[发明专利]基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统

说明书

本公开提供了一种基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统，太阳能气化子系统通过太阳能气化反应和常规气化反应，用于全天候地生成合成气，并提供水蒸气和高温烟气；液体燃料合成子系统用于对所述合成气进行处理得到液态产物；尾气发电子系统利用所述气态产物驱动燃气作功循环发电，利用所述烟气和高温水蒸气驱动蒸汽循环作功发电。

技术领域

本公开涉及太阳能与化石能源互补利用领域，尤其涉及一种基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统。

背景技术

在经济快速发展的背景下，人类对能源的需求量越来越大，当前，全球的主要能源仍由石油、天然气、和煤等一次能源为主，随之带来的不仅是能源资源储量的急剧降低，还将产生严重的环境污染，尤其是大量CO₂等温室气体的排放将影响到全球的生态平衡。仅2016年，全球一次能源消费总量合计为132.76亿吨油当量，较上年增长1.3％，中国的一次能源消耗量也由2000年的14.6亿吨标准煤增长至2010年的44.9亿吨标准煤，总量翻了近三倍，增加了122.6％。尤其需指出的是，中国的石油对外依存度已突破60％，我国的能源安全已受到了严重威胁。再此背景下，在大力倡导节能减排、提高能源利用效率的同时，还需要大力发展太阳能、生物质能等可再生能源。

我国的太阳能资源非常丰富，具有其无污染、可再生、储量巨大的特点，年太阳能辐射值约为1050～2450kW·h(m²·a)，大于1050kW·h(m²·a)的地区占国土面积的96％以上。我国的太阳辐射量的分布趋势表现为西高东低，在我国的西藏、青海和新疆等西部地区，太阳能资源极为丰富，年日照时间更是在3000小时以上，属世界太阳能资源丰富地区之一。截止到2015年底我国太阳能发电总装机容量达4318kW，占全国发电总装机容量的3％，排名世界第一。

但太阳能具有间接性和不稳定性等固有特性，这对实现太阳能的高效和稳定转化提出了巨大挑战。对于此，可以采用多能源互补的利用方式，利用驱动生物质和石油焦的气化反应，由此实现太阳能热能向合成气燃料化学能的转变，不仅实现了太阳能的高效化学储能，还能够有利于太阳能后续的高效稳定利用。

我国的生物质资源非常丰富，也将为实现与太阳能的互补利用奠定了资源基础。另外，我国作为石油消耗大国，在进行原油炼制等过程中将产生大量的石油焦，石油焦作为重渣油延迟焦化而得到的副产品，与无烟煤相比，石油焦具有含碳量高、热值高、灰分少和挥发分低等特点，可作为燃料通过燃烧的方式利用。截止至2017年底，我国的石油焦年产量已到达2492.9万吨。由于石油焦多为高硫焦，直接燃烧石油焦将产生严重的环境污染，然而对石油焦弃之不用，同样会对地下水和地表环境等产生环境污染，也同时造成了严重的资源浪费。因此，如何实现清洁、高效的利用石油焦已成为亟待解决的问题。与常规直接气化石油焦的方式不同，借助高温太阳能驱动石油焦的气化反应，能够有效地提高石油焦的利用率，并改善所产生合成气的组分特性。

进一步，通过太阳能驱动生物质和石油焦等燃料气化所产生的合成气，能够借助燃气-蒸汽联合循环系统进行高效发电，同时还可以通过费托合成或者甲醇合成等流程转化生产清洁的液体燃料。这将进一步拓展太阳能的利用方式，并提供液体燃料的供应能力。但同时还需面对的是，虽然太阳能通过热化学反应转化为燃料化学能，进而实现太阳能的高效稳定利用，但是太阳能的间歇性和不稳定性仍然制约着太阳能利用系统的高效连续运转，对此，需要开发出先进高效的太阳能气化反应装置和与此对应的能源利用系统。

公开内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种基于全天候太阳能气化反应器的太阳能气化综合利用系统，用于提高太阳能及其他石油焦和生物质等固体燃料的转化特性，并解决系统高效连续稳定运行等问题。

(二)技术方案