1闡明示例工藝流程的方框圖。一些實(shí)施方式包括太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)氣化至液態(tài)燃料/電的過(guò)程。該過(guò)程也可能包括發(fā)電，太陽(yáng)能生成的合成氣衍生產(chǎn)物的化學(xué)處理、 或者生物焦化(bio-char)。在特定的示例實(shí)施方式中，所述過(guò)程是太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)氣化至‘綠色’液態(tài)燃料的過(guò)程。在一個(gè)實(shí)施方式中，該過(guò)程包括下列工藝步驟的一個(gè)或者多個(gè)。集成化學(xué)裝置包括數(shù)個(gè)工藝步驟，其包括用于制造生物質(zhì)顆粒的研磨系統(tǒng)100和根據(jù)需要運(yùn)行的其他化學(xué)供給準(zhǔn)備過(guò)程；當(dāng)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器在至少它的最低操作溫度時(shí)，供應(yīng)包括生物質(zhì)顆粒的化學(xué)反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)物供給系統(tǒng)104 ；當(dāng)不使用時(shí)收起并且被對(duì)準(zhǔn)以在至少接近日出時(shí)將會(huì)聚的太陽(yáng)能聚焦在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器106的太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域過(guò)程110。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器過(guò)程106在停止生產(chǎn)期間保持在或接近操作溫度，一天M小時(shí)在壓縮和閑置之間轉(zhuǎn)換壓縮機(jī)階段的壓縮機(jī)過(guò)程114，合成氣清潔過(guò)程108，中間化學(xué)品生成步驟116，比如甲醇合成，和最后階段化學(xué)過(guò)程124，比如液態(tài)烴燃料生成過(guò)程，比如甲醇到汽油。一些工藝步驟可與其他工藝步驟同時(shí)啟動(dòng)，而其他工藝步驟可持續(xù)運(yùn)行并僅從閑置到操作改變狀態(tài)。生物質(zhì)研磨或者致密化、運(yùn)輸和卸載100可以是全部過(guò)程的一部分。可通過(guò)壓實(shí)機(jī)使生物質(zhì)包捆壓縮并致密化，以通過(guò)由加倍壓縮實(shí)現(xiàn)的致密化有利于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸。研磨系統(tǒng)100通過(guò)儲(chǔ)存102與夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)104連接。傳送器攜帶生物質(zhì)到研磨系統(tǒng)，其通過(guò)機(jī)械切割器與一組在其中具有特定尺寸孔的過(guò)濾器配合使生物質(zhì)研磨成顆粒。研磨系統(tǒng)產(chǎn)生的顆粒的平均最小尺寸大小為直徑在200微米(um)和2000um之間，以便適合穿過(guò)過(guò)濾器中的孔，一般在500um和IOOOum范圍之間，且接著顆粒用標(biāo)準(zhǔn)帶式傳送器或氣動(dòng)傳送器裝載入供給容器比如閉鎖料斗系統(tǒng)。在實(shí)施方式中，生物質(zhì)可以是非食品原料生物質(zhì)。在其他情況下，也可加工食品原料生物質(zhì)或兩者的結(jié)合。兩條或多條供給線供應(yīng)具有平均最小尺寸大小在50微米(um)和2000um之間的生物質(zhì)顆粒至化學(xué)反應(yīng)器。夾帶氣體生物質(zhì)供給系統(tǒng)用夾帶載氣移動(dòng)各種作為顆粒供給的生物質(zhì)源進(jìn)入太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器。太陽(yáng)能接收器和氣化器106可以用于分解生物質(zhì)。示例生物質(zhì)氣化器設(shè)計(jì)和操作可以包括太陽(yáng)能化學(xué)反應(yīng)器和太陽(yáng)能接收器以生成合成氣的成分?？刂葡到y(tǒng)的前饋部分和反饋部分使反應(yīng)器的操作適應(yīng)可用太陽(yáng)能的長(zhǎng)期和短期擾動(dòng)?？墒褂酶鞣N聚太陽(yáng)能器區(qū)域設(shè)計(jì)以驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)氣化器。一些示例系統(tǒng)可包括聚太陽(yáng)能器、聚焦鏡陣列等以驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)氣化器110?？蛇M(jìn)行悴滅、氣體清潔和從生物質(zhì)氣化器除灰108以使產(chǎn)生的合成氣可用于下一個(gè)工藝步驟。在化學(xué)反應(yīng)器中生成的一些氣體可以是廢物，然而可以在儲(chǔ)存118前壓縮114其他氣體或者直接輸送用于甲醇合成116。然后可以儲(chǔ)存120甲醇用于以后的甲醇向汽油轉(zhuǎn)化122。形成合成氣的儲(chǔ)存容量和甲醇機(jī)組(train)的閑置以消除甲醇合成裝置的響應(yīng)速率與太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的響應(yīng)速率之間的相互影響。為集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置建立的儲(chǔ)存容量和閑置過(guò)程還消除了在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的合成氣的直接生產(chǎn)速率與甲醇合成裝置的供應(yīng)需求之間的相互影響。在一些實(shí)施方式中，可以使用現(xiàn)場(chǎng)的燃料合成反應(yīng)器，其可在地理上置于與化學(xué)反應(yīng)器相同的地點(diǎn)上，并且集成在一起以從氣化反應(yīng)接收氫和一氧化碳產(chǎn)物。另外，現(xiàn)場(chǎng)的燃料合成反應(yīng)器具有輸入端以接收氫和一氧化碳產(chǎn)物，并且在烴燃料合成過(guò)程中利用它們產(chǎn)生液態(tài)烴燃料。通過(guò)距離通常小于15英里的管道，可以連接現(xiàn)場(chǎng)的燃料合成反應(yīng)器至裝置設(shè)施的其他部分?，F(xiàn)場(chǎng)的燃料合成反應(yīng)器可以提供各種反饋參數(shù)和其他要求至控制系統(tǒng)。例如，現(xiàn)場(chǎng)的燃料合成反應(yīng)器可以要求控制系統(tǒng)改變由裝置的悴滅和氣體清潔部分產(chǎn)生的合成氣的H2與CO比率，并且控制系統(tǒng)會(huì)這樣做。在各種實(shí)施方式中，合成氣可供給另一技術(shù)應(yīng)用。圖2闡明可用于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中的示例多管化學(xué)反應(yīng)器的圖。該化學(xué)反應(yīng)器具有多個(gè)反應(yīng)器管202、204、206、208，并且單獨(dú)的夾帶線可用于化學(xué)反應(yīng)器200中氣化反應(yīng)器管202、204、206、208的每一個(gè)。注意，化學(xué)反應(yīng)器是在其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的容器。同樣地，化學(xué)反應(yīng)器可以是單個(gè)反應(yīng)器管或一組反應(yīng)器管。因此，化學(xué)反應(yīng)器可以是具有多個(gè)反應(yīng)器管的單個(gè)反應(yīng)器或者每個(gè)是單個(gè)反應(yīng)器管的多反應(yīng)器，或一些其他類(lèi)似的組合。進(jìn)一步，不同的化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器的不同反應(yīng)器管中。例如，蒸汽甲烷重整可以發(fā)生在第一組反應(yīng)器管中，生物質(zhì)氣化可以發(fā)生在組成化學(xué)反應(yīng)器的另一組反應(yīng)器管中，其至少部分包括在太陽(yáng)熱接收器中。同樣地，不同的反應(yīng)可以同時(shí)發(fā)生在相同的反應(yīng)器管中。此外，控制系統(tǒng)可以通過(guò)如本文所述的許多機(jī)制控制在反應(yīng)器管中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。例如，控制化學(xué)反應(yīng)物諸如生物質(zhì)顆粒和載氣進(jìn)入并且經(jīng)過(guò)反應(yīng)器管的流速，以及流動(dòng)經(jīng)過(guò)反應(yīng)器管的每種反應(yīng)物的濃度?？刂葡到y(tǒng)可以單獨(dú)地控制每個(gè)反應(yīng)器管，或成組/成套地控制，例如18根管的簇，或整體控制所有的管。反應(yīng)器管的形狀、取向和其他特征可以變化。例如，如本文進(jìn)一步所描述的，它們可以是圓形、正方形、橢圓形等并以弧形圖案或圓形圖案等排列。注意，為了對(duì)照的目的，多于一個(gè)的化學(xué)反應(yīng)器可位于共同塔上，諸如在圖3中。該實(shí)例顯示了至少部分包括在其本身相關(guān)聯(lián)的太陽(yáng)熱接收器中的第一化學(xué)反應(yīng)器、第二化學(xué)反應(yīng)器和第三化學(xué)反應(yīng)器。位于相同的塔上的第一、第二和第三化學(xué)反應(yīng)器可以共享或可不共享共同的控制系統(tǒng)，但是不共享共同的太陽(yáng)熱接收器，并且因此，實(shí)際上是每個(gè)不同的化學(xué)反應(yīng)器。但是，它們均可以從一些共同的供給容器/閉鎖料斗供給，和/或可以共享下游的悴滅和氣體清潔系統(tǒng)組件。設(shè)計(jì)機(jī)制-控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)可在使用與一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，比如遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)邏輯連接的聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中操作?？刂葡到y(tǒng)硬件可以是一個(gè)或多個(gè)編程邏輯控制器，通過(guò)不同的數(shù)據(jù)通信方案，使用個(gè)人計(jì)算機(jī)、Macintosh, CNC、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模擬裝置，與伴隨的為執(zhí)行各種功能撰寫(xiě) (script)的應(yīng)用軟件和算法，或這些系統(tǒng)的各種組合。
