本發(fā)明涉及源化工，尤其是涉及一種綠電加熱驅(qū)動的生物質(zhì)氣化制備合成氣系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、

2、傳統(tǒng)上，合成燃料的生產(chǎn)依賴于煤炭和天然氣等不可再生資源，這一過程不僅消耗了大量的化石能源，還產(chǎn)生了大量二氧化碳排放，加劇了全球氣候變化問題。面對這一挑戰(zhàn)，我國豐富的風(fēng)能和太陽能資源為可再生能源的開發(fā)提供了巨大潛力。然而，由于風(fēng)能和太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性，使得這些能源的并網(wǎng)發(fā)電對電網(wǎng)穩(wěn)定性構(gòu)成了挑戰(zhàn)，導(dǎo)致了大量的棄風(fēng)和棄光現(xiàn)象。

3、為了有效利用這些可再生能源并減少對化石能源的依賴，開發(fā)新型的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)變得尤為重要。目前，利用綠色電力(綠電)通過電解水制氫，并結(jié)合生物質(zhì)氣化或碳捕集技術(shù)來生產(chǎn)合成氣的方法已經(jīng)得到了廣泛研究。這種方法可以將綠電轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，進(jìn)而用于合成燃料的生產(chǎn)。然而，現(xiàn)有的技術(shù)路線往往涉及復(fù)雜的工藝流程，包括電解水制氫、生物質(zhì)氣化、co2捕集和逆水煤氣反應(yīng)等多個(gè)步驟，這不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，也限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

4、超臨界水氣化技術(shù)是一種新興的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)，它利用水在超臨界狀態(tài)下的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，將生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化為氫氣和co2。這一過程不僅可以實(shí)現(xiàn)co2的原位利用，還可以通過co2的循環(huán)來調(diào)節(jié)合成氣中h2和co的比例，從而為合成燃料的生產(chǎn)提供理想的原料氣。盡管超臨界水氣化技術(shù)在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)品氣質(zhì)量方面具有顯著優(yōu)勢，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨能耗高和熱能供應(yīng)不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，亟需開發(fā)新型的供熱方案來滿足其對熱能的密集需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種綠電加熱驅(qū)動的生物質(zhì)氣化制備合成氣系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，能夠產(chǎn)出目標(biāo)碳?xì)浔壤暮铣蓺?，旨在提高能源利用效率，減少對化石能源的依賴，并降低碳排放，為合成燃料生產(chǎn)提供一種環(huán)保、高效的解決方案。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明第一方面提供一種綠電加熱驅(qū)動的生物質(zhì)氣化制備合成氣系統(tǒng)，包括可再生能源發(fā)電單元、儲能電池單元、功率控制單元、水和生物質(zhì)供應(yīng)單元、生物質(zhì)超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)單元、產(chǎn)物分離單元、co2循環(huán)單元；

4、所述可再生能源發(fā)電單元與儲能電池單元連接，組成發(fā)儲電單元，以此為系統(tǒng)耗能設(shè)備提供電力；

5、所述水和生物質(zhì)供應(yīng)單元出口與生物質(zhì)超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)單元的入口連接，所述生物質(zhì)超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)單元的出口與產(chǎn)物分離單元的入口連接，所述產(chǎn)物分離單元的co2出口與co2循環(huán)單元的入口連接，所述co2循環(huán)單元的出口與生物質(zhì)超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)單元的入口連接，所述產(chǎn)物分離單元的回水出口與水和生物質(zhì)供應(yīng)單元連接，所述產(chǎn)物分離單元合成氣出口產(chǎn)出目標(biāo)碳?xì)浔壤暮铣蓺狻?/p>

6、進(jìn)一步地，所述水和生物質(zhì)供應(yīng)單元包括貯水池、水泵、生物質(zhì)漿料儲罐、生物質(zhì)漿料輸送泵；

7、所述貯水池的出口與水泵的入口連接，所述生物質(zhì)漿料儲罐的出口與生物質(zhì)漿料輸送泵的入口連接；

8、所述生物質(zhì)漿料儲罐的出口與生物質(zhì)漿料輸送泵5的入口連接。

9、進(jìn)一步地，所述生物質(zhì)超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)單元包括依次連接的換熱器、超臨界水預(yù)熱器、超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)器。

10、進(jìn)一步地，所述換熱器的冷端出口與超臨界水預(yù)熱器的入口連接，所述超臨界水預(yù)熱器的出口與超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)器的水入口連接，所述超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)器的出口與換熱器的熱端入口連接；

11、所述換熱器的冷端入口還與水泵的出口連接，所述超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)器的生物質(zhì)入口還與生物質(zhì)漿料輸送泵的出口連接。

12、進(jìn)一步地，所述產(chǎn)物分離單元包括依次連接的減壓閥、氣液分離器、變壓吸附分離系統(tǒng)；

13、所述減壓閥的壓力低出口與氣液分離器的入口連接，所述氣液分離器的氣體出口與變壓吸附分離系統(tǒng)的入口連接，所述變壓吸附分離系統(tǒng)分離出h2/co合成氣；

