利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括太陽能集熱反應子系統(tǒng)、生物質(zhì)氣化子系統(tǒng)、甲醇合成子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)，主要設備包括平板式太陽能干燥器、槽式太陽能集熱器、蒸汽發(fā)生器、塔式太陽能反射鏡場、塔式高溫氣化反應器、氣體減溫器、氣體冷凝凈化器、壓縮機組、甲醇合成塔、換熱器、氣液減溫器、閃蒸罐、分離器、混合器、精餾塔、甲醇罐、燃燒室、壓縮機、燃氣透平、余熱鍋爐、蒸汽輪機、冷凝器、給水泵和發(fā)電機。利用本發(fā)明，實現(xiàn)了太陽能向化學能的轉(zhuǎn)化，并解決了當前太陽能的儲能難度大和可再生能源輸送穩(wěn)定性差等問題，同時也提高了生物質(zhì)的有效利用率。
【專利說明】利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及多種可再生能源互補利用【技術(shù)領域】，尤其是一種利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，人類對能源的需求量越來越大，煤炭、石油和天然氣等化石燃料大量消耗，隨之帶來的不僅是能源資源儲量的急劇降低，還將產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染，尤其是大量CO2等溫室氣體的排放將影響到全球的生態(tài)平衡。
[0003]中國的一次能源生產(chǎn)總量從2000年的13.51億噸標準煤增長至2012年的33.19億噸標準煤，增幅達到145.67%，年一次能源消耗量也由2000年的14.55億噸標準煤增長至2012年的36.17億噸標準煤，總量翻了一倍，增加了 148.59%。尤其需指出的是，至2012年中國的石油對外依存度已達到56.4%。面對日益增長的能源需求量，在提高能源利用率的同時，也應充分利用可再生能源予以替代。
[0004]另一方面，我國的太陽能資源非常豐富，年太陽能輻射值約為1050?2450kW.h (m2.a),大于1050kW.h (m2.a)的地區(qū)占國土面積的96%以上。我國的年平均日太陽輻射量為180W/m2，平均日太陽輻射量的分布趨勢表現(xiàn)為西高東低。在我國的西藏、青海和新疆等西部地區(qū)，太陽能資源極為豐富，年日照時間更是在3000小時以上，屬世界太陽能資源豐富地區(qū)之一。在世界范圍內(nèi)，目前已有多個采用槽式和塔式太陽能發(fā)電技術(shù)的示范電站投入商業(yè)運行。相對而言，太陽能的能量密度低且存在晝夜和季節(jié)性變化，這將無法保證太陽能資源的持久和穩(wěn)定輸出，需借助一定的儲能裝置。
[0005]與此同時，中國的生物質(zhì)秸桿年產(chǎn)量為8.42億噸，其中可收集利用量達到6.86億噸，利用前景非常廣闊。目前生物質(zhì)作能源用途的利用技術(shù)手段主要包括燃燒、熱解和氣化，其中通過氣化可生產(chǎn)出富含H2和CO的合成氣，能夠與高效的燃氣發(fā)電技術(shù)相結(jié)合以構(gòu)成整體生物質(zhì)氣化燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(BIGCC)?，F(xiàn)有的生物質(zhì)氣化技術(shù)主要采用自燃燒的方式來提供反應所需要的熱量。選用空氣或濕空氣作為氣化劑，通過空氣中含有的氧成分與生物質(zhì)發(fā)生氧化反應來為氣化提供充足的熱量，也能利用的產(chǎn)生熱量來維持氣化反應器內(nèi)較高的反應溫度，同時水蒸氣和產(chǎn)生的CO2將與生物質(zhì)發(fā)生還原反應，最后生成H2和CO等成分。