集成裝置具有分級(jí)控制系統(tǒng)，其在用于與控制信號(hào)和反饋信號(hào)相互作用的每個(gè)單獨(dú)的處理步驟的控制系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)之間形成。例如，化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)到1)壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)，2)甲醇合成裝置的控制系統(tǒng)，幻傳送合成氣到儲(chǔ)存、到甲醇合成裝置或使合成氣在氣體清潔中循環(huán)的路徑的控制系統(tǒng)4)聚太陽(yáng)能器區(qū)域的控制系統(tǒng)以及5)其他工藝步驟，并從它們接收反饋。分級(jí)控制系統(tǒng)可協(xié)調(diào)系統(tǒng)中一部分系統(tǒng)的操作與另一工藝步驟。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器和它的多個(gè)反應(yīng)器管的控制系統(tǒng)包括(factor in)在它的用于化學(xué)反應(yīng)器操作的控制算法中的許多參數(shù)。該控制系統(tǒng)使各種化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)和通過(guò)(verse)可利用會(huì)聚太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)各種化學(xué)反應(yīng)所需的能量平衡，同時(shí)還保持化學(xué)反應(yīng)器的操作溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，并包括每個(gè)吸熱反應(yīng)消耗一定量的可用能量，并且該算法控制進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)器的每種反應(yīng)物產(chǎn)物的濃度/量以控制進(jìn)入反應(yīng)的反應(yīng)物的摩爾濃度和比率，以便控制離開(kāi)反應(yīng)的產(chǎn)物，并且該算法可控制什么化學(xué)反應(yīng)物被供應(yīng)至所述反應(yīng)器； 并從而控制在多個(gè)反應(yīng)器管中進(jìn)行什么化學(xué)反應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)1)保持溫度在足夠高溫度下， 使包括生物質(zhì)顆粒的化學(xué)反應(yīng)物基本上全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物氣體并在至少1100-130(TC下消除焦油產(chǎn)物至少于200mg/m3和2)保持足夠低的溫度，使反應(yīng)器管壁溫度小于1600°C以在結(jié)構(gòu)上不削弱壁或者顯著地降低接收器效率，并高于短暫的低操作溫度800°C。控制系統(tǒng)可具有前饋和反饋部分，其被配置以處理可用太陽(yáng)能的預(yù)測(cè)變化以及可用太陽(yáng)能的實(shí)際測(cè)量的隨機(jī)變化。控制系統(tǒng)可以在生物質(zhì)供給速率和引向接收器的孔的太陽(yáng)能能量的量之間平衡氣化反應(yīng)，以保持溫度，在該溫度下反應(yīng)器在下述溫度操作1)足夠高的溫度，以便生物質(zhì)的高于90%的碳含量轉(zhuǎn)化為包括一氧化碳和氫的產(chǎn)物氣體，并清除焦油產(chǎn)物?？刂葡到y(tǒng)可被配置以使在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型，比如生物質(zhì)氣化反應(yīng)、蒸氣重整反應(yīng)、干法重整反應(yīng)和這些反應(yīng)的各種組合，與引向包括化學(xué)反應(yīng)器的太陽(yáng)熱接收器的可利用的會(huì)聚太陽(yáng)能的量平衡，以便使太陽(yáng)化學(xué)反應(yīng)器保持在如此溫度，在該溫度下化學(xué)反應(yīng)器操作足夠高，以維持生成的合成氣的H2和CO比率在期望的2. 1 到2. 8 1摩爾比率之內(nèi)，基本上不含焦油，焦油少于200mg/m3，且在生成的合成氣中按體積計(jì)具有少于7%的C02?？刂葡到y(tǒng)使用控制流入管中的蒸氣、天然氣、生物質(zhì)顆粒、其他化學(xué)反應(yīng)物和惰性顆粒的量的組合以保持生成的合成氣在期望的閥值內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)可被配置以使利用可用會(huì)聚太陽(yáng)能的生物質(zhì)顆粒氣化反應(yīng)與另外可變的參數(shù)平衡，所述另外的可變參數(shù)包括顆粒大小的固定范圍、化學(xué)反應(yīng)器的操作溫度和顆粒在化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)域中的停留時(shí)間，以便總體生物質(zhì)顆粒轉(zhuǎn)化維持在高于閾值設(shè)定值，顆粒的大于90%的碳含量成為包括氫和一氧化碳?xì)怏w的反應(yīng)產(chǎn)物，具有小于200mg/Nm3 和優(yōu)選地小于50mg/Nm3的低的焦油產(chǎn)量，其中生物質(zhì)顆粒在化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)域中的停留時(shí)間在0. 01和5秒之間范圍。來(lái)自控制系統(tǒng)的供給要求信號(hào)可通過(guò)前饋/反饋模型預(yù)測(cè)性控制系統(tǒng)與在多個(gè)管和接收器腔中足夠的表面積、熱質(zhì)和熱容的設(shè)計(jì)配合，以確保在每天快速變化的天氣條件期間，反應(yīng)器腔的溫度維持在低于1600°C并高于800°C的操作溫度范圍內(nèi)，控制在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中的生物質(zhì)顆粒的供給速率。前饋模型預(yù)測(cè)給定日子的每個(gè)時(shí)間段內(nèi)以及整年每天可利用的太陽(yáng)能。反饋部分從包括溫度傳感器在內(nèi)的傳感器接收動(dòng)態(tài)反饋，且結(jié)合傳感器反饋和天氣預(yù)測(cè)以維持所得合成氣的質(zhì)量和產(chǎn)量高于導(dǎo)致小于或等于50mg/ m3的焦油基本上破壞的閾值設(shè)定點(diǎn)，且生物質(zhì)顆粒的大于90%的碳含量氣化為反應(yīng)產(chǎn)物。 在太陽(yáng)能接收器腔和多個(gè)反應(yīng)器管中設(shè)計(jì)/制造足夠的表面積和熱質(zhì)，作為穩(wěn)定因素起作用，平衡非常短時(shí)間的可利用太陽(yáng)能的小波動(dòng)(秒到秒)，以使接收器和反應(yīng)器具有由于可利用的太陽(yáng)能的這些瞬變引起的非常低的溫度緩慢上升和緩慢下降，從而允許生物質(zhì)顆粒的供給速率的緩慢上升和緩慢下降也更加緩和。由于天氣事件和每天的晝夜(diurational)影響，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器具有周期性的操作而不是持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)操作。計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)控制包括生物質(zhì)材料顆粒的化學(xué)反應(yīng)物的供給速率，以良好控制的供給速率進(jìn)入兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管，并基于通過(guò)傳感器和預(yù)測(cè)模型作為向計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)的反饋給出的太陽(yáng)能可利用性的變化，改變生物質(zhì)材料的供給速率?？刂葡到y(tǒng)的前饋部分和反饋部分可適應(yīng)可利用太陽(yáng)能的長(zhǎng)期和短期擾動(dòng)二者。前饋部分用適合預(yù)期周期性變化的預(yù)測(cè)模型預(yù)期由于至少一天中的時(shí)間、一年中的日子、短期云、灰塵、煙或其他模糊事件或長(zhǎng)期的天氣事件引起的太陽(yáng)能的周期性變化。反饋部分測(cè)量包括化學(xué)反應(yīng)器的操作溫度在內(nèi)的實(shí)際過(guò)程參數(shù)，并接著在生物質(zhì)顆粒的氣化反應(yīng)的平衡中使用這些測(cè)量結(jié)果。因此，控制系統(tǒng)可利用不同的模型和/或控制方案，其可根據(jù)系統(tǒng)和變量狀態(tài)自動(dòng)或手動(dòng)選擇。例如，日射事件擾動(dòng)可分為3類(lèi)1)短期事件，例如0-5小時(shí)，通常由經(jīng)過(guò)的云引起，2)中等事件，例如5-14小時(shí)，通常由晝夜效應(yīng)(diurnal effect)引起，和3)長(zhǎng)期事件(例如14小時(shí)或更長(zhǎng))一般由主要的天氣系統(tǒng)引起。流入每個(gè)反應(yīng)器管的生物質(zhì)顆粒的量與可利用的太陽(yáng)能的量的平衡通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述控制系統(tǒng)通過(guò)控制供給生物質(zhì)的閉鎖料斗的螺桿的旋轉(zhuǎn)速率控制在單個(gè)反應(yīng)器管中的流量，其中通過(guò)該閉鎖料斗供應(yīng)的管亞組中的所有管的供給速率同時(shí)升高或降低?？蛇x地，計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)可被配置以發(fā)送信號(hào)通過(guò)打開(kāi)或關(guān)閉從供給容器到組成管亞組的反應(yīng)器管的生物質(zhì)顆粒的流動(dòng)，改變參與氣化反應(yīng)的反應(yīng)器管亞組的數(shù)量。圖3闡明具有接收器302和太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域304的示例太陽(yáng)能塔300的圖。太陽(yáng)能塔300可用于具有夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置中。供給系統(tǒng)通過(guò)例如生物質(zhì)的顆粒大小控制而可以是靈活給料的。多個(gè)太陽(yáng)熱接收器可用于集成系統(tǒng)中。每個(gè)太陽(yáng)熱接收器302包括化學(xué)反應(yīng)器 306且多個(gè)太陽(yáng)熱接收器共享共同的塔。每個(gè)接收器302中的化學(xué)反應(yīng)器306從一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域304接收會(huì)聚的太陽(yáng)熱能，所述一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能聚集區(qū)域304包括1) 單個(gè)鏡子、定日鏡或太陽(yáng)能集中盤(pán)，幻定日鏡陣列，幻兩個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能-集中盤(pán)和4)三者的任意組合。定日鏡可與腔中的一個(gè)或多個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)。孔大小可適合于例如在一個(gè)或多個(gè)孔中具有大于500個(gè)太陽(yáng)和優(yōu)選地大于1000個(gè)太陽(yáng)的高平均濃度的太陽(yáng)能。圖5圖解了具有氣化器管502的太陽(yáng)熱接收器500的圖。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)化學(xué)裝置包括太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器502和太陽(yáng)熱接收器500。在一些實(shí)施方式中，太陽(yáng)熱接收器 500可封裝多個(gè)反應(yīng)器管的下行式(downdraft)化學(xué)反應(yīng)器。因此，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器可具有多個(gè)下行式方位的反應(yīng)器管。如所討論，供給系統(tǒng)供給生物質(zhì)顆粒進(jìn)入多個(gè)反應(yīng)器管中，在其中生物質(zhì)顆粒在蒸汽存在的情況下在超過(guò)950°C的反應(yīng)器管的氣化反應(yīng)區(qū)域的出口溫度下被氣化，以從氣化反應(yīng)生成至少氫和一氧化碳的產(chǎn)物?？刂葡到y(tǒng)控制供給系統(tǒng)和會(huì)聚太陽(yáng)能區(qū)域，以維持化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)器管的溫度在穩(wěn)定狀態(tài)溫度下，該溫度一般超過(guò)1000°c，高于短暫的800°C的最低溫度并低于1600°C的峰值溫度。計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)被配置以從一組傳感器接收反饋信號(hào)。可利用的太陽(yáng)能的量可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)器中一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器指示，且一個(gè)或多個(gè)照度計(jì)給控制系統(tǒng)的反饋部分提供實(shí)際過(guò)程參數(shù)信息。一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器探測(cè)化學(xué)反應(yīng)器——比如在入口和出口——的當(dāng)前操作溫度，并將該測(cè)量結(jié)果供應(yīng)給控制系統(tǒng)的反饋部分。供給容器可響應(yīng)來(lái)自計(jì)算機(jī)化控制系統(tǒng)的供給要求信號(hào)。