(2)本文简要介绍光液工艺的基础原理及生产的全部过程。从资源特性上讨论实现的技术路线。
根据研究,光合作用的过程是在含锰的催化剂进行的。这一过程是常温常压下进行的化学反应。如果化学反应条件提高,相当于进行了人工光合作用。本文的研究是在这一指导思路下进行的。这个基础原理的背景是在另一篇《太阳能光热发电并生产液态阳光一种方法》文章。该基础原理是利用吸热化学反应替代了光合作用将太阳能为化学能。这是一个利用生物质、阳光产生电力、光液和肥料的方法。遵循了自然界碳循环的规律。
如上图所示,这是锰、铁及其复合物组成的在太阳能热源下进行的一系列化学反应。该过程的总反应方程如下:
该反应的条件是在最高1600℃温度下,利用锰、铁等物质的催化下,经过控制不同的进气原料比,更替地变换进气成分,得到富含CO或H2的复合气体。该复合气体作为传热介绍给水汽汽轮机发电,降温为400℃,在继续传热给甲醇蒸汽汽轮机发电,降温为200℃。得到一股含CO体积分数20%以上的复合气体,另外一股含H2体积分数40%以上的复合气体。这两股复合气体在200~250℃催化床的作用下,80~90%的H2和CO转换为CH4O。CH4O经压缩到6~8MPa后,变成液体,气体分离。液体甲醇打入甲醇锅炉蒸汽发电。
由上面的公式能知道不同的原料成分组成,需要的能量不一样。产物都能够获得甲醇。需求能量最低的组分如下C+2H2O(g)+ CH4(g)=2CH4O(L)(公式二)
公式二的左边假定有12KG炭、36KG水、16KG甲烷(室温,1大气压力),得到64KG的甲醇。如果炭、甲烷直接燃烧。产生热值为1292MJ。经过光液处理后热值为1472MJ。增加180MJ,也就是说甲烷和木炭能量增加14%。1KG甲醇需求2.82MJ能量。能量需求最高的过程是
最优的能源需求、最佳产出为甲醇、木炭。光液工艺最佳反应为(在沼气甲烷:二氧化碳=6:4情况下)。
在所有的可能下,降低最高反应温度为400℃~600℃,将会使得这个系统更具备经济竞争力。二氧化锰在530~560℃会释放出氧气,碳和二氧化碳的反应启动温度480℃。这个目标是可以达成。不过工艺过程可能会很长,除非找到一个非常高效的催化反应剂。不然可靠方法还是铁锰反应容器,不同组分交替进料。在日照条件非常好的情况下,选公式三,作为主反应是最佳的。在日照条件很差的情况下,选公式二作为主反应。在生物质资源丰富的地方,选择公式四为主反应。
最佳的产出是甲醇、沼渣炭。生物质转化甲醇的年储量是2000~8000吨/平方公里。1平方公里生物质的光液聚光面积需求面积不超过1公顷。1平方公里生物质聚集成本非常低廉。能够获得光液工厂年面积产量密度是0.2~0.8万吨/公顷。
聚光器件是整个光液生产最大成本组成,按光热发电约占到40~50%。而在最高反应温度降为400℃~600℃时,可以直接用槽式聚光,成本将会大幅度降低。(作者已经设计出低廉成本的聚光系统,在数月之后公布)。
该原理、工艺的论证还在进行中,仿真也是刚刚启动。由于作者的知识少,能力不够。无法再这么短的时间内完成。可是作者目前所有的学习、研究根据结果得出这个方案不仅原理上可行,技术实现容易,经济上具备和太阳能光伏、煤炭、石油、天然气直接竞争的潜质。也许十年之后,人类使用能源如同使用水一样,家里有电线、水管和光液管。而光液的容易获得,分布广泛将会使得人人生而平等的理念得到更优物质基础、经济结构的支撑。环境方面,这个系统若能够实现。人类生活的环境将如原始森林般,毫无污染。但这样的一个过程没有人相信,也没有人去研究。我一个人没办法完成这么庞大的系统。