但此類生物質(zhì)氣化技術(shù)仍存在很多缺陷，其中氣化反應所需要的熱量是通過燃燒生物質(zhì)來提供的，提供反應熱的生物質(zhì)量約占生物質(zhì)原有輸入量的1/3，直接導致氣化產(chǎn)氣量的下降，而且因存在的氧化反應使得氣化產(chǎn)生CO2量偏高，同時因燃燒產(chǎn)生的雜質(zhì)還將污染氣化合成氣，使得后期的氣體凈化負荷增大。生物質(zhì)氣化所需要的熱源溫度僅需850°C左右，常規(guī)的氣化技術(shù)卻直接燃燒高品質(zhì)的生物質(zhì)化學能來提供氣化熱源，導致了能量品位的不對口，未真正實現(xiàn)物盡其用的目的。
[0006]與化石燃料相比，太陽能和生物質(zhì)具備儲量大和使用清潔等諸多優(yōu)點，利用這類可再生能源將能有效地緩解日益嚴峻的環(huán)境污染等問題，同時太陽能為生物質(zhì)干燥和氣化等流程提供了與之相匹配溫度的熱源，降低了能量品位損失。[0007]著眼于未來，能源供給將朝著高效和清潔的方向發(fā)展，同時隨著燃料電池和氫能汽車等清潔高效能源利用技術(shù)的完善與推廣，對于氫氣和甲醇等各類清潔燃料的需求量也將迅猛增長。單純依靠現(xiàn)有的化石燃料氣化和天然氣重整技術(shù)，不僅不能滿足未來的能源需求，同時也不符合能源可持續(xù)的發(fā)展方向。借助豐富的太陽能和生物質(zhì)等可再生能源將能有效地緩解日益增長的能源需求和有限的化石能源儲量之間的矛盾，但如何實現(xiàn)可再生能源的可靠和穩(wěn)定輸出則成為當前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一 )要解決的技術(shù)問題
[0009]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，以實現(xiàn)太陽能向化學能的轉(zhuǎn)化，并解決當前太陽能的儲能難度大和可再生能源輸送穩(wěn)定性差等問題，同時也提高生物質(zhì)的有效利用率。
[0010](二)技術(shù)方案
[0011]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括:
[0012]太陽能集熱反應子系統(tǒng)，包括平板式太陽能干燥器1、槽式太陽能集熱器2、蒸汽發(fā)生器3和塔式太陽能反射鏡場4，其中，平板式太陽能干燥器I利用吸收的太陽能對進入其中的生物質(zhì)SI進行干燥，并將干燥后的生物質(zhì)SI送入生物質(zhì)氣化子系統(tǒng)的塔式高溫氣化反應器5 ;蒸汽發(fā)生器3的熱端進出口與槽式太陽能集熱器2閉合連接，利用槽式太陽能集熱器2的熱量使進入蒸汽發(fā)生器3中的水S2變成蒸汽，并將蒸汽送入塔式高溫氣化反應器5 ;塔式太陽能反射鏡場4布置在塔式高溫氣化反應器5的周圍，作為塔式高溫氣化反應器5高溫氣化反應的熱源；
[0013]生物質(zhì)氣化子系統(tǒng)，包括塔式高溫氣化反應器5、氣體減溫器6和氣體冷凝凈化器7，其中，塔式高溫氣化反應器5利用塔式太陽能反射鏡場4反射并聚焦獲得高溫熱源，使進入其中的干燥后的生物質(zhì)SI和蒸汽發(fā)生器3生成的蒸汽發(fā)生高溫氣化反應產(chǎn)生高溫氣體，該高溫氣體首先通過氣體減溫器6進行冷卻，并送至氣體冷凝凈化器7進行后續(xù)的水分分離和氣體凈化，經(jīng)處理的氣體被送至甲醇合成子系統(tǒng)的壓縮機組8 ；
[0014]甲醇合成子系統(tǒng)，包括壓縮機組8、甲醇合成塔9、換熱器10、氣液減溫器11、閃蒸罐12、分離器13、混合器14、精餾塔15和甲醇罐16，其中，壓縮機組8對進入的氣體進行多級加壓并利用換熱器10完成預熱后送至甲醇合成塔9中，在甲醇合成塔9中反應后產(chǎn)生的甲醇和未反應氣體的氣液混合物依次經(jīng)過換熱器10和氣液減溫器11降溫，降溫后的氣液混合物利用閃蒸罐12進行氣液分離，分離出的液體甲醇經(jīng)過精餾塔15提純后送至甲醇罐16中，分離出的氣體利用分離器13進行調(diào)整分離成兩股氣體，一股氣體循環(huán)返送至壓縮機組8繼續(xù)進行甲醇合成流程，另一股氣體則與精餾塔15分離出的氣體成分一起經(jīng)混合器14送入發(fā)電子系統(tǒng)的燃燒室17中進行燃燒；