計(jì)算機(jī)化控制系統(tǒng)基于由用于化學(xué)反應(yīng)器的傳感器——包括溫度傳感器和/或照度計(jì)——指示的可利用的太陽(yáng)能的量，控制在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生物質(zhì)顆粒的流速。另一個(gè)傳感器，組分分析器，在化學(xué)反應(yīng)器的出口處對(duì)兩個(gè)或多個(gè)可能的合成氣的流出化學(xué)品感測(cè)化學(xué)組成的變化，所述流出化學(xué)品包括氫、一氧化碳、甲烷、焦油成分、二氧化碳、硫化物或其任何組合。組分分析器提供動(dòng)態(tài)信號(hào)給控制系統(tǒng)的反饋部分以保持這些組分在期望的范圍內(nèi)。一旦合成氣的化學(xué)組分比如甲烷、氫、一氧化碳和/或焦油組分的讀數(shù)高于閥值，控制系統(tǒng)可發(fā)送信號(hào)以轉(zhuǎn)移氣化反應(yīng)的反應(yīng)物產(chǎn)物至再循環(huán)線，回到化學(xué)反應(yīng)器的入口，以避免損害在集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置工藝下游部分的過(guò)濾器、壓縮機(jī)、催化系統(tǒng)和其他組件?？刂葡到y(tǒng)可打開(kāi)和關(guān)閉作為另外加熱源的電阻加熱器，以保持溫為所需要的?？刂葡到y(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)到太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域以對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域并控制太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的溫度?？刂葡到y(tǒng)供應(yīng)控制信號(hào)到1)化學(xué)反應(yīng)物供給系統(tǒng)，2)太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域，3) 用于閑置時(shí)期的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)，4)甲醇合成裝置和5)其他裝置工藝，并從它們接收反饋。 下列的滯后時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間都是被在發(fā)送控制信號(hào)到供給系統(tǒng)、太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域、甲醇合成裝置和補(bǔ)充加熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中的控制算法所考慮的因素1)太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域改變供應(yīng)的會(huì)聚太陽(yáng)能的對(duì)準(zhǔn)和量，幻供給系統(tǒng)改變流入反應(yīng)器管中的生物質(zhì)的量，幻天氣事件改變可利用的太陽(yáng)能的量的時(shí)間，和4)改變合成氣組分包括用于甲醇合成的H2 CO比率的時(shí)間，和幻目前正生成的和預(yù)測(cè)生成的太陽(yáng)能生成的合成氣的量。設(shè)計(jì)接收器腔的形狀，以便腔內(nèi)的平均溫度和在一個(gè)或多個(gè)孔處的太陽(yáng)能的平均濃度的參數(shù)用于控制從腔的可計(jì)算的輻射損失。因此，接收器腔的溫度是受控的參數(shù)，則控制系統(tǒng)主要通過(guò)調(diào)節(jié)穿過(guò)反應(yīng)器管的生物質(zhì)顆粒的流速控制該參數(shù)，所述流速針對(duì)預(yù)測(cè)的前饋可利用的太陽(yáng)能的量和動(dòng)態(tài)確定反饋可利用的太陽(yáng)能的量被平衡。在實(shí)施方式中，在生物質(zhì)顆粒流入的化學(xué)反應(yīng)器中的兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管位于太陽(yáng)熱接收器內(nèi)。一條或多條供給線給反應(yīng)器管供應(yīng)控制在50微米(um)和2000um之間—— 一般在200微米和1000微米之間的范圍——的平均最小尺寸大小的固定顆粒大小范圍內(nèi)的生物質(zhì)顆粒。更多的生物質(zhì)類(lèi)型和大小見(jiàn)圖4。如所討論的，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器具有位于太陽(yáng)熱接收器的腔內(nèi)的多個(gè)反應(yīng)器管。在那里，在多個(gè)反應(yīng)器管中，發(fā)生由輻射熱驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)。例如，在多個(gè)反應(yīng)器管中，生物質(zhì)顆粒在蒸汽(H2O)載氣和甲烷(CH4)存在情況下，使用來(lái)自吸收的會(huì)聚太陽(yáng)能的太陽(yáng)熱能，在同時(shí)的蒸氣重整和蒸汽生物質(zhì)氣化反應(yīng)中氣化，以生產(chǎn)包括氫和一氧化碳?xì)?br> 12體的反應(yīng)產(chǎn)物。在化學(xué)反應(yīng)器的多個(gè)反應(yīng)器管中，在管中存在一種或多種下列化學(xué)反應(yīng)物情況下，反應(yīng)器管氣化生物質(zhì)顆粒(i)生物質(zhì)顆粒和蒸汽(ii)生物質(zhì)顆粒、甲烷和蒸汽 (iii)甲烷和蒸汽(SMI )。在相同接收器中的不同反應(yīng)器管是由操作不同化學(xué)反應(yīng)物的材料構(gòu)成的。反應(yīng)器管的內(nèi)壁由具有良好到優(yōu)異耐蒸汽性等級(jí)的抗腐蝕材料制成。而且，對(duì)于直接生物質(zhì)氣化反應(yīng)本身，反應(yīng)器中可能有過(guò)量的水。因此，反應(yīng)器管材料是抗氧化的和耐蒸汽的。反應(yīng)器的下游可存在一個(gè)或多個(gè)分離罐(knock out drum), 以從生成的合成氣中去除過(guò)量的水且由抗腐蝕材料制成的反應(yīng)器管的內(nèi)壁具有良好到優(yōu)異之間的耐蒸汽等級(jí)。注意，在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)使用會(huì)聚的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化。在反應(yīng)器管中進(jìn)行的使用來(lái)自會(huì)聚太陽(yáng)能區(qū)域的太陽(yáng)熱能的吸熱化學(xué)反應(yīng)可包括下列的一種或多種生物質(zhì)氣化、蒸汽甲烷重整、甲烷裂化、蒸汽乙烷裂化以生產(chǎn)乙烯或
二氧化碳裂解。在接收器中的一個(gè)或多個(gè)孔是1)向地球的大氣開(kāi)放或2)用透明窗玻璃(window) 覆蓋，以使會(huì)聚的太陽(yáng)能通過(guò)進(jìn)入太陽(yáng)熱接收器，射在接收器的多個(gè)反應(yīng)器管和腔壁上，并通過(guò)吸收和再輻射、對(duì)流以及傳導(dǎo)傳遞能量至化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)物，以驅(qū)動(dòng)流入反應(yīng)器管的吸熱氣化反應(yīng)?？稍O(shè)定腔周?chē)慕^熱層足夠厚，以控制傳導(dǎo)損失小于峰值太陽(yáng)能輸入的2%。接收器外殼上的絕熱層在操作期間和關(guān)閉期間整夜維持熱?？稍O(shè)定絕熱層足夠厚，以保持在操作期間傳導(dǎo)損失小于10%，且包括由陶瓷磚、陶瓷墊、二者的組合中的一種或多種。設(shè)定包括化學(xué)反應(yīng)器的太陽(yáng)熱接收器周?chē)慕^熱厚層，以限制通過(guò)自所述接收器的腔傳導(dǎo)的熱損失，連同設(shè)定覆蓋接收器孔的可移動(dòng)絕熱門(mén)，以限制在不操作期間——包括惡劣的天氣或者夜間——的輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流引起的離開(kāi)腔的熱損失，以便當(dāng)沒(méi)有會(huì)聚的太陽(yáng)能被引向腔孔時(shí)，在12小時(shí)期間內(nèi)所述腔內(nèi)的溫度降低少于400°C。絕熱層和門(mén)保持熱能以減小1)停工之后加熱接收器和反應(yīng)器管所需的時(shí)間的量，和2、施加給構(gòu)造的接收器和反應(yīng)器材料的熱沖擊和應(yīng)力。因此，使用高溫度門(mén)在長(zhǎng)時(shí)期的關(guān)閉期間機(jī)械地覆蓋和密封接收器以使熱損失最小化并保持接收器腔中的環(huán)境。連接至接收器的外殼的小鍋爐或者電阻加熱器可被使用以幫助化學(xué)反應(yīng)器的溫度控制。熔鹽可捕獲來(lái)自對(duì)化學(xué)反應(yīng)器的流出氣流悴火的廢熱，并使用該能量驅(qū)動(dòng)加熱器發(fā)電或者驅(qū)動(dòng)鍋爐產(chǎn)生蒸汽。太陽(yáng)熱接收器的室包含至反應(yīng)器管的另外的輻射熱物質(zhì)，其具有耐高溫(> 1400°C)儲(chǔ)存的材料，該材料吸收會(huì)聚的太陽(yáng)能。在沒(méi)有陽(yáng)光的長(zhǎng)時(shí)間期間、在裝置中周期性操作和停轉(zhuǎn)時(shí)間期間，輻射熱物質(zhì)用于保持反應(yīng)器管是熱的，以及在正常操作期間當(dāng)瞬間太陽(yáng)能通量可能變化時(shí)保持反應(yīng)器中的溫度更少瞬變。一個(gè)或者多個(gè)另外的固定的輻射熱結(jié)構(gòu)位于腔內(nèi)以儲(chǔ)存另外的熱能。為從接收器的壁、管壁、以及一個(gè)或者多個(gè)另外的固定的輻射熱結(jié)構(gòu)傳遞熱輻射以傳遞至少足夠的熱至氣溶膠蒸汽中的生物質(zhì)顆粒，設(shè)定接收器的壁、管壁和另外的固定的輻射熱結(jié)構(gòu)總體上儲(chǔ)存熱的量，以便在太陽(yáng)部分或完全被云遮住時(shí)的白天斷續(xù)期間，氣化和轉(zhuǎn)化生物質(zhì)反應(yīng)物，使大于90 %的生物質(zhì)顆粒氣化成為反應(yīng)物產(chǎn)物。
圖6a和6b闡明了夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)600的實(shí)施方式的框圖。在生物質(zhì)供給系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)供給容器供應(yīng)在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中的兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管。一個(gè)示例太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)化學(xué)裝置可包括夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)600， 其包括研磨系統(tǒng)或以其他方式與研磨系統(tǒng)合作。研磨系統(tǒng)603具有機(jī)械切割器，用于研磨生物質(zhì)成為初級(jí)顆粒，該初級(jí)顆粒將被供給進(jìn)入太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器。研磨系統(tǒng)用標(biāo)準(zhǔn)帶式傳送器供應(yīng)具有200微米(um) 和2000um之間——一般范圍在500um和IOOOum之間——的平均最小尺寸大小的初級(jí)顆粒至閉鎖料斗系統(tǒng)604。然后供給生物質(zhì)顆粒穿過(guò)壓力邊界進(jìn)入加壓的夾帶氣體以供給進(jìn)入太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器。供給容器可以使用螺旋加料器/螺桿加料器或者氣鎖類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)固體供給/速率計(jì)量裝置。閉鎖料斗具有一個(gè)或多個(gè)輸出端，其接著供給初級(jí)生物質(zhì)顆粒穿過(guò)壓力邊界進(jìn)入加壓的夾帶載氣，用于通過(guò)一條或多條供給線供給入太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器(還見(jiàn)圖6a 和6b)。