[发明专利]用于太阳热气化生物质的系统和方法

权利要求书

1.一种太阳能驱动化学设备，包括：

太阳热接收器，其具有带有内壁的腔体，其中对准所述太阳热接收器，以便从以下的一种或多种吸收会聚太阳能：1)定日镜阵列，2)聚太阳能盘，以及3)两者的任意组合；以及

太阳能驱动化学反应器，其具有位于所述太阳热接收器的腔体内的多个反应器管，其中由辐射热驱动的化学反应发生在所述多个反应器管中，并且其中生物质的颗粒在同时发生的蒸汽重整和蒸汽生物质气化反应中、在蒸汽(H₂O)载气和甲烷(CH₄)的存在下被气化，以便利用来自所述多个反应器管中所吸收的会聚太阳能的太阳热能，产生包括氢和一氧化碳气体的反应产物。

2.根据权利要求1所述的太阳能驱动化学设备，其中所述太阳能驱动化学反应器具有所述多个反应器管为垂直取向并位于所述太阳热接收器内部的下行式几何形状，并且其中，通过在高温700～1500℃下以控制量的蒸汽、天然气和/或任何组合，使所述生物质材料的原料颗粒与蒸汽发生生物质气化反应和使蒸汽与补充甲烷发生蒸汽重整反应，所述太阳热化学反应器将含碳生物质材料转化成一氧化碳和氢，这然后产生合成气体的气体混合物。

3.根据权利要求1所述的太阳能驱动化学设备，其中所述蒸汽与所述生物质和所述甲烷发生反应，但生物质和甲烷相互不发生反应，并且其中蒸汽(H₂O)与碳的摩尔比在1∶1至1∶4的范围内，并且其中多个反应器被并入接收器中。

4.根据权利要求1所述的太阳能驱动化学设备，

其中所述甲烷来源于天然气，所述生物质和天然气与由所述太阳能加热的蒸汽一起共进料，以干重整或者包含在所述天然气内或者作为单独的原料供应的甲烷和CO₂，以便即使一些CO₂存在于主要由甲烷组成的所述天然气中，所述CO₂和CH₄也与高热通过干重整反应，产生氢和一氧化碳，以及

其中当生物质和甲烷在产生1.0至3.0范围内的H₂∶CO摩尔比的化学计量比下、在750～1300℃的温度范围下与蒸汽共进料时，产生了具有小于合成气的以体积计7％的CO₂的合成气体。

5.根据权利要求1所述的太阳能驱动化学设备，进一步包括：

在700～1500℃高温下的蒸汽重整过程，以便所述反应避免在较低温度下对平衡有利的水煤气变换反应，并且因此避免来自所述水煤气变换反应的额外CO₂产生，所述反应利用甲烷和蒸汽重整反应，以允许在所述反应器中的所述反应产生用于液体燃料或化学合成的期望摩尔比，而不发生水煤气变换反应。

6.根据权利要求1所述的太阳能驱动化学设备，

其中所述天然气中的甲烷与水和生物质一起的共进料，产生了在合成气流中具有以体积计小于7％的CO₂水平的低CO₂合成气体，并且其具有H₂∶CO＝2.0～3.0的摩尔比，也避免了否则可产生CO₂的水煤气变换反应，以及

其中在大约1100～1300℃操作温度下减轻了焦油形成，并且对于具有在30和1000之间的分子量的烃来说，产生了具有小于200mg/m³焦油的合成气体。

7.根据权利要求1所述的太阳能驱动化学设备，

其中所述反应器管材料是抗氧化和耐蒸汽的；以及

其中所述蒸汽重整反应产生3∶1的H₂∶CO比率，所述生物质产生1∶1的H₂∶CO比率，需要较少的生物质来实现具有大约2.1～2.8∶1的H₂∶CO比率的合成气产物，与如果在没有所述甲烷存在下气化所述生物质相比，所述大约2.1～2.8∶1的H₂∶CO比率适合于液体燃料和化学合成。