基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统的制作方法

技术特征：
1.一种基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，包括：太阳能集热子系统(a)，用于对太阳能进行集热，并利用收集的热能加热固体颗粒热载体，以将所述热能存储于所述固体颗粒热载体中；气化子系统(b)，包括热解反应器(5)及流化床气化反应器(8)，其中，所述热解反应器(5)用于将碳氢固体原料(s1)与所述固体颗粒热载体混合及传递热能，以驱动发生热解反应；所述流化床气化反应器(8)用于将热解反应的固体产物与所述固体颗粒热载体混合及传递热能，以驱动发生气化反应，产生气化合成气；制氢子系统(c)，用于根据所述气化合成气包含的热量产生水蒸气(s3)；并利用气化合成气及所述水蒸气(s3)进行水气变换反应以制备氢气；发电子系统(d)，用于利用热解反应的气体产物中不可凝结可燃气体和制备氢气过程中得到的可燃气体，来驱动燃气布雷顿循环发电，以及通过燃烧气化反应排放的可燃固体产物和利用燃气布雷顿循环的高温排烟热量，来驱动蒸汽朗肯循环发电。2.根据权利要求1所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述太阳能集热子系统(a)包括：定日镜场(1)、固体颗粒吸收器(2)、高温颗粒储罐(3)和低温颗粒储罐(4)；其中，所述定日镜场(1)用于将太阳能汇聚至所述固体颗粒吸收器(2)；所述低温颗粒储罐(4)用于存储低温固体颗粒热载体，并根据需要泵送低温固体颗粒热载体至所述固体颗粒吸收器(2)进行加热以吸收经汇聚的太阳能，得到高温固体颗粒热载体；所述高温颗粒储罐(3)用于存储所述高温固体颗粒热载体；在起始阶段，所述热解反应器(5)用于将所述高温固体颗粒热载体作为传热和储热介质，直接与所述碳氢固体原料(s1)混合，实现热能传递以驱动所述热解反应；所述流化床气化反应器(8)用于将所述高温固体颗粒热载体直接与所述热解反应的固体产物混合，实现热能传递以驱动所述气化反应；在后续反应阶段，所述热解反应器(5)用于将参与气化反应的高温固体颗粒热载体放热后所排出得到的中温固体颗粒热载体与所述碳氢固体原料(s1)混合，实现热能传递以驱动所述热解反应；所述流化床反应器(8)用于将所述高温固体颗粒热载体与所述热解反应的固体产物混合，实现热能传递以驱动所述气化反应。3.根据权利要求2所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述气化子系统(b)还包括：燃烧炉(9)，用于将气化反应的固体产物进行燃烧，以去除未反应完的碳氢固体原料，并获得一部分高温热能；旋风分离器(10)，用于从燃烧后的产物中分离出所述中温固体颗粒热载体，并将部分中温固体颗粒热载体送入所述热解反应器(5)进行所述热解反应，另一部分中温固体颗粒热载体经回热后送入太阳能集热子系统(a)，以循环吸收和存储高温太阳能。4.根据权利要求1所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述气化子系统(b)还包括：热解气体冷凝器(6)，用于利用冷却水(s2)将热解反应产生的气体产物进行降温冷凝，以分离出焦油和不凝结可燃气体(s6)；焦油储罐(7)，用于存储所述焦油；
颗粒回热器(11)，用于利用来自热解气体冷凝器(6)的冷却水(s2)回收中温颗粒热载体的热量并生产水蒸汽(s3)。5.根据权利要求1所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述制氢子系统(c)包括：一级气体回热器(15)，用于利用冷却水(s2)回收水气变换反应后的气体的余热；二级气体回热器(12)，用于利用经一级气体回热器(15)回热后的冷却水(s2)对所述气化合成气进行降温和气体显热回收，并利用回收的热量生产所述水蒸气(s3)；净化装置(13)，用于对降温后的气化合成气进行净化，脱除所述气化合成气中的杂质；变换反应器(14)，用于利用气化合成气及所述水蒸气进行水气变换反应；气体分离装置(16)，用于对水气变换反应后的气体进行分离，以得到所述氢气和所述可燃气体。