[0015]發(fā)電子系統(tǒng)，包括燃燒室17、壓縮機18、燃氣透平19、余熱鍋爐20、蒸汽輪機21、冷凝器22、給水泵23和發(fā)電機24，其中，空氣S3經(jīng)過壓縮機18壓縮后送至燃燒室17以提供氧氣成分，燃燒室17中產(chǎn)生的高溫煙氣推動燃氣透平19做功，燃氣透平19排放的煙氣被送至余熱鍋爐20中生產(chǎn)蒸汽推動蒸汽輪機21做功，余熱鍋爐20、蒸汽輪機21、冷凝器22、給水泵23與發(fā)電機24構(gòu)成完整的朗肯做功循環(huán)，最終利用發(fā)電機24產(chǎn)生電能。
[0016]上述方案中，所述平板式太陽能干燥器I直接利用空氣作為介質(zhì)干燥生物質(zhì)SI，將生物質(zhì)SI所含的水成分全部脫除。
[0017]上述方案中，所述槽式太陽能集熱器2以導熱油作為吸熱工質(zhì)，并通過蒸汽發(fā)生器3利用太陽輻射能對水S2進行加熱，使其轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽。
[0018]上述方案中，所述塔式高溫氣化反應器5借助布置在其周圍的塔式反射鏡場4來聚焦太陽能，以提供高溫氣化反應熱源。
[0019]上述方案中，所述氣體減溫器6和所述甲醇合成塔9都將釋放出大量的熱量，該熱量進一步通過加熱給水的形式引入發(fā)電子系統(tǒng)中。
[0020]上述方案中，所述甲醇合成塔9出口物流利用換熱器10將顯熱傳遞至入口物流以提高甲醇合成率，并繼續(xù)送至氣液減溫器11以利于后續(xù)的氣液分離，同時利用釋放的顯熱為精餾塔15提供中低溫再沸熱源。
[0021]上述方案中，所述閃蒸罐12用于分離甲醇合成塔9中未合成的氣體，所述分離器13將這些氣體分離成兩股氣體子物流，分別送至壓縮機組8和發(fā)電子系統(tǒng)。
[0022]上述方案中，該多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過調(diào)整分離器13的未反應氣體循環(huán)比來實現(xiàn)甲醇和電能的輸出產(chǎn)能調(diào)整和分配。
[0023](三)有益效果
[0024]從上述技術(shù)方案可看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025]1、本發(fā)明提供的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，基于“溫度對口，梯級利用”的能源利用機理借助不同的太陽能集熱裝置來完成生物質(zhì)的干燥、氣化和蒸汽生產(chǎn)過程，能夠優(yōu)化系統(tǒng)的熱能利用情況，提高整體的熱效率并降低系統(tǒng)的設備初投資。
[0026]2、本發(fā)明提供的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，使用太陽能為生物反應提供高溫反應熱源，減少了生物質(zhì)的氧化燃燒量，提高了生物質(zhì)的有效利用率，氣化反應的氣體產(chǎn)率將顯著增加，相對而言氣體中的CO2組分也將顯著降低，同時因反應器內(nèi)未發(fā)生燃燒反應而提高了氣體的純凈度，這將降低后續(xù)的氣體提純凈化負擔。