共同的夾帶氣線可供給分流器并接著分流至各個(gè)反應(yīng)器管，或者分開(kāi)的夾帶氣線的每個(gè)供給相應(yīng)的單個(gè)反應(yīng)器管。夾帶氣生物質(zhì)供給系統(tǒng)使用夾帶載氣(比如天然氣、蒸氣、 空氣和/或任何組合)并供應(yīng)作為顆粒供給的各種原料生物質(zhì)源進(jìn)入太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器。一般地，夾帶載氣是天然氣、蒸氣、和/或任何組合。夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)具有夾帶載氣的氣體源。供給容器可以是具有輸出端以分配生物質(zhì)顆粒至反應(yīng)器管的閉鎖料斗旋轉(zhuǎn)供給系統(tǒng)，其考慮平衡供給至各個(gè)反應(yīng)器管。在許多實(shí)施中，供給容器可改變化學(xué)反應(yīng)物穿過(guò)反應(yīng)器管的供給速率?？刂葡到y(tǒng)發(fā)送信號(hào)到包括化學(xué)反應(yīng)物供給系統(tǒng)過(guò)程的集成太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的不同工藝步驟，并同樣從許多工藝步驟接收反饋信號(hào)。多個(gè)反應(yīng)器管的控制被分成兩個(gè)或多個(gè)組的管亞組。每個(gè)單出口閉鎖料斗或多出口閉鎖料斗提供并控制分配至一條或多條加壓夾帶線的生物質(zhì)顆粒的量，所述加壓夾帶線供給太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的管亞組中的兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管。兩個(gè)或多個(gè)管亞組組成太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中的反應(yīng)器管?？蔀樵诨瘜W(xué)反應(yīng)器中的每個(gè)反應(yīng)器管使用分開(kāi)的生物質(zhì)夾帶/供給速率計(jì)量線， 其允許獨(dú)立的溫度控制和平衡流入多管太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的每個(gè)反應(yīng)器管的生物質(zhì)顆?；蚱渌瘜W(xué)反應(yīng)物的量。在化學(xué)反應(yīng)器中用于每個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)器管或反應(yīng)器管的管組的夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)的分開(kāi)的夾帶線和計(jì)量設(shè)備還允許使1)流經(jīng)供給線到每個(gè)反應(yīng)器管的生物質(zhì)顆?；蚱渌瘜W(xué)反應(yīng)物的量與幻對(duì)于在多管太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中那個(gè)反應(yīng)器管可利用的太陽(yáng)能的量平衡。供給容器可以是具有氣鎖型供給速率計(jì)量設(shè)備的閉鎖料斗，并基于至散熱片的可用會(huì)聚太陽(yáng)能的量對(duì)化學(xué)反應(yīng)器和太陽(yáng)熱接收器的供應(yīng)生物質(zhì)量的影響，改變供應(yīng)至兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管的生物質(zhì)的量，以便在0.01秒到5秒的停留時(shí)間中從氣化反應(yīng)以大于90% 的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率生成至少氫和一氧化碳產(chǎn)物。兩個(gè)或多個(gè)多出口閉鎖料斗可用在夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)中。每個(gè)多出口閉鎖料斗通過(guò)一個(gè)或多個(gè)給太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器供給的加壓夾帶線以一致體積量的生物質(zhì)顆粒，使生物質(zhì)顆粒供給入反應(yīng)器管亞組。螺桿可位于閉鎖料斗旋轉(zhuǎn)供給系統(tǒng)中。可通過(guò)重量測(cè)量計(jì)量設(shè)備和通過(guò)控制可以沿著旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)固定量的生物質(zhì)的螺桿的旋轉(zhuǎn)速率，控制生物質(zhì)顆粒的供給速率。計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)基于由包括溫度傳感器在內(nèi)的傳感器和/或照度計(jì)指示的可利用的太陽(yáng)能的量，發(fā)送供給要求信號(hào)到螺桿和重量測(cè)量計(jì)量設(shè)備，以控制在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中的單個(gè)氣化反應(yīng)器管中的生物質(zhì)顆粒的供給速率。在供給系統(tǒng)中的供給容器可被配置以經(jīng)過(guò)提供一致體積供給速率的許多單出口旋轉(zhuǎn)供給設(shè)備排出生物質(zhì)顆粒。每個(gè)旋轉(zhuǎn)供給設(shè)備供給單獨(dú)的氣體夾帶線。每個(gè)旋轉(zhuǎn)供給設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速率被獨(dú)立控制，且每個(gè)旋轉(zhuǎn)供給設(shè)備供給單獨(dú)的反應(yīng)器管。流動(dòng)增強(qiáng)器，包括bulkmatology流動(dòng)增強(qiáng)器或多孔壁管(porousialled tube)， 在夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)中通過(guò)除去穿過(guò)流動(dòng)增強(qiáng)器的載氣的受控部分，就在反應(yīng)器管的氣化反應(yīng)區(qū)域的入口之前降低載氣的速率，控制攜帶生物質(zhì)顆粒進(jìn)入反應(yīng)器管的氣化反應(yīng)區(qū)域的夾帶載氣的量。在夾帶流生物質(zhì)供給系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)可被配置以基于可利用的太陽(yáng)能的量，通過(guò)依靠穿過(guò)流動(dòng)增強(qiáng)器添加或者去除載氣，控制在每個(gè)管中對(duì)流動(dòng)的阻力，平衡流入每個(gè)反應(yīng)器管中的生物質(zhì)顆粒的量。圖7闡明了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置800的圖。在這樣的系統(tǒng)中，來(lái)自會(huì)聚區(qū)域802 的太陽(yáng)能可通過(guò)窗玻璃或孔804提供至太陽(yáng)能加熱的反應(yīng)器室806。悴滅劑808可用于防止逆反應(yīng)。如圖解的，生物質(zhì)顆粒在810流入系統(tǒng)而合成氣流出。另外，可在生物質(zhì)顆粒和合成氣之間發(fā)生熱交換。在反應(yīng)器806中，生物質(zhì)顆?？杀贿€原成合成氣，其又可在液態(tài)燃料合成器808中合成為液態(tài)燃料。將悴火區(qū)域放置在反應(yīng)器管氣化反應(yīng)區(qū)域的出口附近。在悴火區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)注射管將由下列至少之一組成的冷卻化合物直接注入合成氣管和/或攜帶反應(yīng)器管的流出物流的歧管1)低溫水(H2O), 2)具有低溫水的甲烷(CH4) ,3)低溫甲醇(CH3OH)和4) 各種組合，以同時(shí)1)使反應(yīng)產(chǎn)物的合成氣流從至少1000°C迅速冷卻至小于400°C和2)提供對(duì)實(shí)現(xiàn)合成氣的合適的H2和CO比率必需的的化合物，該比率是燃料合成必需的。引起吸熱反應(yīng)的能量來(lái)自在反應(yīng)產(chǎn)物合成氣流中包含的熱。對(duì)于燃料合成必需的合成氣組分的合適的H2和CO比率可以是2 1到2.8 1的H2和CO比率。對(duì)于實(shí)現(xiàn)合成氣組分的合適的H2和CO比率必需的冷卻化合物的化合物——其中該比率是燃料合成必需的——包括由下列組成的組中的一種或多種1)水，被注入與反應(yīng)產(chǎn)物合成氣流混合，以發(fā)生放熱的水煤氣變換反應(yīng) (CCHH2O — C02+H2+能量)，用于增加氫而減少一氧化碳，2) 二氧化碳，用天然氣供應(yīng)，用作夾帶氣和/或在生物質(zhì)氣化反應(yīng)中生成，并變成反應(yīng)產(chǎn)物合成氣流的一部分，以在發(fā)生的吸熱水煤氣變換逆反應(yīng)(C02+H2+能量一C(HH2O) 中減少氫而增加一氧化碳，和3)甲烷和低溫水，在驅(qū)動(dòng)吸熱甲烷蒸氣重整(CHfH2O+能量一3H2+C0)發(fā)生的催化劑存在的情況下，用反應(yīng)產(chǎn)物合成氣流供應(yīng)并與其混合，用于增加氫相對(duì)于一氧化碳的量。用合適的CO H2比率生成的合成氣用過(guò)濾器清潔以除去不期望的化學(xué)品、灰和其他顆粒。清潔過(guò)的合成氣供給至甲醇合成裝置且生成的過(guò)量合成氣被輸送至合成氣儲(chǔ)存處。從來(lái)自下列的共同輸入，平行操作多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組1)來(lái)自太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的合成氣和幻來(lái)自儲(chǔ)存罐的合成氣或二者的組合。控制系統(tǒng)的燃料合成部分基于從由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器生成的合成氣的量的反饋，通過(guò)可能地使一個(gè)或多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組閑置，控制多個(gè)機(jī)組的操作，基于季節(jié)的、白天的和天氣影響，合成氣輸出的體積經(jīng)歷顯著的變化。因此，由于從太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器供給入該過(guò)程的合成氣的可變量，多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組是單獨(dú)可控的，以在閑置狀態(tài)和操作狀態(tài)之間循環(huán)。多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組可以是物理上分開(kāi)的平行反應(yīng)器機(jī)組。多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組還可以是具有歧管的物理上共同的反應(yīng)器，從該歧管供給多個(gè)實(shí)際的(virtual)反應(yīng)器機(jī)組，但是都被封裝在共同反應(yīng)器的殼中。甲醇機(jī)組連接有輸入端以接收來(lái)自上游太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的合成氣。下游燃料合成過(guò)程必須控制其參數(shù)以考慮作為供給產(chǎn)物的太陽(yáng)能生成合成氣的周期性供應(yīng)。兩點(diǎn)。1)因此，甲醇合成控制系統(tǒng)可在閑置非生產(chǎn)時(shí)段期間控制包括甲醇合成裝置的化學(xué)、溫度和壓力的參數(shù)，以便當(dāng)太陽(yáng)能生成的合成氣恢復(fù)足夠數(shù)量時(shí)甲醇合成裝置可迅速恢復(fù)生成產(chǎn)物甲醇。2)同樣地，甲醇合成控制系統(tǒng)可在閑置非生產(chǎn)時(shí)段期間控制包括甲醇合成裝置的化學(xué)、溫度和壓力的參數(shù)，以便在裝置的壽命內(nèi)甲醇合成裝置的催化活性或生產(chǎn)量幾乎沒(méi)有損失或沒(méi)有損失。這使得可以保護(hù)催化劑，只要合成氣和產(chǎn)物甲醇?xì)怏w保持在一定的溫度和壓力下，則氣體維持氣化而不冷凝在催化劑上，延長(zhǎng)了催化劑的壽命。臨時(shí)閑置的甲醇反應(yīng)器機(jī)組(一個(gè)或多個(gè))根據(jù)需要用熱補(bǔ)充抵消熱損失而保持在反應(yīng)溫度或附近。