14、所述減壓閥的高壓入口與換熱器的熱端出口連接，所述氣液分離器的回水出口與貯水池的回水入口連接。

15、進(jìn)一步地，所述co2循環(huán)單元包括相互連接的co2壓縮機(jī)、co2電加熱器；

16、所述co2壓縮機(jī)的出口與co2電加熱器的入口連接，co2電加熱器的出口與超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)器的co2入口連接，co2壓縮機(jī)的入口與變壓吸附分離系統(tǒng)的co2出口連接。

17、進(jìn)一步地，所述可再生能源發(fā)電單元包括風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、水能、海洋能發(fā)電站中的一種或多種；

18、所述儲能電池單元包括鋰離子電池、鈉離子電池、固態(tài)電池、液流電池中的一種或多種。

19、所述的功率控制單元分別與上述可再生能源發(fā)電單元、儲能電池單元、水泵、生物質(zhì)漿料輸送泵、超臨界水預(yù)熱器、超臨界h2o-co2共氣化反應(yīng)器、減壓閥、變壓吸附分離系統(tǒng)、co2壓縮機(jī)、co2電加熱器等耗能設(shè)備連接。

20、進(jìn)一步地，所述功率控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)以下過程：

21、監(jiān)測和調(diào)節(jié)電力流動：監(jiān)測可再生能源發(fā)電單元的發(fā)電功率和耗能設(shè)備的電負(fù)荷，以及儲能電池單元的電能儲量；

22、充電控制：在有多余電能時(shí)，控制將電能輸送給儲能單元進(jìn)行充電；

23、放電控制：在需要補(bǔ)充電力輸出時(shí)，控制儲能電池單元放電以補(bǔ)充電力；

24、電力分配：根據(jù)電力供需情況，將電力分配給耗能設(shè)備；

25、系統(tǒng)保護(hù)：在電力供應(yīng)不足時(shí)，能夠安全地停機(jī)以保護(hù)系統(tǒng)。

26、進(jìn)一步地，述生物質(zhì)為農(nóng)林廢棄物、生活垃圾、工業(yè)有機(jī)廢棄物中的一種或多種。

27、本發(fā)明第二方面提供一種如上述物質(zhì)氣化制備合成氣系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括：

28、當(dāng)可再生能源發(fā)電功率大于耗能設(shè)備所需電負(fù)荷時(shí)，可再生能源發(fā)電單元的多余電能給儲能單元充電，剩余電能由功率控制單元輸出給耗能設(shè)備；

29、當(dāng)可再生能源發(fā)電功率等于耗能設(shè)備所需電負(fù)荷時(shí)，功率控制單元判斷儲能電池單元電能儲量，如果處于高狀態(tài)則由儲能電池單元放電經(jīng)由功率控制單元輸出給耗能設(shè)備，如果處于低狀態(tài)則由可再能源發(fā)電單元1經(jīng)由功率控制單元輸出給耗能設(shè)備；

30、當(dāng)可再生能源發(fā)電功率小于耗能設(shè)備所需電負(fù)荷時(shí)，由儲能電池單元補(bǔ)足功率經(jīng)由功率控制單元輸出給耗能設(shè)備，如果可再生能源發(fā)電單元與儲能電池單元均無法滿足耗能設(shè)備的功率需求，則系統(tǒng)停機(jī)。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

32、1)本系統(tǒng)通過創(chuàng)新性地整合綠電加熱驅(qū)動和生物質(zhì)氣化技術(shù)，有效利用了風(fēng)能和太陽能等可再生能源中常常被廢棄的電力，從而實(shí)現(xiàn)了對這些能源的高效消納。這種方法不僅提高了可再生能源的利用效率，還減輕了對傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低了能源消耗和環(huán)境污染，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出了貢獻(xiàn)。

33、2)本系統(tǒng)將氫氣和一氧化碳的生產(chǎn)設(shè)備集成于一體，簡化了合成氣的制備流程，這種集成化設(shè)計(jì)不僅減少了設(shè)備投資和運(yùn)行成本，還提高了系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率。通過超臨界水氣化技術(shù)，生物質(zhì)原料在高溫高壓的條件下與水反應(yīng)，產(chǎn)生富含氫氣和一氧化碳的合成氣，這些氣體可以直接用于合成燃料的生產(chǎn)，如甲醇和柴油等，從而為能源行業(yè)提供了一種新的綠色能源解決方案。

34、3)本系統(tǒng)在生產(chǎn)合成氣的過程中，實(shí)現(xiàn)了co2的原位熱化學(xué)利用和循環(huán)，避免了額外的co2排放。這種閉環(huán)的co2管理策略不僅減少了溫室氣體的排放，還有助于緩解全球氣候變化問題。通過這種方式，系統(tǒng)為生物質(zhì)能源的高效轉(zhuǎn)化和清潔利用提供了一種創(chuàng)新的解決方案，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)做出了積極的貢獻(xiàn)。