[0027]3、本發(fā)明提供的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)的產(chǎn)物主要包括甲醇和電能，通過將具有間歇性和分散性的太陽能轉(zhuǎn)化成品質(zhì)高且清潔的氣體燃料化學能，不僅實現(xiàn)了太陽能的形式轉(zhuǎn)變以利于儲存和傳輸，同時也實現(xiàn)了生物質(zhì)化學能的品質(zhì)提升。
[0028]4、本發(fā)明提供的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，是一套環(huán)保節(jié)能的綠色系統(tǒng)，充分利用了氣化產(chǎn)生的高溫氣體顯熱和甲醇合成放熱量，同時系統(tǒng)的生產(chǎn)運行過程中污染少能耗低，且消耗可再生能源，同時生產(chǎn)的甲醇也是一種清潔的液體燃料。
[0029]5、本發(fā)明提供的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)的產(chǎn)品主要包括甲醇和電能，實現(xiàn)了產(chǎn)物輸出的多樣化，避免為單一追求較高的甲醇產(chǎn)量而導致系統(tǒng)效率下降，同時可通過調(diào)整未反應氣體循環(huán)比、氣化反應溫度和輸入的水蒸氣流量等方式來實現(xiàn)各產(chǎn)物產(chǎn)量的調(diào)整，以能更好地滿足用戶需求。【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為依據(jù)本發(fā)明實施例的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖1中各部件的附圖標記為:1_平板式太陽能干燥器，2-槽式太陽能集熱器，3-蒸汽發(fā)生器，4塔式太陽能反射鏡場,5-塔式高溫氣化反應器,6-氣體減溫器,7-氣體冷凝凈化器，8-壓縮機組，9-甲醇合成塔，10-換熱器，11-氣液減溫器，12-閃蒸罐，13-分離器，14-混合器，15-精餾塔，16-甲醇罐，17-燃燒室，18-壓縮機，19-燃氣透平，20-余熱鍋爐，21-蒸汽輪機，22-冷凝器，23-給水泵，24-發(fā)電機，S1-生物質(zhì)，S2-水，S3-空氣，S4-煙氣。
【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0033]圖1是本發(fā)明提供的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括太陽能集熱反應子系統(tǒng)、生物質(zhì)氣化子系統(tǒng)、甲醇合成子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)，其中:
[0034]太陽能集熱反應子系統(tǒng)包括平板式太陽能干燥器1、槽式太陽能集熱器2、蒸汽發(fā)生器3和塔式太陽能反射鏡場4，其中，平板式太陽能干燥器I利用吸收的太陽能對進入其中的生物質(zhì)SI進行干燥，并將干燥后的生物質(zhì)SI送入生物質(zhì)氣化子系統(tǒng)的塔式高溫氣化反應器5 ;蒸汽發(fā)生器3的熱端進出口與槽式太陽能集熱器2閉合連接，利用槽式太陽能集熱器2的熱量使進入蒸汽發(fā)生器3中的水S2變成蒸汽，并將蒸汽送入塔式高溫氣化反應器5 ;塔式太陽能反射鏡場4布置在塔式高溫氣化反應器5的周圍，作為塔式高溫氣化反應器5高溫氣化反應的熱源。
[0035]生物質(zhì)氣化子系統(tǒng)包括塔式高溫氣化反應器5、氣體減溫器6和氣體冷凝凈化器7，其中，塔式高溫氣化反應器5利用塔式太陽能反射鏡場4反射并聚焦獲得高溫熱源，使進入其中的干燥后的生物質(zhì)SI和蒸汽發(fā)生器3生成的蒸汽發(fā)生高溫氣化反應產(chǎn)生高溫氣體，該高溫氣體首先通過氣體減溫器6進行冷卻，并送至氣體冷凝凈化器7進行后續(xù)的水分分離和氣體凈化，經(jīng)處理的氣體被送至甲醇合成子系統(tǒng)的壓縮機組8。
