[发明专利]太阳能热驱动的生物质超临界水气化制氢吸收反应器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用以及生物质及有机废弃物的洁净转化利用领域，涉及生物质超临界水气化制氢技术，特别涉及一种太阳能热驱动的生物质超临界水气化制氢吸收反应器。

背景技术

随着化石能源的枯竭，及化石燃料带来的日益严重的环境污染，开发可再生替代能源已迫在眉睫。氢作为良好的能量载体，被认为是未来连接可再生能源和化学燃料的桥梁。因此，发展大规模制氢技术成为目前能源界的研究热点。

生物质超临界水制氢技术是上世纪70年代开始发展起来的新兴制氢技术。生物质超临界水制氢技术的特点是条件温和，只需600℃左右的温度，生物质即可获得较高气化率；反应产物几乎不含焦炭、焦油，过程无污染；湿生物质不用干燥，可直接处理，节省了干燥所需的大量成本；生物质原料，如农业及工业废弃物，城市污水等，经过处理后可得到高热值的合成气，其本身也得到了净化处理。由于其相比传统生物质转化技术及新兴热化学分解水制氢技术具有上述诸多优点，世界各国学者对它进行了广泛而深入的研究。国外较早开展该项工作的是MIT的Modell，他在专利US4113446中开创性的在超临界水环境中进行了各种有机物的催化气化和非催化气化实验。夏威夷大学的Antal在专利WO1996030464中提供了一种生 物质超临界水气化装置，进行了葡萄糖、甘蔗渣、污泥等生物质的含碳催化剂的催化气化，并实现了部分生物质的完全气化。另外还有学者利用超临界水的特点，开展很多有意义的工作。如He在专利US20080099377中利用超临界水进行了重油、沥青等碳氢化合物的无污染转化利用，Okajima在专利JP2005270768-A中利用碱性催化剂对造纸废液和废纸等进行超临界水高效气化，实现了二氧化碳的分离和有害物质的去除。在国内，西安交通大学的动力工程多相流国际重点实验室首先开展了生物质的超临界水气化装置和理论研究，先后已申请三项专利。其中，专利ZL02114529.6提供了一种小型连续式生物质超临界水反应装置，并首次采用CMC与生物质混合的方法解决了高压多相连续混输问题；专利ZL2005 10041633.8提出了煤与生物质共气化的概念，大大提高了煤的超临界水气化效率；申请专利CN101058404A采用超临界水流化床的方法，解决了高浓度生物质气化、反应器管壁结渣的问题，提供了超临界水部分氧化的方法实现反应自热。

但是，以上所提到各种超临界水气化制氢研究仅是停留于实验室范围内的理论研究。制氢技术的发展最终目的成为可再生能源与化学能源的桥梁。因此，利用可再生能源为制氢过程提供能量势必所趋。太阳能作为地球上分布最为广泛的能源，储量巨大且无地域限制。利用太阳能制氢，即将太阳能储存于化学能源之中，以解决太阳能不连续、分散、不易储存的难题，成为制氢领域的热点。目前，太阳能制氢技术分为太阳能光催化/光化学转化制氢，太阳能光生物转化制氢，太阳能热化学转化制氢。而直接太阳能驱动热化学分解水和生物质转化制氢被认为是在近期内最有可能实现工业化的制氢技术。太阳能驱动热化学分解水和生物质制氢方法具有很 多种，如直接分解水，两步或多步法分解水，甲烷重整制氢等等，而直接太阳能驱动生物质超临界水气化制氢技术未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能热驱动的生物质超临界水气化制氢吸收反应器，该吸收反应器成功的实现了太阳能吸收器与生物质超临界水反应器的耦合。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

该吸收反应器包括太阳能吸收器、蛇形生物质超临界水管流反应器、圆锥面太阳能二次聚光器、辅助电加热、铠装热电偶、壁面热电偶、调节螺杆、塔架。圆锥面太阳能二次聚光器与太阳能吸收器采光口相衔接；太阳能吸收器内置有蛇形生物质超临界水管流反应器；太阳能吸收器由塔架支撑，其倾斜角度由调节螺杆调节；太阳能吸收器底部设有辅助电加热；蛇形生物质超临界水管流反应器内的流体温度由铠装热电偶监测，铠装热电偶分别与蛇形生物质超临界水管流反应器连接，反应器外壁温度及太阳能吸收器腔体内壁温度由多个壁面热电偶监测。

所述的太阳能吸收器为方形腔式吸收器，腔体内壁由耐火砖砌成，外部包覆保温材料，其内壁表面积与采光口面积比大于30，可做黑体处理；太阳能吸收器采光口与圆锥面太阳能二次聚光器相衔接；太阳能吸收器的倾斜角度与定日镜自旋轴轴向角度一致，所述倾斜角度可由调节螺杆调节；太阳能吸收器由塔架支撑，其基于塔式聚光系统的特点，决定了其更适合进行工业放大。