6.根据权利要求1所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述发电子系统(d)包括燃气布雷顿循环发电结构及蒸汽朗肯循环发电结构：所述燃气布雷顿循环发电结构包括：压缩机(17)、燃烧室(18)和燃气透平(19)；所述蒸汽朗肯循环发电结构包括：余热锅炉(20)、蒸汽透平(21)、冷凝器(22)、给水泵(23)；其中，燃气布雷顿循环过程为：空气(s5)经过压缩机(17)压缩增压，而后送入燃烧室(18)，燃烧经热解气体冷凝器(6)分离得到的所述不可凝结可燃气体(s6)和气体分离器(16)得到的所述可燃气体，并驱动燃气透平(19)发电；其中，蒸汽朗肯循环过程为：利用燃烧气化反应的固体产物产生的高温烟气和燃气透平(19)高温排烟热量，生产水蒸汽，以驱动所述蒸汽透平(21)进行发电；所述燃烧室(18)还可以用于直接燃烧净化装置(13)排出的气化合成气，以调控发电量。7.根据权利要求1所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述固体颗粒吸收器(2)包括下落式颗粒接收器或绕流式颗粒接收器或旋转离心式颗粒吸收器；所述固体颗粒热载体包括石英砂或方晶石或矾土或碳化硅；所述固体颗粒热载体在重力作用下从固体颗粒吸收器(2)上端运动到下端，以吸收定日镜场(1)收集的太阳能进行加热，所述固体颗粒吸收器(2)通过扰流或旋转等方式控制所述固体颗粒热载体在固体颗粒吸收器(2)内的停留时间。8.根据权利要求1所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述太阳能集热子系统(a)还包括：集热塔，用于安装和承载所述固体颗粒吸收器(2)，其中，所述固体颗粒吸收器(2)安装在所述集热塔的顶部或底部；在所述固体颗粒吸收器(2)安装在所述的集热塔顶部的情况下，直接将所述固体颗粒热载体送入集热塔的顶部以吸收定日镜场(1)汇聚的太阳能；在所述固体颗粒吸收器(2)安装在所述集热塔的底部的情况下，所述固体颗粒吸收器(2)为卧式腔体结构的固体颗粒吸收器，所述集热塔的顶部还安装有双曲面式二次反射镜，所述双曲面式二次反射镜用于将所述定日镜场(1)汇聚的光线反射至所述集热塔的底部的卧式腔体结构的固体颗粒吸收器，以使得所述卧式腔体结构的固体颗粒吸收器中水平移动的固体颗粒热载体吸收太阳能。
9.根据权利要求1所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述水蒸气(s3)还将送入所述流化床气化反应器(8)，用作气化剂，参与热解反应固体产物的气化反应，以作为气化反应的氢源。10.根据权利要求6所述的基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，其中，所述水蒸气(s3)还将送入余热锅炉(20)进行发电；所述余热锅炉(20)还用于提供满足需求的水蒸汽。

技术总结
本公开提供一种基于高温固体颗粒热载体的太阳能气化系统，包括：太阳能集热子系统(A)，用于对太阳能进行集热，以加热固体颗粒热载体，将热能存储于固体颗粒热载体；气化子系统(B)，包括热解反应器(5)及流化床气化反应器(8)，热解反应器(5)用于将碳氢固体原料与固体颗粒热载体混合发生热解反应，流化床气化反应器(8)用于将热解反应的固体产物与固体颗粒热载体混合发生气化反应，产生气化合成气；制氢子系统(C)，用于根据气化合成气的热量产生水蒸气，并利用气化合成气及水蒸气进行水气变换反应以制备氢气；发电子系统(D)，用于利用热解反应产生的不可凝结可燃气体和制氢产生的可燃气体及燃烧气化反应的固体产物发电。燃气体及燃烧气化反应的固体产物发电。燃气体及燃烧气化反应的固体产物发电。


技术研发人员：白章 胡文鑫 刘启斌 袁宇
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2021.08.17
技术公布日：2021/11/28