[0036]甲醇合成子系統(tǒng)包括壓縮機組8、甲醇合成塔9、換熱器10、氣液減溫器11、閃蒸罐12、分離器13、混合器14、精餾塔15和甲醇罐16，其中，壓縮機組8對進入的氣體進行多級加壓并利用換熱器10完成預熱后送至甲醇合成塔9中，在甲醇合成塔9中反應后產(chǎn)生的甲醇和未反應氣體的氣液混合物依次經(jīng)過換熱器10和氣液減溫器11降溫，降溫后的氣液混合物利用閃蒸罐12進行氣液分離，分離出的液體甲醇經(jīng)過精餾塔15提純后送至甲醇罐16中，分離出的氣體利用分離器13進行調(diào)整分離成兩股氣體，一股氣體循環(huán)返送至壓縮機組8繼續(xù)進行甲醇合成流程，另一股氣體則與精餾塔15分離出的氣體成分一起經(jīng)混合器14送入發(fā)電子系統(tǒng)的燃燒室17中進行燃燒。
[0037]發(fā)電子系統(tǒng)包括燃燒室17、壓縮機18、燃氣透平19、余熱鍋爐20、蒸汽輪機21、冷凝器22、給水泵23和發(fā)電機24，其中，空氣S3經(jīng)過壓縮機18壓縮后送至燃燒室17以提供氧氣成分，燃燒室17中產(chǎn)生的高溫煙氣推動燃氣透平19做功，燃氣透平19排放的煙氣被送至余熱鍋爐20中生產(chǎn)蒸汽推動蒸汽輪機21做功，余熱鍋爐20、蒸汽輪機21、冷凝器22、給水泵23與發(fā)電機24構(gòu)成完整的朗肯做功循環(huán)，最終利用發(fā)電機24產(chǎn)生電能。
[0038]其中，平板式太陽能干燥器I直接利用空氣作為介質(zhì)干燥生物質(zhì)SI，將生物質(zhì)SI所含的水成分全部脫除。槽式太陽能集熱器2以導熱油作為吸熱工質(zhì)，并通過蒸汽發(fā)生器3利用太陽輻射能對水S2進行加熱，使其轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽。塔式高溫氣化反應器5借助布置在其周圍的塔式反射鏡場4來聚焦太陽能，以提供高溫氣化反應熱源。氣體減溫器6和所述甲醇合成塔9都將釋放出大量的熱量，該熱量進一步通過加熱給水的形式引入發(fā)電子系統(tǒng)中。甲醇合成塔9出口物流利用換熱器10將顯熱傳遞至入口物流以提高甲醇合成率，并繼續(xù)送至氣液減溫器11以利于后續(xù)的氣液分離，同時利用釋放的顯熱為精餾塔15提供中低溫再沸熱源。閃蒸罐12用于分離甲醇合成塔9中未合成的氣體，所述分離器13將這些氣體分離成兩股氣體子物流，分別送至壓縮機組8和發(fā)電子系統(tǒng)。該多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過調(diào)整分離器13的未反應氣體循環(huán)比來實現(xiàn)甲醇和電能的輸出產(chǎn)能調(diào)整和分配。
[0039]在圖1中，生物質(zhì)SI與平板式太陽能干燥器I入口連接，蒸汽發(fā)生器3的熱端與槽式太陽能集熱器2閉合連接，水S2與蒸汽發(fā)生器3的冷端入口連接，平板式太陽能干燥器的I出口和蒸汽發(fā)生器3的冷端出口都與塔式高溫氣化反應器5入口相連，塔式高溫氣化反應器5的出口依次與氣體減溫器6、氣體冷凝凈化器7連接和壓縮機組8連接，壓縮機組8經(jīng)換熱器10與甲醇合成塔9連接，甲醇合成塔9出口依次與換熱器10、氣液減溫器11和閃蒸罐12相連接，閃蒸罐12的液相出口依次與精餾塔15和甲醇罐16連接，閃蒸罐12的氣相出口與分離器13連接后將出口氣體分成兩股，一股與壓縮機組8入口連接，另一股與精餾塔15的氣體出口一起進入混合器14，混合器14的出口與發(fā)電子系統(tǒng)連接來實施做功發(fā)電流程。