當(dāng)至少一個(gè)其他反應(yīng)器正在操作時(shí)，閑置的反應(yīng)器在反應(yīng)溫度或壓力或附近通常意思是具有操作溫度和壓力的70%。甲醇反應(yīng)器機(jī)組周?chē)慕^熱層保持裝置接近反應(yīng)溫度。而且，這一點(diǎn)的示例實(shí)施方式是使用從外部鍋爐加熱的沸騰水(殼和管) 反應(yīng)器。甲醇合成反應(yīng)是放熱的并因此產(chǎn)生熱。每個(gè)反應(yīng)器機(jī)組的殼可彼此連接，以便從操作的機(jī)組除去放熱的熱壓縮流體在閑置機(jī)組周?chē)h(huán)以保持閑置機(jī)組接近反應(yīng)溫度。而且，來(lái)自裝置的其他區(qū)域比如對(duì)從太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器流出的合成氣進(jìn)行悴火操作的廢熱可被儲(chǔ)存在熱鹽中或甚至作為蒸汽，用于后面的應(yīng)用。注意，在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)器的操作期間，當(dāng)天氣事件沒(méi)有遮住太陽(yáng)時(shí)，大量的過(guò)量熱在從化學(xué)反應(yīng)器中流出的合成氣產(chǎn)物中存在并需要迅速冷卻/悴火。這在悴火期間捕獲的廢熱可作為蒸汽或熱鹽儲(chǔ)存，并在后來(lái)當(dāng)天氣條件引起合成氣供應(yīng)降低時(shí)作為熱源使用，來(lái)自儲(chǔ)存的蒸汽或鹽的熱用于加熱閑置的甲醇反應(yīng)器。合成反應(yīng)器可使用已知的生產(chǎn)化學(xué)品或液態(tài)烴燃料的方法催化重整合成氣或甲醇。合成氣還可用于驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)。從現(xiàn)場(chǎng)燃料合成反應(yīng)器產(chǎn)生的液態(tài)烴是噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、二甲醚(DME)、汽油、柴油、混合醇、甲醇、液體形式的合成天然氣、烴化學(xué)品和燃料油的一種或多種。與太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器集成的現(xiàn)場(chǎng)燃料合成反應(yīng)器使來(lái)自定日鏡陣列的的會(huì)聚太陽(yáng)能的一部分以液態(tài)烴燃料的形式被儲(chǔ)存為容易運(yùn)輸并且穩(wěn)定的化學(xué)能源。在一個(gè)實(shí)例中，太陽(yáng)生成的合成氣可用于已證實(shí)的催化工藝，成為中間產(chǎn)物甲醇， 并接著隨后通過(guò)MTG工藝成為汽油。因此，該裝置的最終產(chǎn)物是通過(guò)商業(yè)沸石MTG工藝從中間甲醇產(chǎn)物生產(chǎn)的汽油。運(yùn)輸質(zhì)量汽油可由從太陽(yáng)熱過(guò)程生成的甲醇生產(chǎn)。在一實(shí)施方式中，化學(xué)裝置是基于太陽(yáng)熱化學(xué)反應(yīng)器平臺(tái)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為汽油的集成的生物精制裝置。該集成的生物精制裝置進(jìn)行太陽(yáng)能熱化學(xué)生物質(zhì)氣化，成為合成氣，隨后催化轉(zhuǎn)化合成氣為甲醇，接著是甲醇到氣體過(guò)程，以生產(chǎn)汽油。該過(guò)程使用會(huì)聚的太陽(yáng)熱能以提供驅(qū)動(dòng)氣化過(guò)程以及通過(guò)使用廢熱的其他集成過(guò)程需要的能量。圖8圖解了集成的化學(xué)裝置的啟動(dòng)順序。啟動(dòng)順序的第三設(shè)計(jì)機(jī)制組成集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的工藝步驟和組件的啟動(dòng)順序和次序可以如下。許多工藝步驟可以平行啟動(dòng)或運(yùn)行。一些示例順序如下。主要的焦點(diǎn)是使太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器過(guò)程8000升高至操作溫度以驅(qū)動(dòng)放入化學(xué)反應(yīng)器的各種化學(xué)反應(yīng)物，以便生出具有一定濃度和品質(zhì)的期望反應(yīng)產(chǎn)物。因此，在集成的化學(xué)裝置啟動(dòng)期間，使用來(lái)自太陽(yáng)會(huì)聚區(qū)域和/或補(bǔ)充熱源的熱以使化學(xué)反應(yīng)器升高到至少800°C的操作溫度，以便來(lái)自化學(xué)反應(yīng)器的流出反應(yīng)物產(chǎn)物具有用于甲醇合成的合適氣體組成和品質(zhì)。在化學(xué)反應(yīng)器升至操作溫度的時(shí)間之后，控制系統(tǒng)接著控制下列之一 1)參與反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器管的可變的量，2)從供給系統(tǒng)供應(yīng)入化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)器管的生物質(zhì)顆粒的供給速率，或幻二者，以便控制進(jìn)入太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的物質(zhì)的流速和化學(xué)組成，達(dá)到1)可利用的量和2、預(yù)測(cè)的可利用的會(huì)聚太陽(yáng)能的量以驅(qū)動(dòng)在化學(xué)反應(yīng)器中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)同時(shí)保持化學(xué)反應(yīng)器的溫度在800-1600°C之間。使用用于太陽(yáng)熱接收器的絕熱層、自動(dòng)門(mén)和補(bǔ)充加熱以在化學(xué)反應(yīng)器停止合成氣反應(yīng)產(chǎn)物的商業(yè)水平生產(chǎn)的時(shí)間段期間，比如在日落期間，并在當(dāng)化學(xué)反應(yīng)器恢復(fù)合成氣反應(yīng)產(chǎn)物的商業(yè)水平生產(chǎn)之前，比如在日出或接近日出時(shí)，試圖使位于太陽(yáng)熱接收器中的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器溫度比周?chē)?。根?jù)天氣和一年中的時(shí)間，接近日出一般是在日出的90分鐘之內(nèi)。遮蓋物，比如自動(dòng)門(mén)，在反應(yīng)產(chǎn)物的商業(yè)水平生產(chǎn)停止之后，比如在日落或接近日落或在持續(xù)的天氣事件期間，封蓋在孔或其他熱損失區(qū)域上，并且在準(zhǔn)備階段打開(kāi)/揭開(kāi)遮蓋物以使太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域瞄準(zhǔn)在太陽(yáng)熱接收器的孔。補(bǔ)充熱方法，比如電或蒸氣加熱器，可用于在日出時(shí)或接近日出時(shí)以及在持續(xù)的天氣時(shí)間期間，升高太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)器的溫度高于大氣溫度并接近反應(yīng)器的操作溫度。太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域，比如定日鏡8002從閑置/收起位置取出并順序地瞄準(zhǔn)太陽(yáng)熱接收器的孔。在日出之前或大約日出時(shí)，打開(kāi)(unstow)、對(duì)準(zhǔn)會(huì)聚區(qū)域、使每個(gè)定日鏡瞄準(zhǔn)接收器并驗(yàn)證定日鏡的完整性/操作狀態(tài)。日出之前啟動(dòng)夾帶氣過(guò)程8004，以從供給線、反應(yīng)器管和可能的合成氣清潔管凈化現(xiàn)有的氣體。注意，在一實(shí)施方式中，夾帶氣可以是天然氣和/或蒸氣，其在啟動(dòng)期間從離開(kāi)化學(xué)反應(yīng)器的流出物流中再循環(huán)且儲(chǔ)存的合成氣用于流過(guò)并凈化合成氣清潔管。合成氣可隨著夾帶氣循環(huán)回到反應(yīng)器的輸入端。當(dāng)1)太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域?qū)?zhǔn)包括太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的太陽(yáng)熱接收器的開(kāi)口處，和2)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器在至少800°C的最低操作溫度和優(yōu)選地大于1000°C時(shí)， 生物質(zhì)顆粒的夾帶流開(kāi)始進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)器。夾帶氣可凈化供給系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)器和氣體清潔系統(tǒng)。獲得足夠的速率以?shī)A帶生物質(zhì)顆粒不需要長(zhǎng)時(shí)間。在啟動(dòng)時(shí)工藝可點(diǎn)燃并燃燒從系統(tǒng)出來(lái)的氣體，直到合成氣或其他化產(chǎn)物具有恰當(dāng)?shù)慕M成。組分分析器反饋參數(shù)，比如CO2和焦油，具有恰當(dāng)?shù)慕M分和濃度?？蛇x地，再循環(huán)線可在啟動(dòng)時(shí)使流出物氣體回到太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)器的輸入端。氣體的點(diǎn)燃使要跑掉的啟動(dòng)氣體在大氣中燒掉。在化學(xué)反應(yīng)器達(dá)到操作溫度之后，控制系統(tǒng)控制參與反應(yīng)過(guò)程的管的量或供給系統(tǒng)中生物質(zhì)顆粒的供給速率，以控制在化學(xué)反應(yīng)物中的物質(zhì)的流速和化學(xué)組成，并控制進(jìn)入太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的可能的惰性顆粒至可利用的量和預(yù)測(cè)的可利用會(huì)聚太陽(yáng)能的量以驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，并維持溫度在操作范圍。供應(yīng)化學(xué)反應(yīng)物進(jìn)入太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)器管的數(shù)量可單獨(dú)地控制，或優(yōu)選地以反應(yīng)器組/簇控制。研磨系統(tǒng)和為化學(xué)反應(yīng)在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行供應(yīng)化學(xué)反應(yīng)物的其他過(guò)程組件一樣，根據(jù)需要以及一天至多M小時(shí)操作?；瘜W(xué)反應(yīng)物的現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存量可被設(shè)計(jì)為全部現(xiàn)場(chǎng)多太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器以100%的容量操作幾天。從太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器出來(lái)的流出物氣體的悴火、氣體清潔和除灰過(guò)程可在一天M小時(shí)閑置或操作狀態(tài)下操作。如果胺單元或其他過(guò)濾組件需要使其溫度和壓力維持以保護(hù)它的過(guò)濾介質(zhì)或系統(tǒng)需要防止它的管線和罐的壁腐蝕，那么系統(tǒng)可使來(lái)自儲(chǔ)存的合成氣穿過(guò)清潔系統(tǒng)。多階段壓縮機(jī)過(guò)程8006可一天M小時(shí)在閑置狀態(tài)和操作狀態(tài)之間變化。壓縮機(jī)在裝置的不同階段設(shè)定加壓合成氣。見(jiàn)圖10。位于悴火單元之后的第一壓縮機(jī)開(kāi)始?jí)嚎s以供給合成氣流至CO2和硫提取(remediation)單元，比如胺裝置。第二壓縮機(jī)直接供給合成氣至甲醇合成單元并產(chǎn)生甲醇合成需要的壓力?？刂葡到y(tǒng)具有第三壓縮機(jī)，以發(fā)送剩余合成氣至儲(chǔ)存單元?；趦?chǔ)存計(jì)劃和合成需要，控制系統(tǒng)決定至壓縮機(jī)組的分配。