一种绿电加热驱动的生物质气化制备合成气系统及其运行方法

本发明涉及源化工，尤其是涉及一种绿电加热驱动的生物质气化制备合成气系统及其运行方法。

背景技术：

1、

2、传统上，合成燃料的生产依赖于煤炭和天然气等不可再生资源，这一过程不仅消耗了大量的化石能源，还产生了大量二氧化碳排放，加剧了全球气候变化问题。面对这一挑战，我国丰富的风能和太阳能资源为可再生能源的开发提供了巨大潜力。然而，由于风能和太阳能的间歇性和不稳定性，使得这些能源的并网发电对电网稳定性构成了挑战，导致了大量的弃风和弃光现象。

3、为了有效利用这些可再生能源并减少对化石能源的依赖，开发新型的能源转换技术变得尤为重要。目前，利用绿色电力(绿电)通过电解水制氢，并结合生物质气化或碳捕集技术来生产合成气的方法已经得到了广泛研究。这种方法可以将绿电转化为化学能，进而用于合成燃料的生产。然而，现有的技术路线往往涉及复杂的工艺流程，包括电解水制氢、生物质气化、co2捕集和逆水煤气反应等多个步骤，这不仅增加了系统的复杂性和成本，也限制了其大规模应用。

4、超临界水气化技术是一种新兴的生物质转化技术，它利用水在超临界状态下的特殊物理化学性质，将生物质高效转化为氢气和co2。这一过程不仅可以实现co2的原位利用，还可以通过co2的循环来调节合成气中h2和co的比例，从而为合成燃料的生产提供理想的原料气。尽管超临界水气化技术在生物质转化效率和产品气质量方面具有显著优势，但其在实际应用中仍面临能耗高和热能供应不稳定的挑战，亟需开发新型的供热方案来满足其对热能的密集需求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种绿电加热驱动的生物质气化制备合成气系统及其运行方法，能够产出目标碳氢比例的合成气，旨在提高能源利用效率，减少对化石能源的依赖，并降低碳排放，为合成燃料生产提供一种环保、高效的解决方案。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供一种绿电加热驱动的生物质气化制备合成气系统，包括可再生能源发电单元、储能电池单元、功率控制单元、水和生物质供应单元、生物质超临界h2o-co2共气化反应单元、产物分离单元、co2循环单元；

4、所述可再生能源发电单元与储能电池单元连接，组成发储电单元，以此为系统耗能设备提供电力；

5、所述水和生物质供应单元出口与生物质超临界h2o-co2共气化反应单元的入口连接，所述生物质超临界h2o-co2共气化反应单元的出口与产物分离单元的入口连接，所述产物分离单元的co2出口与co2循环单元的入口连接，所述co2循环单元的出口与生物质超临界h2o-co2共气化反应单元的入口连接，所述产物分离单元的回水出口与水和生物质供应单元连接，所述产物分离单元合成气出口产出目标碳氢比例的合成气。

6、进一步地，所述水和生物质供应单元包括贮水池、水泵、生物质浆料储罐、生物质浆料输送泵；

7、所述贮水池的出口与水泵的入口连接，所述生物质浆料储罐的出口与生物质浆料输送泵的入口连接；

8、所述生物质浆料储罐的出口与生物质浆料输送泵5的入口连接。

9、进一步地，所述生物质超临界h2o-co2共气化反应单元包括依次连接的换热器、超临界水预热器、超临界h2o-co2共气化反应器。

10、进一步地，所述换热器的冷端出口与超临界水预热器的入口连接，所述超临界水预热器的出口与超临界h2o-co2共气化反应器的水入口连接，所述超临界h2o-co2共气化反应器的出口与换热器的热端入口连接；