[0040]圖1所示的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的具體流程為:生物質(zhì)SI在平板式太陽能干燥器I中進行，同時水SI借助槽式太陽能集熱器2和蒸汽發(fā)生器3生產(chǎn)蒸汽；干燥后的生物質(zhì)和生產(chǎn)的水蒸氣一同送入塔式高溫氣化反應器5，利用塔式太陽能反射鏡場4反射并聚焦獲得高溫熱源，氣化產(chǎn)生的高溫氣體首先通過氣體減溫器6進行冷卻，并送至氣體冷凝凈化器7進行后續(xù)的水分分離和氣體凈化；經(jīng)處理的氣體送至壓縮機組8進行多級加壓并利用換熱器10完成預熱后送至甲醇合成塔9中，反應后產(chǎn)生的甲醇和未反應氣體的氣液混合物以此經(jīng)過換熱器10和氣液減溫器11降溫以分別提供氣體預熱和甲醇精餾熱源；降溫后的氣液混合物利用閃蒸罐12進行氣液分離，分離出的液體甲醇經(jīng)過精餾塔15提純后送至甲醇罐16中，分離出的氣體利用分離器13進行調(diào)整分離成兩股氣體，一股循環(huán)返送至壓縮機組8繼續(xù)進行甲醇合成流程，另一股則與精餾塔15分離出的氣體成分一起經(jīng)混合器14送入燃燒室17中進行燃燒，通過調(diào)整分離器13的未反應氣體循環(huán)比來調(diào)整系統(tǒng)的甲醇產(chǎn)量和發(fā)電出力；空氣S3經(jīng)過壓縮機18壓縮后送至燃燒室17以提供氧氣成分，產(chǎn)生的高溫煙氣推動燃氣透平19做功，進而利用排放的煙氣送至余熱鍋爐20中生產(chǎn)蒸汽推動蒸汽輪機21做功，并與冷凝器22和給水泵23構(gòu)成完整的朗肯做功循環(huán)，最終利用發(fā)電機24產(chǎn)生電能；氣體減溫器6和甲醇合成塔9所釋放出大量的熱量，將通過加熱給水等形式引入發(fā)電子系統(tǒng)中。
[0041]本發(fā)明所提供的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，對兩種可再生能源進行了合理集成利用，通過后續(xù)的生產(chǎn)過程來提供市場所需要的甲醇和電能。實施例中可采用的主要參數(shù)如表1所示。
[0042]表1
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，該多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括: 太陽能集熱反應子系統(tǒng)，包括平板式太陽能干燥器(I)、槽式太陽能集熱器(2)、蒸汽發(fā)生器(3)和塔式太陽能反射鏡場(4)，其中，平板式太陽能干燥器(I)利用吸收的太陽能對進入其中的生物質(zhì)(SI)進行干燥，并將干燥后的生物質(zhì)(SI)送入生物質(zhì)氣化子系統(tǒng)的塔式高溫氣化反應器(5);蒸汽發(fā)生器(3)的熱端進出口與槽式太陽能集熱器(2)閉合連接，利用槽式太陽能集熱器(2)的熱量使進入蒸汽發(fā)生器(3)中的水(S2)變成蒸汽，并將蒸汽送入塔式高溫氣化反應器(5);塔式太陽能反射鏡場(4)布置在塔式高溫氣化反應器(5)的周圍，作為塔式高溫氣化反應器(5)高溫氣化反應的熱源； 生物質(zhì)氣化子系統(tǒng)，包括塔式高溫氣化反應器(5)、氣體減溫器(6)和氣體冷凝凈化器(7)，其中，塔式高溫氣化反應器(5)利用塔式太陽能反射鏡場(4)反射并聚焦獲得高溫熱源，使進入其中的干燥后的生物質(zhì)(SI)和蒸汽發(fā)生器(3)生成的蒸汽發(fā)生高溫氣化反應產(chǎn)生高溫氣體，該高溫氣體首先通過氣體減溫器(6)進行冷卻，并送至氣體冷凝凈化器(7)進行后續(xù)的水分分離和氣體凈化，經(jīng)處理的氣體被送至甲醇合成子系統(tǒng)的壓縮機組(8)； 