一般地， 壓縮機(jī)從儲(chǔ)存罐再循環(huán)合成氣作為維持閑置狀態(tài)但一天M小時(shí)準(zhǔn)備操作的方式。而且，在(X)2和硫裝置之前的合成氣儲(chǔ)存單元允許(X)2和硫單元的尺寸/容量明顯更小，也可存在考慮在CO2和硫除去裝置之前放置的白天事件。來(lái)自合成氣儲(chǔ)存單元的合成氣可再循環(huán)經(jīng)過(guò)這些ω2和硫提取單元，以使在合成氣中的硫和(X)2水平到可接受的限度。 如所討論的，可選地，啟動(dòng)氣體還可在大氣中點(diǎn)燃并燃燒，以使在合成氣中的CO H2比率、 焦油水平、硫和ω2水平到可接受的限度。在一實(shí)施方式中，合成氣儲(chǔ)存單元的尺寸適合于以100%峰值輸出操作甲醇合成裝置1小時(shí)而不用接收從太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器流出的補(bǔ)充合成氣。注意，通過(guò)持續(xù)操作，來(lái)自一些工藝步驟的電啟動(dòng)負(fù)荷功率損耗(load power draw)相當(dāng)小。此外，通過(guò)保持接近操作溫度和壓力可防止催化劑的劣化和裝置組件的腐蝕?？刂葡到y(tǒng)8008控制多個(gè)燃料合成機(jī)組的操作狀態(tài)，以確定對(duì)于供給入工藝的合成氣的可變量，操作多少個(gè)平行的機(jī)組和以多少百分比的甲醇合成裝置生產(chǎn)量能力。甲醇合成控制系統(tǒng)可在甲醇合成裝置的周期性操作期間控制化學(xué)、溫度和壓力參數(shù)，在裝置壽命內(nèi)，其催化能力或生產(chǎn)量幾乎沒(méi)有損失或沒(méi)有損失。甲醇合成裝置使用1)來(lái)自甲醇機(jī)組的流出物流的再循環(huán)，幻直接來(lái)自氣體清潔部分的太陽(yáng)生成的合成氣，和幻來(lái)自合成氣儲(chǔ)存的補(bǔ)充合成氣以一些產(chǎn)量一天M小時(shí)操作。注意，在甲醇裝置的啟動(dòng)時(shí)，流出物產(chǎn)物氣體甲醇可被點(diǎn)燃并燃燒或循環(huán)直到產(chǎn)物氣體獲得恰當(dāng)?shù)慕M分。為作為最終產(chǎn)物或另一種烴燃料比如汽油的中間化合物的甲醇，建造具有大量?jī)?chǔ)存量的甲醇儲(chǔ)存罐8100。當(dāng)以100%的容量操作時(shí)，甲醇合成裝置比甲醇到氣體合成裝置具有大得多的容量。由于在罐中建有更大的容量，過(guò)量的甲醇被儲(chǔ)存為整夜使用，而剩余的甲醇在從接近日出到接近日落的正常時(shí)間期間用于供應(yīng)甲醇到氣體的合成裝置。當(dāng)在關(guān)閉期間，甲醇到氣體的合成裝置具有容量以繼續(xù)從建造的甲醇儲(chǔ)存罐中緩沖和儲(chǔ)存的甲醇以峰值生產(chǎn)力的減少百分?jǐn)?shù)運(yùn)行。因此，MTG裝置被設(shè)計(jì)和建造以在一些動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)一天M 小時(shí)操作，其中甲醇液態(tài)儲(chǔ)存具有足夠的容量以操作MTG裝置。對(duì)消除工藝步驟之間相互影響的設(shè)計(jì)機(jī)制的另外評(píng)沭因此，在集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置比如生物精制裝置中，存在兩個(gè)主要部分， 其是1)原料準(zhǔn)備和供應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)和接著合成氣清潔(“前端”)和2、化學(xué)品生產(chǎn)比如燃料合成和化學(xué)品的儲(chǔ)存(“后端”)，它們通過(guò)從化學(xué)反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)供應(yīng)太陽(yáng)能生成產(chǎn)物比如合成氣被結(jié)合在一起，但是建造了一些操作性消除相互影響組件。如已經(jīng)討論的，許多消除相互影響的機(jī)械裝置已經(jīng)建造在該集成裝置中。一些實(shí)施例包括下列。與下游合成裝置比如甲醇裝置的工藝容量相比，從化學(xué)反應(yīng)器以100 %能力，形成合成氣的過(guò)量生成。為過(guò)量的合成氣構(gòu)建儲(chǔ)存容量，幫助從供應(yīng)需要單獨(dú)生成產(chǎn)物。從儲(chǔ)存供應(yīng)合成氣和甲醇機(jī)組的閑置，以消除甲醇合成裝置的響應(yīng)速率與太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的響應(yīng)速率間的相互影響。為集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置建立的儲(chǔ)存容量和閑置過(guò)程也消除了在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的合成氣的直接生產(chǎn)速率與甲醇合成裝置的供應(yīng)需求之間的相互影響?；谀壳暗暮皖A(yù)測(cè)的可利用合成氣，甲醇合成裝置自由使用儲(chǔ)存的合成氣和再循環(huán)線以保持一個(gè)或多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組以最大生產(chǎn)量的一些百分?jǐn)?shù)操作而使其他機(jī)組閑置。通過(guò)在合成氣儲(chǔ)存中放入再循環(huán)線以當(dāng)它們閑置時(shí)保持合成氣流經(jīng)壓縮機(jī)，消除壓縮機(jī)的階段與直接合成氣生成之間的相互影響?？梢韵龝?huì)聚的太陽(yáng)區(qū)域的操作與以受限功能維持反應(yīng)器操作之間的相互影響， 因?yàn)榧裳b置具有化學(xué)反應(yīng)器的補(bǔ)充加熱以在啟動(dòng)時(shí)保持反應(yīng)器接近操作溫度，且在接收器上的自動(dòng)控制門(mén)在關(guān)閉期間控制自接收器和反應(yīng)器的熱損失。圖9圖解了流程圖。在步驟900中，可以進(jìn)行生物質(zhì)研磨。通常用于研磨生物質(zhì)的裝置包括沖擊研磨機(jī)(例如錘磨機(jī))、磨碎機(jī)和運(yùn)動(dòng)分解磨(例如甩刀磨)。錘磨機(jī)系統(tǒng)可用于研磨包捆(通過(guò)傳送器裝載)成為初級(jí)顆粒。再研磨的顆粒具有500um和IOOOum 之間的平均尺寸，并用標(biāo)準(zhǔn)的帶式傳送器裝載至閉鎖料斗系統(tǒng)中。在步驟902中進(jìn)行生物質(zhì)供給。在一些實(shí)施方式中，可以使用高壓供給。在一些這種系統(tǒng)中，由于使用較小壓縮機(jī)的能力，生物質(zhì)固體的高壓供給與壓力下氣化可以減少投資成本。閉鎖料斗系統(tǒng)可以在壓力下供給反應(yīng)器過(guò)程。例如，供給系統(tǒng)可以在高壓下的蒸汽中夾帶生物質(zhì)材料，成功地在旋風(fēng)器系統(tǒng)中分離顆粒，并且適當(dāng)?shù)胤峙淞黧w至反應(yīng)器管。在步驟904中發(fā)生氣化。例如，在一些實(shí)施方式中，會(huì)聚的太陽(yáng)熱能驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)顆粒的氣化，以由氣化反應(yīng)至少生成氫和一氧化碳產(chǎn)物。在步驟906中發(fā)生燃料合成?，F(xiàn)場(chǎng)的燃料合成反應(yīng)器可以從氣化反應(yīng)接收氫和一氧化碳產(chǎn)物并且在烴燃料合成過(guò)程中使用氫和一氧化碳產(chǎn)物以產(chǎn)生液態(tài)烴燃料。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的一些實(shí)施方式包括噴嘴，以給離開(kāi)化學(xué)反應(yīng)器的產(chǎn)物氣體供應(yīng)水，以在水煤氣變換反應(yīng)中使一些產(chǎn)物一氧化碳變換成另外的氫和二氧化碳?xì)怏w， 使氫和一氧化碳比率適合甲醇合成，比如在合成氣中H2 CO比率在2.0到2. 7的范圍內(nèi)。在一些情況下，可以使用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和設(shè)備。如果以符合公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)，可以編輯設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)施方法的指令順序，用于在多種硬件平臺(tái)上執(zhí)行， 并且用于與多種操作系統(tǒng)對(duì)接?？梢岳斫?，多種編程語(yǔ)言可用于實(shí)施本文描述的本發(fā)明教導(dǎo)。而且，當(dāng)執(zhí)行動(dòng)作或者產(chǎn)生結(jié)果時(shí)，以一種形式或者另一形式(例如，程序、步驟、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序等等)提及軟件在本領(lǐng)域是常見(jiàn)的。這些表達(dá)僅僅是通過(guò)計(jì)算機(jī)執(zhí)行軟件引起計(jì)算機(jī)的處理器完成動(dòng)作或產(chǎn)生結(jié)果的說(shuō)法的簡(jiǎn)略表達(dá)方式?？刂葡到y(tǒng)可在使用與一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，比如遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)邏輯連接的聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中操作。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、服務(wù)器、路由器、網(wǎng)絡(luò)PC、對(duì)等設(shè)備或其他普通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并典型地包括許多或所有上述與計(jì)算機(jī)相關(guān)的元件。應(yīng)理解機(jī)器可讀介質(zhì)包括以機(jī)器(例如，計(jì)算機(jī))可讀形式儲(chǔ)存或者傳送信息的任何機(jī)械裝置。例如，機(jī)器可讀介質(zhì)包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)；磁盤(pán)存儲(chǔ)器；光學(xué)存儲(chǔ)器；閃存器等。以代表在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)位上操作的算法和符號(hào)，提供了上面詳細(xì)描述的一些部分。這些算法描述和表示是在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域技術(shù)人員將他們的工作內(nèi)容最有效傳達(dá)給該領(lǐng)域其他技術(shù)人員所使用的手段。這里一般認(rèn)為算法是產(chǎn)生期望結(jié)果的有條理的步驟順序。步驟是需要物理量的物理操作的那些。通常地，盡管不是必須地，這些量采用能夠被儲(chǔ)存、傳遞、組合、比較和以其他方式操作的電或磁信號(hào)的形式。主要是共同使用的原因，已證明，有時(shí)以位、值、要素、符號(hào)、字符、項(xiàng)、數(shù)字或類(lèi)似的形式提及這些信號(hào)是方便的。這些程序、算法等可以用許多不同的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)。算法還可用軟件中的代碼線、軟件中配置的邏輯門(mén)或兩者的組合實(shí)現(xiàn)?？梢浦驳膽?yīng)用程序和它的安全機(jī)構(gòu)可用任何數(shù)量的軟件編程語(yǔ)言撰寫(xiě)。除非從上面討論明顯的相反指出，應(yīng)當(dāng)理解貫穿說(shuō)明書(shū)、討論使用術(shù)語(yǔ)比如“處理”或“計(jì)算(computing) ”或“計(jì)算(calculating) ”或“確定”或“顯示”等，指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類(lèi)似電子計(jì)算設(shè)備的動(dòng)作或過(guò)程，其操作并轉(zhuǎn)換在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器中表示為物理(電子)量的數(shù)據(jù)為在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器和寄存器、或其他這樣的信息儲(chǔ)存、傳送或顯示設(shè)備中類(lèi)似表示為物理量的其他數(shù)據(jù)。盡管已示出本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施方式。本發(fā)明可被理解為不被本文描述的具體實(shí)施方式