11、所述换热器的冷端入口还与水泵的出口连接，所述超临界h2o-co2共气化反应器的生物质入口还与生物质浆料输送泵的出口连接。

12、进一步地，所述产物分离单元包括依次连接的减压阀、气液分离器、变压吸附分离系统；

13、所述减压阀的压力低出口与气液分离器的入口连接，所述气液分离器的气体出口与变压吸附分离系统的入口连接，所述变压吸附分离系统分离出h2/co合成气；

14、所述减压阀的高压入口与换热器的热端出口连接，所述气液分离器的回水出口与贮水池的回水入口连接。

15、进一步地，所述co2循环单元包括相互连接的co2压缩机、co2电加热器；

16、所述co2压缩机的出口与co2电加热器的入口连接，co2电加热器的出口与超临界h2o-co2共气化反应器的co2入口连接，co2压缩机的入口与变压吸附分离系统的co2出口连接。

17、进一步地，所述可再生能源发电单元包括风能、太阳能、地热能、水能、海洋能发电站中的一种或多种；

18、所述储能电池单元包括锂离子电池、钠离子电池、固态电池、液流电池中的一种或多种。

19、所述的功率控制单元分别与上述可再生能源发电单元、储能电池单元、水泵、生物质浆料输送泵、超临界水预热器、超临界h2o-co2共气化反应器、减压阀、变压吸附分离系统、co2压缩机、co2电加热器等耗能设备连接。

20、进一步地，所述功率控制单元能够实现以下过程：

21、监测和调节电力流动：监测可再生能源发电单元的发电功率和耗能设备的电负荷，以及储能电池单元的电能储量；

22、充电控制：在有多余电能时，控制将电能输送给储能单元进行充电；

23、放电控制：在需要补充电力输出时，控制储能电池单元放电以补充电力；

24、电力分配：根据电力供需情况，将电力分配给耗能设备；

25、系统保护：在电力供应不足时，能够安全地停机以保护系统。

26、进一步地，述生物质为农林废弃物、生活垃圾、工业有机废弃物中的一种或多种。

27、本发明第二方面提供一种如上述物质气化制备合成气系统的运行方法，包括：

28、当可再生能源发电功率大于耗能设备所需电负荷时，可再生能源发电单元的多余电能给储能单元充电，剩余电能由功率控制单元输出给耗能设备；

29、当可再生能源发电功率等于耗能设备所需电负荷时，功率控制单元判断储能电池单元电能储量，如果处于高状态则由储能电池单元放电经由功率控制单元输出给耗能设备，如果处于低状态则由可再能源发电单元1经由功率控制单元输出给耗能设备；

30、当可再生能源发电功率小于耗能设备所需电负荷时，由储能电池单元补足功率经由功率控制单元输出给耗能设备，如果可再生能源发电单元与储能电池单元均无法满足耗能设备的功率需求，则系统停机。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、1)本系统通过创新性地整合绿电加热驱动和生物质气化技术，有效利用了风能和太阳能等可再生能源中常常被废弃的电力，从而实现了对这些能源的高效消纳。这种方法不仅提高了可再生能源的利用效率，还减轻了对传统化石能源的依赖，降低了能源消耗和环境污染，为实现可持续发展目标做出了贡献。

33、2)本系统将氢气和一氧化碳的生产设备集成于一体，简化了合成气的制备流程，这种集成化设计不仅减少了设备投资和运行成本，还提高了系统的能源转换效率。通过超临界水气化技术，生物质原料在高温高压的条件下与水反应，产生富含氢气和一氧化碳的合成气，这些气体可以直接用于合成燃料的生产，如甲醇和柴油等，从而为能源行业提供了一种新的绿色能源解决方案。

34、3)本系统在生产合成气的过程中，实现了co2的原位热化学利用和循环，避免了额外的co2排放。这种闭环的co2管理策略不仅减少了温室气体的排放，还有助于缓解全球气候变化问题。通过这种方式，系统为生物质能源的高效转化和清洁利用提供了一种创新的解决方案，为实现碳中和目标做出了积极的贡献。