甲醇合成子系統(tǒng)，包括壓縮機組(8)、甲醇合成塔(9)、換熱器(10)、氣液減溫器(11)、閃蒸罐(12)、分離器(13)、混合器(14)、精餾塔(15)和甲醇罐(16)，其中，壓縮機組⑶對進入的氣體進行多級加壓并利用換熱器(10)完成預熱后送至甲醇合成塔(9)中，在甲醇合成塔(9)中反應后產(chǎn)生的甲醇和未反應氣體的氣液混合物依次經(jīng)過換熱器(10)和氣液減溫器(11)降溫，降溫后的氣液混合物利用閃蒸罐(12)進行氣液分離，分離出的液體甲醇經(jīng)過精餾塔(15)提純后送至甲醇罐(16)中，分離出的氣體利用分離器(13)進行調(diào)整分離成兩股氣體，一股氣體循環(huán)返送至壓縮機組(8)繼續(xù)進行甲醇合成流程，另一股氣體則與精餾塔(15)分離出的氣體成分一起經(jīng)混合器(14)送入發(fā)電子系統(tǒng)的燃燒室(17)中進行燃燒； 發(fā)電子系統(tǒng)，包括燃燒室(17)、壓縮機(18)、燃氣透平(19)、余熱鍋爐(20)、蒸汽輪機(21)、冷凝器(22)、給水泵(23)和發(fā)電機(24)，其中，空氣(S3)經(jīng)過壓縮機(18)壓縮后送至燃燒室(17)以提供氧氣成分，燃燒室(17)中產(chǎn)生的高溫煙氣推動燃氣透平(19)做功，燃氣透平(19)排放的煙氣被送至余熱鍋爐(20)中生產(chǎn)蒸汽推動蒸汽輪機(21)做功，余熱鍋爐(20)、蒸汽輪機(21)、冷凝器(22)、給水泵(23)與發(fā)電機(24)構(gòu)成完整的朗肯做功循環(huán)，最終利用發(fā)電機(24)產(chǎn)生電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述平板式太陽能干燥器(I)直接利用空氣作為介質(zhì)干燥生物質(zhì)(SI)，將生物質(zhì)(SI)所含的水成分全部脫除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述槽式太陽能集熱器(2)以導熱油作為吸熱工質(zhì)，并通過蒸汽發(fā)生器(3)利用太陽輻射能對水(S2)進行加熱，使其轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述塔式高溫氣化反應器(5)借助布置在其周圍的塔式反射鏡場(4)來聚焦太陽能，以提供高溫氣化反應熱源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體減溫器(6)和所述甲醇合成塔(9)都將釋放出大量的熱量，該熱量進一步通過加熱給水的形式引入發(fā)電子系統(tǒng)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述甲醇合成塔(9)出口物流利用換熱器(10)將顯熱傳遞至入口物流以提高甲醇合成率，并繼續(xù)送至氣液減溫器(11)以利于后續(xù)的氣液分離，同時利用釋放的顯熱為精餾塔(15)提供中低溫再沸熱源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述閃蒸罐(12)用于分離甲醇合成塔(9)中未合成的氣體，所述分離器(13)將這些氣體分離成兩股氣體子物流，分別送至壓縮機組(8)和發(fā)電子系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物質(zhì)和太陽能來制取甲醇及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，該多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過調(diào)整分離器(13)的未反應氣體循環(huán)比來實現(xiàn)甲醇和電能的輸出產(chǎn)能調(diào)整 和分配。
【文檔編號】F01K27/00GK103899371SQ201410097963
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】劉啟斌, 金紅光, 白章 申請人:中國科學院工程熱物理研究所