限制，而僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，所述方法包括將包括生物質(zhì)顆粒的化學(xué)反應(yīng)物，在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中，使用驅(qū)動(dòng)所述化學(xué)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的會(huì)聚太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)化為包括一氧化碳和氫的合成氣；供應(yīng)所述合成氣，用于在甲醇合成裝置中使所述合成氣催化轉(zhuǎn)化為甲醇；根據(jù)在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的合成氣的量，使在所述甲醇合成裝置中的許多甲醇機(jī)組在操作狀態(tài)和閑置狀態(tài)之間循環(huán)；和其中所述化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)到所述甲醇合成裝置的控制系統(tǒng)并從所述甲醇合成裝置的控制系統(tǒng)接收反饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，其中所述化學(xué)裝置是集成的生物精制裝置，其在所述集成太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置中進(jìn)行所述生物質(zhì)顆粒到汽油的轉(zhuǎn)化，其中來(lái)自所述甲醇合成裝置的甲醇在甲醇到氣體過(guò)程中被轉(zhuǎn)化為汽油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括形成所述合成氣的儲(chǔ)存容量以及所述甲醇機(jī)組的閑置，以消除所述甲醇合成裝置的響應(yīng)速率與所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的響應(yīng)速率之間的相互影響，并且其中為所述集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置建立的所述儲(chǔ)存容量和閑置過(guò)程還消除了在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的合成氣的直接生產(chǎn)速率與所述甲醇合成裝置的供應(yīng)需求之間的相互影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括使在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中的包括生物質(zhì)氣化反應(yīng)、蒸氣重整反應(yīng)、干法重整反應(yīng)和這些反應(yīng)的各種組合的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型，與引向包括所述化學(xué)反應(yīng)器的太陽(yáng)熱接收器的可利用的會(huì)聚太陽(yáng)能的量平衡，以便使太陽(yáng)能化學(xué)反應(yīng)器保持在如此溫度，在該溫度下所述化學(xué)反應(yīng)器操作足夠高，以維持生成的合成氣的H2和CO比率在期望的2.1 1到 2.8 1摩爾比之內(nèi)，基本上不含焦油，焦油少于200mg/m3，且在所述生成的合成氣中按體積計(jì)具有少于15%的0)2，和控制流入所述化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)器管中的蒸汽、天然氣和生物質(zhì)顆粒的量以保持所述生成的合成氣在上面設(shè)定的閾值之內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括在所述集成的化學(xué)裝置啟動(dòng)期間，使所述化學(xué)反應(yīng)器升高以達(dá)到至少800°C的操作溫度，以便來(lái)自所述化學(xué)反應(yīng)器的流出反應(yīng)物產(chǎn)物具有用于甲醇合成的合適的氣體組成和品質(zhì)；和在所述化學(xué)反應(yīng)器升至所述操作溫度的時(shí)間之后，控制下列之一 1)參與所述反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器管的可變的量，2)從供給系統(tǒng)供應(yīng)入所述化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)器管中的生物質(zhì)顆粒的供給速率，或幻二者，以便控制進(jìn)入所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的物質(zhì)的流速和化學(xué)組成，達(dá)到1)可利用的量和2、預(yù)測(cè)的可利用的會(huì)聚太陽(yáng)能的量以驅(qū)動(dòng)在化學(xué)反應(yīng)器中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)同時(shí)保持所述化學(xué)反應(yīng)器的溫度在800-1600°C之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括在當(dāng)所述化學(xué)反應(yīng)器停止合成氣反應(yīng)產(chǎn)物的商業(yè)水平生產(chǎn)的時(shí)間段期間，并在當(dāng)所述化學(xué)反應(yīng)器恢復(fù)合成氣反應(yīng)產(chǎn)物的商業(yè)水平生產(chǎn)之前，使位于太陽(yáng)熱接收器中的所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器保持在比周?chē)叩臏囟取?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括當(dāng)1)所述太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域?qū)?zhǔn)包括所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的所述太陽(yáng)熱接收器的開(kāi)口處，和2)所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器至少在800°C的最低操作溫度和優(yōu)選地大于100(TC時(shí)，使生物質(zhì)顆粒的夾帶流開(kāi)始進(jìn)入所述化學(xué)反應(yīng)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括為作為最終產(chǎn)物或另一種烴燃料比如汽油的中間化合物的每天的甲醇產(chǎn)物建造具有超大儲(chǔ)存容量的甲醇儲(chǔ)存罐，當(dāng)以100%的容量操作時(shí)，其中所述甲醇合成裝置比甲醇到氣體合成裝置具有大得多的容量，以及由于在罐中建有更大的容量，過(guò)量的甲醇被儲(chǔ)存用于整夜使用，而剩余的甲醇在從接近日出到接近日落的正常時(shí)間期間用于供應(yīng)甲醇到氣體的合成裝置，并當(dāng)在關(guān)閉期間，所述甲醇到氣體的合成裝置具有容量以繼續(xù)從建造的甲醇儲(chǔ)存罐中緩沖和儲(chǔ)存的甲醇以峰值生產(chǎn)力的減少百分?jǐn)?shù)運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，其中所述集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置包括數(shù)個(gè)工藝步驟，包括用于制造生物質(zhì)顆粒的研磨系統(tǒng)和根據(jù)需要運(yùn)行的其他化學(xué)供給準(zhǔn)備過(guò)程；當(dāng)所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器在至少它的最低操作溫度時(shí)，供應(yīng)包括生物質(zhì)顆粒的化學(xué)反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)物供給系統(tǒng)；當(dāng)不使用時(shí)收起并且被對(duì)準(zhǔn)以在至少接近日出時(shí)將所述會(huì)聚的太陽(yáng)能聚焦在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域過(guò)程，其中所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器過(guò)程在停止生產(chǎn)期間保持在或接近操作溫度；一天M小時(shí)在壓縮和閑置之間轉(zhuǎn)換壓縮機(jī)階段的壓縮機(jī)過(guò)程；合成氣清潔過(guò)程；和所述甲醇合成裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括在所述化學(xué)反應(yīng)器的多個(gè)反應(yīng)器管中，在管中存在一種或多種下列化學(xué)反應(yīng)物情況下，使所述生物質(zhì)顆粒氣化(i)生物質(zhì)顆粒和蒸汽(ii)生物質(zhì)顆粒、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應(yīng)器管是由操作不同化學(xué)反應(yīng)物的材料構(gòu)成的，且所述反應(yīng)器管的內(nèi)壁由具有良好到優(yōu)異耐蒸汽性等級(jí)的抗腐蝕材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，其中設(shè)定包括所述化學(xué)反應(yīng)器的太陽(yáng)熱接收器周?chē)慕^熱厚層，以限制通過(guò)自所述接收器的腔傳導(dǎo)的熱損失，連同設(shè)定覆蓋接收器孔的可移動(dòng)絕熱門(mén)，以限制在不操作期間——包括惡劣的天氣或者夜間——的輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流引起的離開(kāi)腔的熱損失，以便當(dāng)沒(méi)有會(huì)聚的太陽(yáng)能被引向腔孔時(shí)，在12小時(shí)期間內(nèi)所述腔內(nèi)的溫度降低少于400°C，其中所述絕熱層和門(mén)保持熱能以減小1)停工之后加熱所述接收器和反應(yīng)器管所需的時(shí)間的量，和2、施加給構(gòu)造的所述接收器和反應(yīng)器材料的熱沖擊和應(yīng)力。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括將悴火區(qū)域放置在所述化學(xué)反應(yīng)器中反應(yīng)器管的氣化反應(yīng)區(qū)域的出口附近，在那里在所述悴火區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)注射管將由1)低溫水(H2O)、2)具有低溫水的甲烷(CH4)、3) 低溫甲醇(CH3OH)和4)各種組合的至少一種組成的冷卻化合物直接注入合成氣管和/或攜帶所述反應(yīng)器管的流出物流的歧管，以同時(shí)1)使反應(yīng)產(chǎn)物的合成氣流從至少1000°C迅速冷卻至小于400°C和2)提供對(duì)實(shí)現(xiàn)合成氣的合適的H2和CO比率必需的化合物，該比率是燃料合成必需的，和其中引起吸熱反應(yīng)的能量來(lái)自在反應(yīng)產(chǎn)物合成氣流中包含的熱，且對(duì)于燃料合成必需的合成氣組分的合適的H2和CO比率是2 1到2.8 1的H2和CO比率。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括 從供應(yīng)有合成氣的輸入端，平行操作多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組，所述合成氣來(lái)自1)所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器或來(lái)自2、合成氣儲(chǔ)存單元，或二者的組合；和基于從由所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器生成的合成氣的量的反饋，通過(guò)可能地1)使一個(gè)或多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組閑置或幻減少一個(gè)或多個(gè)所述甲醇反應(yīng)器機(jī)組的輸出，控制多個(gè)機(jī)組的操作，基于季節(jié)的、白天的和天氣影響，合成氣輸出的體積經(jīng)歷顯著的變化，因此，由于從所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器供給入所述過(guò)程的合成氣的可變量，所述多個(gè)甲醇反應(yīng)器機(jī)組是單獨(dú)可控的，以在閑置狀態(tài)和操作狀態(tài)之間循環(huán)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括 在閑置非生產(chǎn)時(shí)段期間控制包括所述甲醇合成裝置的化學(xué)、溫度和壓力的參數(shù)，以便當(dāng)太陽(yáng)能生成的合成氣的供應(yīng)恢復(fù)足夠量時(shí)所述甲醇合成裝置可迅速恢復(fù)生成產(chǎn)物甲醇；在閑置非生產(chǎn)時(shí)段期間控制包括所述甲醇合成裝置的化學(xué)、溫度和壓力的參數(shù)，以便在裝置的壽命內(nèi)甲醇合成裝置的催化活性或生產(chǎn)量幾乎沒(méi)有額外損失至沒(méi)有額外損失超過(guò)由于催化劑老化和參與所述催化活性所預(yù)期的損失；和供應(yīng)來(lái)自所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的合成氣至下游化學(xué)合成過(guò)程，其中生成甲醇并接著供應(yīng)到甲醇到汽油過(guò)程。
15.用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，包括在具有多個(gè)反應(yīng)器管的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中使用驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的會(huì)聚的太陽(yáng)能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其中在反應(yīng)器管中進(jìn)行的吸熱化學(xué)反應(yīng)包括使用來(lái)自會(huì)聚太陽(yáng)能區(qū)域的太陽(yáng)熱能進(jìn)行下列一種或多種生物質(zhì)氣化、蒸汽甲烷重整和甲烷裂化；向下游化學(xué)合成裝置供應(yīng)來(lái)自所述化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，所述化學(xué)合成裝置具有它的操作和閑置參數(shù)，所述參數(shù)被控制以考慮作為供給產(chǎn)物的來(lái)自所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的太陽(yáng)生成產(chǎn)物的周期性供應(yīng)；和當(dāng)1)所述太陽(yáng)會(huì)聚區(qū)域?qū)?zhǔn)包括所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器的所述太陽(yáng)熱接收器的開(kāi)口處，和2)所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器至少在800°C的最低操作溫度和優(yōu)選地大于 1000°C時(shí)，使化學(xué)反應(yīng)物的夾帶流開(kāi)始進(jìn)入所述化學(xué)反應(yīng)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括其中在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器管中進(jìn)行的吸熱化學(xué)反應(yīng)是生物質(zhì)氣化反應(yīng)、蒸氣重整反應(yīng)、干法重整反應(yīng)和這些反應(yīng)的各種組合，其中所述多個(gè)反應(yīng)器管的控制被分成兩個(gè)或多個(gè)組的管亞組；用于所述化學(xué)合成裝置的控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)到用于所述化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)并從所述化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)接收反饋，且用于所述化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)至少指示在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的產(chǎn)物的量；和通過(guò)控制使生物質(zhì)顆粒供給到攜帶所述生物質(zhì)顆粒到所述反應(yīng)器管的夾帶氣的閉鎖料斗的螺桿的旋轉(zhuǎn)速率，使流入每個(gè)所述反應(yīng)器管的生物質(zhì)顆粒的量與可利用的太陽(yáng)能的量平衡，其中通過(guò)該閉鎖料斗供應(yīng)的管亞組中的所有反應(yīng)器管的供給速率同時(shí)升高或降低。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括其中在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)在反應(yīng)器管中進(jìn)行的吸熱化學(xué)反應(yīng)是生物質(zhì)氣化反應(yīng)、蒸氣重整反應(yīng)、干法重整反應(yīng)和這些反應(yīng)的各種組合；和使在各種化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)和通過(guò)可利用會(huì)聚太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)各種化學(xué)反應(yīng)所需能量平衡，同時(shí)還保持所述化學(xué)反應(yīng)器的操作溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，并包括每個(gè)吸熱反應(yīng)消耗一定量的可用能量并控制進(jìn)入所述化學(xué)反應(yīng)器的每種反應(yīng)物產(chǎn)物的濃度/量以控制進(jìn)入反應(yīng)的反應(yīng)物的摩爾濃度和比率，以便控制離開(kāi)反應(yīng)的產(chǎn)物，并控制什么化學(xué)反應(yīng)物被供應(yīng)至所述反應(yīng)器；并從而控制在多個(gè)反應(yīng)器管中進(jìn)行什么化學(xué)反應(yīng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括其中在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器管中進(jìn)行的吸熱化學(xué)反應(yīng)是生物質(zhì)氣化反應(yīng)、蒸氣重整反應(yīng)、干法重整反應(yīng)和這些反應(yīng)的各種組合；和使用控制流入管中的蒸氣、天然氣、生物質(zhì)顆粒、其他化學(xué)反應(yīng)物和惰性顆粒的量的組合，保持生成的合成氣在設(shè)定的閥值內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括其中在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器管中進(jìn)行的吸熱化學(xué)反應(yīng)是生物質(zhì)氣化反應(yīng)、蒸氣重整反應(yīng)、干法重整反應(yīng)和這些反應(yīng)的各種組合；和通過(guò)前饋/反饋模型預(yù)測(cè)性控制系統(tǒng)與在多個(gè)管和接收器腔中足夠的表面積、熱質(zhì)和熱容的設(shè)計(jì)配合，以確保在每天快速變化的天氣條件期間，所述反應(yīng)器腔的溫度維持在低于1600°C并高于800°C的操作溫度范圍內(nèi)，控制在所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中的生物質(zhì)顆粒的供給速率，其中前饋模型基于期望的天氣預(yù)測(cè)在給定日子的每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的可利用太陽(yáng)能，其中在太陽(yáng)能接收器的腔和所述化學(xué)反應(yīng)器的多個(gè)反應(yīng)器管中設(shè)計(jì)/制造足夠的表面積和熱質(zhì)，作為穩(wěn)定因素起作用，平衡非常短時(shí)間的可利用太陽(yáng)能的小波動(dòng)(秒到秒)，使接收器和反應(yīng)器產(chǎn)生由于可利用的太陽(yáng)能的這些瞬變引起的可忽略的溫度緩慢上升和緩慢下降；分析在所述化學(xué)反應(yīng)器出口處的化學(xué)組成以感測(cè)一種或多種可能流出化學(xué)品的變化， 所述可能流出化學(xué)品包括氫、一氧化碳、甲烷、焦油組分、二氧化碳、硫化物或其任何組合； 禾口為所述控制系統(tǒng)的反饋部分提供動(dòng)態(tài)信號(hào)以保持上面這些組分在期望的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法，還包括其中在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器管中進(jìn)行的所述吸熱化學(xué)反應(yīng)是生物質(zhì)氣化反應(yīng)、蒸氣重整反應(yīng)、干法重整反應(yīng)和這些反應(yīng)的各種組合，和所述燃料合成裝置是甲醇合成裝置；向1)化學(xué)反應(yīng)物供給系統(tǒng)，2)太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域，3)用于閑置期間的補(bǔ)充加熱系統(tǒng)和4) 甲醇合成裝置供應(yīng)控制信號(hào)并從它們接收反饋；和其中下列的滯后時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間都是被在發(fā)送所述控制信號(hào)到所述供給系統(tǒng)、所述太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域、所述甲醇合成裝置和所述補(bǔ)充加熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中的控制算法所考慮的因素1)太陽(yáng)能會(huì)聚區(qū)域改變供應(yīng)的會(huì)聚太陽(yáng)能的對(duì)準(zhǔn)和量，幻供給系統(tǒng)改變流入所述反應(yīng)器管中的生物質(zhì)的量，幻對(duì)于天氣事件改變可利用的太陽(yáng)能的量的時(shí)間，和4)改變合成氣組成包括用于甲醇合成的H2 CO比率的時(shí)間。
全文摘要
公開(kāi)了處理太陽(yáng)能變化的集成的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)裝置的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，包括生物質(zhì)顆粒的化學(xué)反應(yīng)物在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中使用驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的會(huì)聚太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為包括一氧化碳和氫的合成氣。提供該合成氣，在甲醇合成裝置中將該合成氣催化轉(zhuǎn)化為甲醇。根據(jù)在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)器中生成的合成氣的量，在甲醇合成裝置中的許多甲醇機(jī)組在操作狀態(tài)和閑置狀態(tài)之間循環(huán)。化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)到甲醇合成裝置的控制系統(tǒng)并從甲醇合成裝置的控制系統(tǒng)接收反饋。
文檔編號(hào)F25B29/00GK102460039SQ201080025964
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者A·民登, C·普爾金斯, C·海爾頓, W·西蒙斯, Z·約凡諾維克 申請(qǐng)人:三照普燃料公司